碎混凝土可有效捕获放射性锶-90

曼彻斯特大学、英国国家核实验室和Clemson大学的研究人员研究了在遗留核设施中使用碎混凝土作为锶-90的长期汇。锶-90是许多此类场址中常见的一种放射性污染物。他们的研究已发表在美国化学学会期刊《ACS ES&T Water》上。

碳酸化反应与磷酸盐：这项由英国核退役管理局资助的研究表明，在退役核场址中，被压碎并暴露在空气中的混凝土可以主动从环境中去除锶，并将其长期保持在稳定状态。这是由于自然碳酸化反应的结果，在此过程中，混凝土中的元素与空气中的二氧化碳反应形成方解石。研究人员发现，用磷酸盐处理混凝土可以增强这一过程。

现场处理方案：由于锶-90在groundwater和环境中的存在和迁移性，核电站的混凝土通常会受到锶-90的污染。在退役期间对这些材料以及受污染的groundwater进行现场处理，为此类废物的管理提供了一种有吸引力的方案，因为它将消除废物运输的需要。

为了研究这种可能性，由曼彻斯特大学地球与环境科学系BNFL研究讲席教授Katherine Morris领导的研究人员从核退役管理局获取了碎混凝土，并将其与含有放射性锶-90或稳定锶的合成groundwater混合。他们在两种不同条件下进行了为期三个月的实验——一种是空气受限条件，模拟密封或地下环境；另一种是空气暴露条件，模拟存在空气的浅层处置环境。

实验表明，空气暴露的碎混凝土从合成groundwater溶液中去除约82%的锶。X射线吸收光谱分析显示，锶已部分掺入到混凝土中形成的方解石（碳酸钙）矿物中。这些矿物基本上将锶锁定在碎混凝土内部，使其处于惰性状态。相比之下，空气受限的混凝土仅从溶液中去除14%的锶。

添加磷酸盐：研究人员接下来使用两种不同方法用磷酸盐处理混凝土。一种方法是在groundwater实验过程中添加磷酸盐。另一种方法是在实验前用磷酸盐预处理混凝土。结果表明，在空气暴露和空气受限两种条件下，两种方法都提高了混凝土对groundwater中锶的摄取量。在48小时内，高达98%的锶从溶液中被去除。

长期土地管理：在描述团队的发现时，Morris表示：“这些结果让我们更清楚地了解了混凝土废物与groundwater随时间相互作用的情况。通过理解捕获锶的机制，我们可以更好地支持关于现场处置和长期放射性污染土地管理的安全、基于证据的决策。”