Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН, Москва, Россия:

Крупская В. В., старший научный сотрудник, канд. геол.-минерал. наук, krupskaya@ruсlay.com

Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова, Москва, Россия:

Закусин С. В., аспирант
Чернов М. С., старший научный сотрудник, канд. геол.-минерал. наук.

Российский химико-технологический университет имени Д. И. Менделеева, Москва, Россия:

Тюпина Е. А., доцент, канд. техн. наук

В статье рассмотрены механизмы поведения цезия в структуре монтмориллонита, который является основным компонентом инженерных барьерных систем при захоронении высокоактивных твердых радиоактивных отходов. Показано, что катионы ¹³⁷Cs и ¹³³Cs довольно прочно фиксируются в структуре бентонитовых глин за счет образования связей Cs–O тетраэдрической сетки монтмориллонита и теряют способность к десорбции. Физико-химические и физико-механические свойства бентонитов после насыщения цезием в значительной степени видоизменяются, но сохраняют стабильность даже при высокой концентрации цезия в растворе.

Работы выполнены в рамках госзадания № 0136-2014-0009 (72-3) «Исследования состава и структуры минерального вещества высоколокальными методами».

Авторы выражают благодарность старшему научному сотруднику ГИН РАН, канд. геол.-минерал. наук Б. Б. Звягиной; старшему научному сотруднику геологического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова М. В. Вигасиной; аспирантке ИГЕМ РАН О. В. Доржиевой за помощь в получении и интерпретации результатов инфракрасной спектроскопии, а также сотрудникам лаборатории охраны геологической среды геологического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова Т. Г. Шимко, М. Л. Кулешовой и З. П. Малашенко за помощь в организации проведения экспериментов по адсорбции цезия.
Для получения результатов исследования использовалось оборудование, полученное в рамках реализации Программы развития Московско

1. Лаверов Н. П., Величкин В. И., Омельяненко Б. И., Юдинцев С. В., Петров В. А., Бычков А. В. Изменение окружающей среды и климата. — М. : ИГЕМ РАН; ИФЗ РАН, 2008. Т. 5 : Изоляция отработавших ядерных материалов: геолого-геохимические основы. — 280 с.
2. Brookins D. G. Geochemical aspects of Radioactive Waste disposal. — New-York : Springer-Verlag, 1984. — 347 p.
3. Chapman N. A., McKinley I. G. The geological disposal of nuclear waste. — Chichester : Willey and Son, 1988. – 280 р.
4. Pusch R., Knutsson S., Al-Taie L., Mohammed M. H. Optimal ways of disposal of highly radioactive waste // Natural Science. 2012. Vol. 4. Special Issue. P. 906–918.
5. Sellin P., Leupin O. X. The Use of Clay as an Engineered Barrier in Radioactive-Waste Management — A Review // Clays and Clay Minerals. 2014. Vol. 61. No. 6. P. 477–498.
6. Дриц В. А., Коссовская А. Г. Глинистые минералы: смектиты, смешанослойные образования. — М. : Наука, 1990. — 214 с.
7. Moore D. M., Reynolds R. C., X-Ray Jr. Diffraction and the Identification and Analysis of Clay Minerals. 2nd ed. — Oxford University Press, 1997. — 378 p.
8. NAGRA. Technical Report 93–92. Kristallin-1 Safety Assessment Report. — Wettingen, 1994. — 396 p.
9. Защита подземных вод от загрязнения в районах проектируемых и действующих хвостохранилищ : сб. науч. тр. / под ред. В. И. Сергеева. — М. : Изд-во МГУ, 1992. — 168 с.
10. ГОСТ 21283-93. Глина бентонитовая для тонкой и строительной керамики. Методы определения показателя адсорбции и емкости катионного обмена; введ. 01.01.1995.
11. Czímerová A., Bujdák J., Dohrmann R. Traditional and novel methods for estimating the layer charge of smectites // Applied Clay Science. 2006. Vol. 34. P. 2–13.
12. Основы радиохимии, методы выделения и разделения радиоактивных элементов : учеб. пособие / под ред. И. И. Жерина, Г. Н., Амелиной. — Томск : Изд-во Томского политехнического университета, 2009. — 104 с.
13. Руководство к практическим занятиям по радиохимии : учеб. пособие / под ред. А. Н. Несмеянова. — М. : Химия, 1968. — 150 с.
14. Post J. E., Bish D. L. Rietveld refinement of crystal structures using powder X-ray diffraction data // Reviews in Mineralogy and Geochemistry. 1989. Vol. 20. Iss. 1. P. 277–308.
15. Осипов В. И., Соколов В. Н., Румянцева Н. А. Микроструктура глинистых грунтов. — М. : Недра, 1984. — 211 с.
16. Wilson M. J. Sheet silicates: clay minerals. 2^nd ed. Vol. 3C. Rock-forming minerals. — London : The Geological Society, 2013. — 724 p.
17. Ching-Hsing Yu, Newton S. Q., Norman M. A., Miller D. M, Schafer L., Teppen B. J. Molecular dynamics simulations of the adsorption of methylene blue at clay mineral surfaces // Clays and Clay Minerals. 2000. Vol. 48. No. 6, P. 665– 681.
18. Осипов В. И., Соколов В. Н. Глины и их свойства. Состав, строение и формирование свойств. — М. : Геос, 2013. — 476 с.
19. Churakov S. V. Mobility of Na and Cs on montmorillonite surface under partially saturated conditions // Environmental Science & Technology. 2013. Vol. 47. P. 9816–9823.
20. Tambach T. J., Hensen E. J. M., Smit B. Molecular simulations of swelling clay minerals // The Journal of Physical Chemistry. 2004. Vol. 108. P. 7586–7596.
21. Madejova J., Komadel P. Baseline studies of the clay minerals society source clays: Infrared Methods // Clays and Clay Minerals. 2001. Vol. 49. No. 5. P. 410– 432.
22. Sutton R., Sposito G. Molecular Simulation of interlayer structure and dynamics in 12.4 A Cs-Smectite hydrates // Journal of Colloid and Interface Science. 2001. Vol. 237. P. 174–184.
23. Van Olphen H. An introduction to clay colloid chemistry. — New-York : Wiley-Interscience, 1963. — 301 p.