nucВестник НЯЦ РКNNC RK Bulletin1729-75161729-7885Национальный ядерный центр Республики Казахстан10.52676/1729-7885-2026-2-191-201nuc-1046Research ArticleСтатьиОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕРМИЧЕСКОЙ СТАБИЛЬНОСТИ СОРБИРОВАННЫХ ЖИДКИХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВDETERMINATION OF THERMAL STABILITY OF SORBENT-BOUND LIQUID RADIOACTIVE WASTEhttps://orcid.org/0000-0002-2564-0421БукинаО СBukinaO. S.

Ольга Сергеевна Букина – лаборатория испытаний конструкционных и топливных материалов, начальник лаборатории 

Курчатов; Семей

Kurchatov; Semey

bukina@nnc.kzhttps://orcid.org/0000-0002-4054-7831БаклановаЮ ЮBaklanovaYu. Yu.

Юлия Юрьевна Бакланова 

Курчатов

Kurchatovё

Basalai@nnc.kzhttps://orcid.org/0009-0006-7399-9785НокановаӘ ДNokanovaA. D.

Әмина Досанқызы Ноқанова

Курчатов

Kurchatov

nokanovaamina@nnc.kzhttps://orcid.org/0000-0001-7627-8752БаклановВ. В.BaklanovV. V.

Виктор Владимирович Бакланов 

Курчатов

Kurchatov

Baklanov@nnc.kzФилиал «Институт атомной энергии» Республиканского государственного предприятия «Национальный ядерный центр Республики Казахстан»; Некоммерческое акционерное общество «Университет имени Шакарима города Семей»КазахстанBranch “Institute of Atomic Energy” RSE NNC RK; Shakarim UniversityKazakhstanФилиал «Институт атомной энергии» Республиканского государственного предприятия «Национальный ядерный центр Республики Казахстан»КазахстанBranch “Institute of Atomic Energy” RSE NNC RKKazakhstan20260908202602191201Copyright © Букина О.С., Бакланова Ю.Ю., Ноканова Ә.Д., Бакланов В.В., 20262026Букина О.С., Бакланова Ю.Ю., Ноканова Ә.Д., Бакланов В.В.Bukina O.S., Baklanova Y.Y., Nokanova A.D., Baklanov V.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://journals.nnc.kz/jour/article/view/1046

В статье представлена методика определения термической стабильности системы «ЖРО–сорбент», предназначенная для оценки возможности перевода жидких радиоактивных отходов (ЖРО) в нетекучее состояние с использованием сорбентов. В качестве объектов исследования использовались природные и синтетические сорбенты различного происхождения (перлит, перлитовый песок М-100, вермикулит, агровермикулит, синтетический полимерный сорбент («Суперабсорбент») и минеральный сорбент разработки Университета им. Шакарима).

Проведены испытания сорбентов на морозостойкость (50 циклов при ±40 °С) и длительную термическую устойчивость (600 ч при +50 °С). Установлено, что перлитовые сорбенты обладают наилучшей совокупностью свойств, сочетая высокую абсорбционную способность и устойчивость к термоциклированию. Минеральный сорбент разработки университета им. Шакарима (сорбент «Ш») продемонстрировал минимальные изменения массы и структуры, однако его сорбционная емкость ниже, чем у перлитов. Вермикулит и агровермикулит показали механическую стабильность при недостаточной удерживающей способности, а «Суперабсорбент» исключен из дальнейшего рассмотрения ввиду деструкции при термическом воздействии.

Полученные результаты подтверждают применимость предложенной методики для прогнозирования поведения систем «ЖРО–сорбент» при температурных воздействиях, характерных для условий хранения. Результаты могут быть использованы для обоснования технологий обращения с ЖРО реакторной установки БН-350.

The paper presents a methodology for determining the thermal stability of the “LRW–sorbent” system, intended to assess the feasibility of converting liquid radioactive waste (LRW) into a non-flowing state using sorbent materials. Natural and synthetic sorbents of different origins were used as study objects, including perlite, perlite sand M-100, vermiculite, agrovermiculite, a synthetic polymer sorbent (“superabsorbent”), and a mineral sorbent developed at Shakarim University. The sorbents were tested for freeze–thaw resistance (50 cycles at ±40 °C) and long-term thermal stability (600 hours at +50 °C). It was found that perlite-based sorbents exhibit the most favorable combination of properties, combining high absorption capacity with resistance to thermal cycling. The mineral sorbent developed at Shakarim University (“S-sorbent”) demonstrated minimal changes in mass and structure; however, its sorption capacity is lower than that of perlite. Vermiculite and agrovermiculite showed mechanical stability but insufficient liquid retention capacity, while the superabsorbent was excluded from further consideration due to structural degradation under thermal exposure.

The obtained results confirm the applicability of the proposed methodology for predicting the behavior of “LRW–sorbent” systems under temperature conditions typical for storage. The results may be used to substantiate technologies for the management of LRW from the BN-350 reactor facility.

ЖРОрадиоактивные отходысорбентыперлитвермикулиттермическая стойкостьиммобилизацияliquid radioactive wasteLRWsorbentsperlitevermiculitethermal stabilityimmobilizationРабота проводилась при финансовой поддержке Комитета науки Министерства науки и высшего образования Республики Казахстан в рамках ИРН BR24993140 «НИР по обоснованию выбора и реализации технологии переработки жидких радиоактивных отходов».ReferencesНациональный доклад Республики Казахстан по объединенной конвенции о безопасности обращения с отработавшим топливом и о безопасности обращения с радиоактивными отходами / Астана, 2014. 123 с.Национальный доклад Республики Казахстан по объединенной конвенции о безопасности обращения с отработавшим топливом и о безопасности обращения с радиоактивными отходами / Астана, 2014. 123 с.Милютин В.В., Некрасова Н.А., Каптаков В.О. СОВРЕМЕННЫЕ СОРБЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ОЧИСТКИ ЖИДКИХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ ОТ РАДИОНУКЛИДОВ ЦЕЗИЯ И СТРОНЦИЯ // Радиоактивные отходы. 2020. №№ 4 (13). С. 80-89. DOI: 10.25283/2587-9707-2020-4-80-89.Милютин В.В., Некрасова Н.А., Каптаков В.О. СОВРЕМЕННЫЕ СОРБЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ОЧИСТКИ ЖИДКИХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ ОТ РАДИОНУКЛИДОВ ЦЕЗИЯ И СТРОНЦИЯ // Радиоактивные отходы. 2020. №№ 4 (13). С. 80-89. DOI: 10.25283/2587-9707-2020-4-80-89.Abdel-Karima A.M., Zaki A.A., Elwana W. et al. Experimental and modeling investigations of cesium and strontium adsorption onto clay of radioactive waste disposal // Applied Clay Science. 2016. С. 391-401.Abdel-Karima A.M., Zaki A.A., Elwana W. et al. Experimental and modeling investigations of cesium and strontium adsorption onto clay of radioactive waste disposal // Applied Clay Science. 2016. С. 391-401.Mansy M.S., Hassana R.S., Selima Y.T. et al. Evaluation of synthetic aluminum silicate modified by magnesia for the removal of 137Cs, 60Co and 152+154Eu from low-level radioactive waste. Applied Radiation and Isotopes. 2017. № 130. Р. 198—205.Mansy M.S., Hassana R.S., Selima Y.T. et al. Evaluation of synthetic aluminum silicate modified by magnesia for the removal of 137Cs, 60Co and 152+154Eu from low-level radioactive waste. Applied Radiation and Isotopes. 2017. № 130. Р. 198—205.Рябчиков Б.Е. Очистка жидких радиоактивных отходов. М., ДеЛи принт, 2008. 516 с.Рябчиков Б.Е. Очистка жидких радиоактивных отходов. М., ДеЛи принт, 2008. 516 с.Технологические и организационные аспекты обращения с радиоактивными отходами // IAEA-TCS-27, Вена, 2005. [Электронный ресурс]. Точка доступа: https://www-pub.iaea.org/MTCD/Publications/PDF/TCS-27_R_web.pdf. Дата обращения 15.04.2025.Технологические и организационные аспекты обращения с радиоактивными отходами // IAEA-TCS-27, Вена, 2005. [Электронный ресурс]. Точка доступа: https://www-pub.iaea.org/MTCD/Publications/PDF/TCS-27_R_web.pdf. Дата обращения 15.04.2025.Ноқанова Ә.Д., Букина О.С., Бакланова Ю.Ю., Коянбаев Е.Т., Бакланов В.В. Определение сорбционных характеристик для перевода ЖРО в нетекучее состояние // Вестник НЯЦ РК. – 2026. – № 1. – С. 36–42.Ноқанова Ә.Д., Букина О.С., Бакланова Ю.Ю., Коянбаев Е.Т., Бакланов В.В. Определение сорбционных характеристик для перевода ЖРО в нетекучее состояние // Вестник НЯЦ РК. – 2026. – № 1. – С. 36–42.Artamonov, Y.; Krivitskiy,P.; Zhamaldinov, F.; Aseyev, V.; Klivenko, A. The Evaluation of the Effectiveness of Adsorbents Based on Acrylamide Hydrogels and Cryogels for Water Purification from Radioactive Contaminants // Gels. 2025. №11(5). С. 311. https://doi.org/10.3390/gels11050311Artamonov, Y.; Krivitskiy,P.; Zhamaldinov, F.; Aseyev, V.; Klivenko, A. The Evaluation of the Effectiveness of Adsorbents Based on Acrylamide Hydrogels and Cryogels for Water Purification from Radioactive Contaminants // Gels. 2025. №11(5). С. 311. https://doi.org/10.3390/gels11050311ГОСТ 33622-2015. Уголь активированный. Стандартный метод определения сорбционных характеристик абсорбентов [Текст]. – Введ. 2017–04–– М. : Изд-во стандартов, 2019. – 16 с. : ил. ; 29 см.ГОСТ 33622-2015. Уголь активированный. Стандартный метод определения сорбционных характеристик абсорбентов [Текст]. – Введ. 2017–04–– М. : Изд-во стандартов, 2019. – 16 с. : ил. ; 29 см.ГОСТ 33627-2015. Уголь активированный. Стандартный метод определения сорбционных характеристик адсорбентов. [Текст]. – Введ. 2017–04–– М. : Изд-во стандартов, 2019. – 16 с. : ил. ; 29 см.ГОСТ 33627-2015. Уголь активированный. Стандартный метод определения сорбционных характеристик адсорбентов. [Текст]. – Введ. 2017–04–– М. : Изд-во стандартов, 2019. – 16 с. : ил. ; 29 см.ГОСТ 16189-70. Сорбенты. Метод сокращения и усреднения проб. [Текст]. – Введ. 1971–07–01. – М. : Изд-во стандартов, 1970. – 4 с. : ил. ; 29 см.ГОСТ 16189-70. Сорбенты. Метод сокращения и усреднения проб. [Текст]. – Введ. 1971–07–01. – М. : Изд-во стандартов, 1970. – 4 с. : ил. ; 29 см.ГОСТ 16187-70. Сорбенты. Метод определения фракционного состава. [Текст]. – Введ. 1971–07–01. – М. : Изд-во стандартов, 1970. – 6 с. : ил. ; 29 см.ГОСТ 16187-70. Сорбенты. Метод определения фракционного состава. [Текст]. – Введ. 1971–07–01. – М. : Изд-во стандартов, 1970. – 6 с. : ил. ; 29 см.ГОСТ 16190-70. Сорбенты. Метод определения насыпной плотности. [Текст]. – Введ. 1971–07–01. – М.: Изд-во стандартов, 1970. – 6 с.: ил.; 29 см.ГОСТ 16190-70. Сорбенты. Метод определения насыпной плотности. [Текст]. – Введ. 1971–07–01. – М.: Изд-во стандартов, 1970. – 6 с.: ил.; 29 см.ГОСТ 19609.14-89. Каолин обогащенный. Метод определения влаги. [Текст]. – Введ. 1991–01–01. – М. : Изд-во стандартов, 1970. – 3 с. : ил. ; 29 см.ГОСТ 19609.14-89. Каолин обогащенный. Метод определения влаги. [Текст]. – Введ. 1991–01–01. – М. : Изд-во стандартов, 1970. – 3 с. : ил. ; 29 см.Коровина О.Ю., Лукашенко С.Н., Каширский В.В. К вопросу об эффективности технологии переработки жидких радиоактивных отходов реакторной установки БН-350 // Вестник НЯЦ. 2011. №2. С. 20-27.Коровина О.Ю., Лукашенко С.Н., Каширский В.В. К вопросу об эффективности технологии переработки жидких радиоактивных отходов реакторной установки БН-350 // Вестник НЯЦ. 2011. №2. С. 20-27.Зверева И.О., Лукашенко С.Н., Коровина О.Ю., Каширский В.В. Разработка технологии переработки неорганических ЖРО РУ БН-350 // Вестник НЯЦ. 2011. №3. С. 111-115.Зверева И.О., Лукашенко С.Н., Коровина О.Ю., Каширский В.В. Разработка технологии переработки неорганических ЖРО РУ БН-350 // Вестник НЯЦ. 2011. №3. С. 111-115.Комиссаренков А. А., Федорова О. В. Сорбционные технологии. Определение свойств сорбентов: учебнометодическое пособие для выполнения курсовой работы / СПбГТУРП. – СПб., 2015. – 44 с.Комиссаренков А. А., Федорова О. В. Сорбционные технологии. Определение свойств сорбентов: учебнометодическое пособие для выполнения курсовой работы / СПбГТУРП. – СПб., 2015. – 44 с.Сютова Е.А., Джигола Л.А. Исследование кинетических закономерностей твердофазного концентрирования ионов кальция природными сорбентами // Сорбционные и хроматогра-фические процессы. 2020. Т. 20. № 1. С. 64-78.Сютова Е.А., Джигола Л.А. Исследование кинетических закономерностей твердофазного концентрирования ионов кальция природными сорбентами // Сорбционные и хроматогра-фические процессы. 2020. Т. 20. № 1. С. 64-78.СТ РК 3723-2021 Отходы радиоактивные цементированные. Общие технические требования. [Текст]. – Введ. 2022–07–01. – Нур-Султан. : Госстандарт, 2021. – 16 с.; 29 см.СТ РК 3723-2021 Отходы радиоактивные цементированные. Общие технические требования. [Текст]. – Введ. 2022–07–01. – Нур-Султан. : Госстандарт, 2021. – 16 с.; 29 см.СТ РК 3722-2021. Отходы радиоактивные битумированные. Общие технические требования. [Текст]. – Введ. 2022–07–01. – Нур-Султан. : Госстандарт, 2021. – 16 с.; 29 см.СТ РК 3722-2021. Отходы радиоактивные битумированные. Общие технические требования. [Текст]. – Введ. 2022–07–01. – Нур-Султан. : Госстандарт, 2021. – 16 с.; 29 см.ГОСТ 10832-2009. Песок и щебень перлитовые вспученные. Технические условия. [Текст]. – Введ. 2011–01–01. – М.: Изд-во стандартов, 2011. – 22 с.: ил.; 29 см.ГОСТ 10832-2009. Песок и щебень перлитовые вспученные. Технические условия. [Текст]. – Введ. 2011–01–01. – М.: Изд-во стандартов, 2011. – 22 с.: ил.; 29 см.Поправочный коэффициент при определении активности Cs-137 в мерных колбах с сорбентом. [Текст] Расчет.; рук. Повов Ю.А. – Курчатов, 2024. – 15 с. – Исполн.: Попов Ю.А.: с. 15. Инв. №13-240-03/179 от 12.02.24.Поправочный коэффициент при определении активности Cs-137 в мерных колбах с сорбентом. [Текст] Расчет.; рук. Повов Ю.А. – Курчатов, 2024. – 15 с. – Исполн.: Попов Ю.А.: с. 15. Инв. №13-240-03/179 от 12.02.24.Брискман Б.А., Генералов В.В., Крамер-Агеев Е.А., Трошин В.С. Внутриреакторная дозиметрия. Практическое руководство. . М.: Энергоиздат, 1985. 200 с.Брискман Б.А., Генералов В.В., Крамер-Агеев Е.А., Трошин В.С. Внутриреакторная дозиметрия. Практическое руководство. . М.: Энергоиздат, 1985. 200 с.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.