噴霧熱解合成An2Zr2O7(An=La、Nd)燒綠石及結(jié)構(gòu)分析

王烈林，謝 華，江 闊，鄧 超，龍 勇，康曉慶，米國(guó)源

西南科技大學(xué) 核廢物與環(huán)境安全國(guó)防重點(diǎn)學(xué)科實(shí)驗(yàn)室，四川 綿陽(yáng) 621010

噴霧熱解合成An2Zr2O7(An=La、Nd)燒綠石及結(jié)構(gòu)分析

王烈林，謝 華，江 闊，鄧 超，龍 勇，康曉慶，米國(guó)源

西南科技大學(xué) 核廢物與環(huán)境安全國(guó)防重點(diǎn)學(xué)科實(shí)驗(yàn)室，四川 綿陽(yáng) 621010

鋯基燒綠石An2Zr2O7以優(yōu)異抗輻照性能和化學(xué)穩(wěn)定性成為高放廢物中錒系核素的理想固化基材。鑭系核素常作為替代核素進(jìn)行錒系核素的固化研究，實(shí)驗(yàn)以硝酸鹽為原料，以三價(jià)的鑭系元素(La、Nd)模擬錒系元素，采用sol-噴霧熱解方法在1 200 ℃、6 h內(nèi)合成了(La、Nd)2Zr2O7燒綠石。采用粉末X射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)、拉曼光譜分析方法對(duì)合成的樣品進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征，結(jié)果表明：利用該方法合成了單一物相的燒綠石立方結(jié)構(gòu)An2Zr2O7；相對(duì)于La2Zr2O7的燒綠石結(jié)構(gòu)，Nd2Zr2O7燒綠石具有向螢石結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)。該合成方法為目前的高放廢液人造巖石固化提供了一定的技術(shù)基礎(chǔ)。

燒綠石；核廢物固化；sol-噴霧熱解；XRD；Raman

高放廢物的處理和處置已經(jīng)成為制約核能可持續(xù)發(fā)展的障礙，其中強(qiáng)放射性毒性以及長(zhǎng)壽命的少數(shù)錒系核素(237Np、241，242m、243Am、243，244，245Cm等)是其遠(yuǎn)期風(fēng)險(xiǎn)的重要來(lái)源。人造巖石固化體由于具有長(zhǎng)期的熱穩(wěn)定性、廢物包容量大、物理化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)、穩(wěn)定的抗輻照性能，被認(rèn)為是錒系核素的理想固化體[1-2]。然而，錒系核素在長(zhǎng)期的地質(zhì)處置過(guò)程中將發(fā)生α衰變，產(chǎn)生的高能α粒子和反沖核將導(dǎo)致固化體產(chǎn)生大量的缺陷，影響固化體的結(jié)構(gòu)和性能。如239，240Pu同位素發(fā)生一次α衰變(α粒子能量為5.1 MeV，反沖核能量為85 keV)將產(chǎn)生大約600個(gè)原子離位(離位能以50 eV計(jì))。隨著缺陷累積材料結(jié)構(gòu)將發(fā)生無(wú)定型化，發(fā)生明顯的體積腫脹以及微裂，導(dǎo)致其物理化學(xué)穩(wěn)定性降低，包容核廢物從固化體中浸出[3]。因此，高放廢物宿主材料抗輻照穩(wěn)定性是固化體安全的決定因素。在大量的候選高放廢物固化基材中，美國(guó)政府一度將燒綠石型的Gd2Ti2O7作為固化武器級(jí)Pu材料的固化體。然而研究發(fā)現(xiàn)以Gd2Ti2O7為固化基材固溶244Cm，在320 K溫度條件下重離子輻照劑量達(dá)到0.16 dpa時(shí)，固化體基本上全部發(fā)生無(wú)定型化；而無(wú)定型態(tài)浸出率是燒綠石結(jié)構(gòu)的20～50倍[4]。對(duì)于大多數(shù)的燒綠石礦石來(lái)說(shuō)，其結(jié)構(gòu)自身很容易趨向于螢石結(jié)構(gòu)，在低劑量的重離子輻照下(<0.5 dpa)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)定型結(jié)構(gòu)。Wang[5]對(duì)鋯基燒綠石Gd2Zr2O7研究發(fā)現(xiàn)，在室溫情況下重離子輻照劑量達(dá)到15 dpa(相當(dāng)于包容w=10%239Pu 3 000萬(wàn)年的累積劑量)，固化體仍未發(fā)生無(wú)定型化；在重離子輻照下，陽(yáng)離子排列開(kāi)始無(wú)序化，導(dǎo)致固化體結(jié)構(gòu)由燒綠石結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的螢石結(jié)構(gòu)。由于其優(yōu)異的抗輻照性能，鋯基燒綠石An2Zr2O7固化錒系核素受到廣泛關(guān)注，而鋯基燒綠石的快速高效合成是其固化錒系核素的關(guān)鍵。

由于錒系核素本身具有強(qiáng)的放射性，而鑭系核素的物理化學(xué)性能及粒子半徑與錒系核素非常的相似，在實(shí)驗(yàn)研究中，鑭系核素常常作為其替代元素。本工作利用鑭系元素La3+、Nd3+作為三價(jià)錒系核素的替代元素，擬采用sol-噴霧熱解方法在較快時(shí)間較低溫度下合成燒綠石An2Zr2O7基材。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1試劑與儀器

硝酸鋯(Zr(NO3)4·3H2O)，分析純，純度不小于99.9%，天津市福晨化學(xué)試劑廠；硝酸釹(Nd(NO3)3·5 H2O)和硝酸鑭(La(NO3)3·6H2O)，分析純，純度不小于99.9%，天津市化學(xué)試劑玻璃儀器銷售有限公司；檸檬酸，分析純，成都市科龍化工試劑廠；硝酸，濃度為68%，市售。

實(shí)驗(yàn)利用鑭系元素La、Nd模擬三價(jià)錒系元素，根據(jù)An2(La、Nd)Zr2O7化學(xué)式，按照化學(xué)劑量比稱取硝酸鋯、硝酸釹和硝酸鑭，以超純水作為溶劑，檸檬酸作為絡(luò)合劑。

78HW-1型恒溫磁力攪拌器，杭州儀表電機(jī)公司；SGM.M10/13A型恒溫爐，洛陽(yáng)西格馬儀器制造有限公司；InVia型Raman光譜儀，英國(guó)Renishaw公司；X’pert-PRO型X射線衍射儀，荷蘭帕納科公司；Leica S440電子顯微鏡，英國(guó)Leica Cambridge公司。

1.2樣品制備與合成

實(shí)驗(yàn)中硝酸釹(硝酸鑭)與硝酸鋯以1∶1的摩爾比配比，加入一定量的檸檬酸，加入200 mL聚乙二醇，攪拌至澄清透明后加入適量的無(wú)水乙醇，并采用HNO3調(diào)節(jié)pH至澄清透明溶膠；以一定壓力的空氣將獲得的溶膠霧化到預(yù)熱溫度550 ℃的剛玉坩堝中，獲得樣品的前驅(qū)體。為去除前驅(qū)體中的揮發(fā)物質(zhì)，將前驅(qū)體放入剛玉坩堝中，置入高溫爐中進(jìn)行煅燒，溫度設(shè)為900 ℃，時(shí)間2 h，自然冷卻。將處理過(guò)的前驅(qū)體預(yù)壓成型，放入高溫爐中進(jìn)行煅燒，溫度為1 200 ℃，恒溫條件下煅燒6 h后，經(jīng)自然冷卻至室溫后取出。

1.3形貌與結(jié)構(gòu)分析方法

采用排水法測(cè)定固化體的體積密度，用X’pert-PRO型X射線衍射儀(Cu Kα，λ=0.154 06 nm)對(duì)所制備的樣品進(jìn)行了結(jié)構(gòu)分析，掃描時(shí)工作電壓40 kV，掃描速度為20°/min，速度掃描范圍10°～90°，步長(zhǎng)0.02°。Raman光譜分析儀選用波長(zhǎng)514.5 nm的Ar+作為光譜激發(fā)器。樣品經(jīng)細(xì)化處理后，用導(dǎo)電膠帶將其固定，噴金處理后用Leica S440電子顯微鏡對(duì)樣品表面進(jìn)行顯微結(jié)構(gòu)分析。

2 結(jié)果與討論

2.1形貌分析

本工作以檸檬酸作為絡(luò)合劑，采用sol-噴解熱霧的方法在1 200 ℃、6 h內(nèi)成功合成了An2Zr2O7燒綠石。圖1為Nd2Zr2O7、La2Zr2O7燒綠石樣品的表面SEM圖。由圖1可以看出，所制備的固化體樣品整體以板狀為主，氣孔較少，晶粒大小較為均勻、晶界清晰，燒綠石的顆粒直徑為10 μm，晶粒生長(zhǎng)尺寸較大，樣品的致密度高，分別達(dá)到理論密度的99.32%、96.84%(表1)。

圖1 Nd2Zr2O7(a)、La2Zr2O7(b)燒綠石樣品的表面SEM圖Fig.1 SEM micrographs of the Nd2Zr2O7(a), La2Zr2O7(b) pyrochlore

表1 An2Zr2O7(An=La、Nd)樣品的晶格常數(shù)、密度Table 1 Lattice parameter and density of An2Zr2O7(An=La,Nd)

An2Zr2O7燒綠石的合成通常采用高溫固相合成的方法，但是由于高溫固相合成的原料顆粒間擴(kuò)散需要越過(guò)較高的勢(shì)能壁壘，導(dǎo)致其合成較難，常常需要較高的溫度。然而有序的An2Zr2O7燒綠石結(jié)構(gòu)到無(wú)序螢石結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化的相變溫度為1 550 ℃，過(guò)高的溫度必然導(dǎo)致晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。因此高溫固相合成An2Zr2O7燒綠石常常需要大量的時(shí)間及能耗。段濤等[6]利用高溫固相合成的方法，在1 500 ℃保溫72 h制備了Gd2Zr2O7微米級(jí)燒綠石樣品。Wang等[5]利用反復(fù)球磨高溫固相方法在空氣氣氛下1 600 ℃煅燒50 h，得到了螢石結(jié)構(gòu)的Gd2Zr2O7；而得到燒綠石結(jié)構(gòu)需在1 300 ℃下保溫14 d之久。趙培柱等[7]以硝酸鹽為原料，加入5%的NaF作為礦化劑，在900 ℃下保溫10 h制備了P-Gd2Zr2O7燒綠石，然而加入礦化NaF不易于分解，也將影響燒綠石的制備。固相合成由于時(shí)間長(zhǎng)、效率低，將制約其在高放廢物處理中的使用。唐敬友等[8]利用高溫高壓固相條件(1 873 K，5.2 GPa，30 min)的方法制備了Gd2Zr2O7燒綠石，但是Zhang[9]研究發(fā)現(xiàn)在高壓情況下燒綠石極不穩(wěn)定，Gd2Zr2O7燒綠石將向缺陷的螢石結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變而且伴隨異常的晶格膨脹，而對(duì)于Gd2Ti2O7燒綠石在高壓情況下結(jié)構(gòu)直接坍塌。楊建文等[10]利用液相合成方法在較短時(shí)間內(nèi)制備了富鈣鈦礦固化體，其結(jié)果為多相的巖石固化體；而且研究發(fā)現(xiàn)鈣鈦礦固化體的重離子抗輻照性能遠(yuǎn)低于燒綠石固化體。

本工作采用硝酸鹽作為原料，以液相混合的方法制備前驅(qū)體，避免了固相合成過(guò)程中原料混合不均和顆粒擴(kuò)散的問(wèn)題，易于Zr、O、An離子之間的重排反應(yīng)。加入檸檬酸作為絡(luò)合劑，可以進(jìn)一步提高反應(yīng)的效率，促進(jìn)晶體結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)，合成的燒綠石晶體直徑達(dá)到了10 μm。在霧化和高溫條件下檸檬酸和硝酸鹽易于分解，不容易在合成晶體中產(chǎn)生雜質(zhì)，生成單一物相的燒綠石晶體。本工作采用的sol-噴解熱霧合成An2Zr2O7燒綠石方法(1 200 ℃、6 h)與固相合成(1 500 ℃、>20 h)相比可以明顯提高合成效率，降低合成時(shí)間，生成的燒綠石顆粒直徑較大。

2.2結(jié)構(gòu)分析

“*”為超晶格衍射峰(Asterisks indicate the superstructure peaks)

An2B2O7有兩種結(jié)構(gòu)類型，即有序的燒綠石和無(wú)序的螢石結(jié)構(gòu)。An2B2O7燒綠石結(jié)構(gòu)是一種有序的Fd3m空間結(jié)構(gòu)，An、B陽(yáng)離子分別占據(jù)16d、16c位，O離子占據(jù)48f位和8b位。An位陽(yáng)離子一般為三價(jià)，配位數(shù)為8，離子半徑較大；B位四價(jià)陽(yáng)離子，配位數(shù)為6，離子半徑較小。燒綠石結(jié)構(gòu)易于轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)序的螢石結(jié)構(gòu)(Fm3m)，其晶格常數(shù)是螢石結(jié)構(gòu)的2倍。兩種結(jié)構(gòu)的晶格均產(chǎn)生相同的強(qiáng)主晶格衍射峰，而對(duì)于燒綠石結(jié)構(gòu)中離子的有序排列將產(chǎn)生一套弱的超晶格峰，超晶格衍射峰也是區(qū)別于燒綠石和螢石結(jié)構(gòu)的主要特征之一。圖2為Nd2Zr2O7、La2Zr2O7粉末X射線衍射譜。由圖2可以看出，樣品中形成的XRD衍射峰較窄，未出現(xiàn)其它物相及原料物相的衍射峰，合成了單一物相的燒綠石結(jié)構(gòu)An2Zr2O7；在樣品強(qiáng)的主晶格衍射峰2θ(28.56°(222)、33.22°(400)、47.69°(440)、56.55°(622)、59.27°(444)、69.62°(800)、76.98°(662)、79.35°(840))附近產(chǎn)生一組由陽(yáng)離子及氧空位排列組成的弱超晶格衍射峰(14.18°(111)、27.51°(311)、36.29°(331)、43.47°(511)、49.97°(531))，未觀察到其它雜質(zhì)的衍射峰，說(shuō)明固化體的樣品為燒綠石單一物相。根據(jù)布拉格衍射關(guān)系式:

式中：d為晶面間距，h、k、l為晶面指數(shù)，λ為X射線波長(zhǎng)，a為晶格常數(shù)。計(jì)算出樣品的晶格常數(shù)分別為1.067 4 nm(Nd2Zr2O7)、1.082 1 nm(La2Zr2O7)，而An2B2O7螢石結(jié)構(gòu)的晶格參數(shù)一般為0.5 nm左右，證明合成樣品為單一的燒綠石相。當(dāng)入射X射線波長(zhǎng)λ一定時(shí)，立方燒綠石相的晶面間距d增大(晶格常數(shù)a增大)必然導(dǎo)致其衍射角2θ角減少，因而觀察到La2Zr2O7樣品的衍射峰位相對(duì)Nd2Zr2O7向左偏移，這主要是由于樣品中的八配位An位陽(yáng)離子半徑不同(RNd(Ⅷ)=0.098 nm，RLa(Ⅷ)=0.115 nm)導(dǎo)致晶格常數(shù)的變化。

Raman光譜分析主要反映金屬氧化物的晶體結(jié)構(gòu)以及成鍵性質(zhì)，晶體結(jié)構(gòu)的微小變化均將引起拉曼光譜的變化，拉曼光譜分析常用于區(qū)分燒綠石結(jié)構(gòu)有序和無(wú)序。An2B2O7燒綠石結(jié)構(gòu)應(yīng)有6種Raman活性振動(dòng)模式即A1g+Eg+4F2g，而An2B2O7螢石結(jié)構(gòu)只有一種F2g振動(dòng)模式，燒綠石Raman振動(dòng)涉及到氧原子振動(dòng)(O48f和O8b)[11]，具體振動(dòng)模式列于表2。圖3為樣品的拉曼光譜，299、394、492、514、599 cm-1(極弱)五個(gè)峰被觀察到，最強(qiáng)的拉曼峰299 cm-1為燒綠石結(jié)構(gòu)的Eg振動(dòng)模式，514 cm-1拉曼峰為A1g振動(dòng)模式，394、492、599 cm-1對(duì)應(yīng)F2g振動(dòng)，其中一個(gè)730 cm-1附近的振動(dòng)峰由于較弱沒(méi)有出現(xiàn)。A1g和Eg拉曼峰主要反映ZrO6八面體中氧的振動(dòng)，而燒綠石結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性主要依靠強(qiáng)的Zr—O鍵[5]；A1g和Eg拉曼峰的消失意味著發(fā)生燒綠石結(jié)構(gòu)(Fd3m)向螢石結(jié)構(gòu)(Fm3m)相變。樣品的Raman光譜與燒綠石的活性振動(dòng)模式對(duì)應(yīng)很好(圖3)，進(jìn)一步證明合成樣品為單相燒綠石結(jié)構(gòu)。對(duì)于合成的兩種鑭系燒綠石樣品，其最強(qiáng)的Eg拉曼峰的半高寬分別為46、21 cm-1，Nd2Zr2O7峰出現(xiàn)了明顯的寬化，引起Raman峰寬化的主要原因有結(jié)構(gòu)內(nèi)陽(yáng)離子無(wú)序化或樣品的小粒徑引起[12]。通過(guò)樣品尺寸觀察分析，兩種樣品具有相似的尺寸大小，意味著Raman峰的寬化可能是由于樣品中產(chǎn)生了一定的離子移位，導(dǎo)致晶體結(jié)構(gòu)的無(wú)序化；燒綠石結(jié)構(gòu)無(wú)序化導(dǎo)致的Raman峰變寬在實(shí)驗(yàn)中得到證實(shí)[13]。大量研究發(fā)現(xiàn)燒綠石結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定一定程度上依賴于An位陽(yáng)離子半徑RAn/RB比值，穩(wěn)定燒綠石結(jié)構(gòu)其比值介于1.46～1.78之間，而Nd2Zr2O7、La2Zr2O7的RAn/RB比值分別為1.36、1.60。理論計(jì)算表明[14]，Ln2Zr2O7中Ln位陽(yáng)離子La具有低的形成能更容易形成有序的燒綠石結(jié)構(gòu)。Nd2Zr2O7樣品Raman峰出現(xiàn)的寬化主要是由于Nd3+導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)無(wú)序化有轉(zhuǎn)變?yōu)槲炇Y(jié)構(gòu)的趨勢(shì)，這與理論結(jié)果相一致。La2Zr2O7更容易形成穩(wěn)定的燒綠石結(jié)構(gòu)，研究[15]發(fā)現(xiàn)在Ln2Zr2O7中La2Zr2O7抗重離子輻照能力最低，這可能是由于其在重離子輻照情況下燒綠石結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為螢石結(jié)構(gòu)，而對(duì)于螢石結(jié)構(gòu)An位陽(yáng)離子半徑越小其結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定的緣故。這意味著在錒系核素An2Zr2O7固化中，An位離子半徑較小的錒系核素具有更加穩(wěn)定的抗重離子輻照性能。

表2 Raman振動(dòng)頻率相對(duì)應(yīng)的對(duì)稱性及振動(dòng)模式Table 2 Raman mode frequencies with symmetry character and vibration types

圖3 An2Zr2O7(An=La、Nd)樣品Raman振動(dòng)譜及Nd2Zr2O7 Raman參考譜[13]Fig.3 Raman spectra of An2Zr2O7(An=La, Nd) and Nd2Zr2O7 Raman reference spectrum[13]

3 結(jié) 論

采用sol-噴霧熱解方法在1 200 ℃條件下保溫6 h，成功制備了微米尺寸的燒綠石相An2Zr2O7(An=La、Nd)固化體，兩種錒系模擬核素均被很好的固溶在固化體中。該合成方法降低了燒結(jié)溫度，節(jié)省制備時(shí)間和能耗，可快速完成錒系核素的固化。X射線衍射、電鏡掃描和Raman光譜等分析表明：生成的燒綠石固化體結(jié)構(gòu)致密；固化體為單一的燒綠石相；Nd2Zr2O7燒綠石結(jié)構(gòu)中Nd3+有驅(qū)動(dòng)其燒綠石結(jié)構(gòu)向螢石結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)，而La2Zr2O7固化體具有很好的燒綠石結(jié)構(gòu)。

[1]Ringwood A E, Kesson S E, Reeve K D, et al. Synroc[M]. Armsterdam: North Holland, 1988: 233-334.

[2]Vance E R. Synroc: a suitable waste form for actinides[J]. Mater Res Soc Bull, 1994, 19(2): 28-35.

[3]Ewing R C, Weber W J, Lian J. Nuclear waste disposal-pyrochlore (A2B2O7): nuclear waste form for the immobilization of plutonium and “minor ” actinides[J]. J Appl Phys, 2004, 95(11): 5949-5971.

[4]Weber W J, Wald J W, Matzke H J. Self-radiation damage in Gd2Ti2O7[J]. Mater Lett, 1985, 3(4): 173-180.

[5]Wang S X, Begg B D, Wang L M, et al. Radiation stability of gadolinium zirconate: a waste form for plutonium disposition[J]. J Mater Res, 1999, 14(12): 4470-4473.

[6]段濤，盧喜瑞，劉小楠，等.Gd2-xNdxZr2O7(Nd=An(Ⅲ),0

[7]趙培柱，李林艷，徐盛明，等.Ce4+替代Pu4+的模擬固化體(Gd1-xCex)2Zr2O7+x的合成及結(jié)構(gòu)演變[J].物理化學(xué)學(xué)報(bào)，2013,29(6)：1168-1172.

[8]唐敬友，陳曉謀，潘社奇，等.立方燒綠石Gd2Zr2O7的高溫高壓合成[J].原子能科學(xué)技術(shù)，2010,44(4)：394-399.

[9]Zhang F X, Wang J W, Lian J, et al. Phase stability and press dependence of defect formation in Gd2Ti2O7and Gd2Zr2O7pyrochlores[J]. Phys Rev Lett, 2008, 100(4): 045503.

[10]楊建文，朱鑫璋，羅上庚.模擬三價(jià)錒系核素合成巖石固化研究[J].核化學(xué)與放射化學(xué),2000,22(1):50-54.

[11]Vandenborre M T, Husson E, Chatry J P, et al. Rare-earth titanates and stannates of pyrochlore structure; vibrational spectra and force filed[J]. J Raman Spectrosc, 1983, 14(2): 63-71.

[12]Kumar B V, Velchuri R, Prasad G, et al. Preparation, characterization, photoactivity and XPS studies of Ln2Zr2TiO7(Ln=Sm and Nd)[J]. Ceram Int, 2010, 36: 1347-1355.

[13]Mandal B P, Banerji A, Sathe V, et al. Order-disorder transition in Nd2-yGdyZr2O7pyrochlore solid solution: an X-ray diffraction and Raman spectroscopic study[J]. J Solid State Chem, 2007, 180: 2643-2648.

[14]Minervini L, Grimes R W, Sickafus K E. Disorder in pyrochlore oxides[J]. J Am Ceram Soc, 2000, 83(8): 1873-1878.

[15]Lian J, Zu X T, Kutty K V, et al. Ion-irradiation-induced amorphization of La2Zr2O7pyrochlore[J]. Phys Rev B, 2002, 66: 054108.

第三次全國(guó)環(huán)境放射化學(xué)戰(zhàn)略研討會(huì)簡(jiǎn)訊

由中國(guó)核學(xué)會(huì)核化學(xué)與放射化學(xué)分會(huì)環(huán)境放射化學(xué)專業(yè)委員會(huì)主辦、北京大學(xué)承辦的第三次全國(guó)環(huán)境放射化學(xué)戰(zhàn)略研討會(huì)于2014年6月30日至7月4日在甘肅省嘉峪關(guān)市召開(kāi)。來(lái)自北京大學(xué)等29個(gè)單位的近80位教授、專家和學(xué)者參會(huì)。

會(huì)議圍繞中國(guó)環(huán)境放射化學(xué)戰(zhàn)略、環(huán)境放射化學(xué)的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題及其在國(guó)家核能發(fā)展中的作用展開(kāi)了討論。會(huì)議共收到55篇論文摘要，其中特邀報(bào)告7個(gè)，大會(huì)報(bào)告12個(gè)。會(huì)議期間，與會(huì)代表對(duì)我國(guó)高放廢物地質(zhì)處置重點(diǎn)預(yù)選區(qū)甘肅北山進(jìn)行了考察。

與會(huì)專家充分認(rèn)識(shí)到，我國(guó)的核工業(yè)已經(jīng)走過(guò)了半個(gè)多世紀(jì)的歷程，很多核設(shè)施面臨退役和治理的迫切要求。我國(guó)核電事業(yè)的快速發(fā)展也面臨著嚴(yán)峻的環(huán)境安全問(wèn)題，其中高放廢物的安全處置是一個(gè)亟待解決的關(guān)鍵重大科學(xué)和工程問(wèn)題。3年多來(lái)，日本科研人員圍繞福島核事故釋放到環(huán)境中的放射性核素的吸附、擴(kuò)散、遷移等所開(kāi)展的研究工作告誡我們，我們現(xiàn)有的知識(shí)和技術(shù)儲(chǔ)備與應(yīng)對(duì)核事故的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的要求相距甚遠(yuǎn)。核設(shè)施的環(huán)境安全將成為制約我國(guó)核事業(yè)在新形勢(shì)下健康、可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵瓶頸之一。這給我國(guó)環(huán)境放射化學(xué)工作者提出了新的使命和挑戰(zhàn)。集我國(guó)各高校、研究院所的研發(fā)優(yōu)勢(shì)于一體，深入、系統(tǒng)地研究與我國(guó)核設(shè)施環(huán)境安全有關(guān)的關(guān)鍵放射化學(xué)問(wèn)題，將是我國(guó)環(huán)境放射化學(xué)工作者近期的主要任務(wù)之一。鑒于目前我國(guó)從事環(huán)境放射化學(xué)研究的人力和物力資源匱乏狀況，與會(huì)專家強(qiáng)烈建議國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、國(guó)家國(guó)防科技工業(yè)局、環(huán)保部等部門，加強(qiáng)對(duì)我國(guó)環(huán)境放射化學(xué)的經(jīng)費(fèi)支持力度，使我國(guó)環(huán)境放射化學(xué)工作者在較短的時(shí)間內(nèi)具備開(kāi)展?jié)M足上述工程需求所需要的科研工作條件，具體建議如下：

1.加大投入，建立我國(guó)放射性核素種態(tài)精準(zhǔn)分析技術(shù)和方法，以便有能力開(kāi)展關(guān)鍵核素種態(tài)及結(jié)構(gòu)隨環(huán)境條件變化的研究工作，為我國(guó)核設(shè)施退役治理和高放廢物地質(zhì)處置庫(kù)安全評(píng)價(jià)提供可靠的參數(shù)和數(shù)據(jù)；

2.大力支持有條件的單位開(kāi)展關(guān)鍵核素在特定條件下的氧化還原性質(zhì)研究，核素在礦物表面吸附后的微觀結(jié)構(gòu)分析，膠體、腐殖質(zhì)、微生物對(duì)核素遷移擴(kuò)散影響機(jī)制研究；

3.大力支持開(kāi)展地球化學(xué)模型的建模技術(shù)和方法研究以及新特材料的制備及性能研究；開(kāi)展關(guān)鍵放射性核素的譜學(xué)研究；建立我國(guó)環(huán)境放射化學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)。

第三次全國(guó)環(huán)境放射化學(xué)戰(zhàn)略研討會(huì)組織和學(xué)術(shù)委員會(huì)

2014年7月5日

PreparationandCharacterizationofPyrochloreAn2Zr2O7(An=La,Nd)bySprayPyrolysis

WANG Lie-lin, XIE Hua, JIANG Kuo, DENG Chao,LONG Yong, KANG Xiao-qing, MI Guo-yuan

Fundamental Science on Nuclear Wastes and Environmental Safety Laboratory,Southwest University of Science and Technology, Mianyang 621010, China

Zirconate pyrochlore (An2Zr2O7) is a well known host material for actinide immobilization because of the chemical durability and radiation stability. Lanthanide (La, Nd) are surrogate elements for actinide that is widely used in experiments, pyrochlore structured La2Zr2O7and Nd2Zr2O7are prepared at relative low temperature and short time via sol-spray pyrolysis method. X-ray diffraction (XRD), SEM and Raman are employed to investigate the structure characterization. Results show that the compositions are single pyrochlore phase; the Nd2Zr2O7pyrochlore drives structure phase transition from pyrochlore to defect fluorite. This synthetic method provides a potential pathway to immobilize high-level nuclear waste.

pyrochlore; immobilization of radioactive waste; sol-spray pyrolysis; XRD; Raman

2013-11-04；

2014-01-25

國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金資助項(xiàng)目(No.21101129)；四川省教育廳資助項(xiàng)目(No.14ZA0103)；核廢物與環(huán)境安全國(guó)防重點(diǎn)科學(xué)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金資助項(xiàng)目(No.11zxnk08，13zxnk09)

王烈林(1982—)，男，四川遂寧人，博士，放射性廢物處理專業(yè)

TL941.11

A

0253-9950(2014)04-0241-06

10.7538/hhx.YX.2014.2013072