- 碎混凝土能在數十年內捕獲放射性鍶-90。
- 鍶-90 是核裂變產生的放射性同位素，具有環境問題。
- 實驗顯示碎混凝土能主動去除鍶，並以穩定形式持有鍶。
- 磷酸鹽處理可進一步提升碎混凝土固定放射性污染物的能力。
英國的研究人員發現，來自退役核電站的碎混凝土能夠在數十年內捕獲放射性鍶-90，並提供更好的管理受污染廢物的方法。這項研究由曼徹斯特大學、英國國家核實驗室 (UKNNL) 以及克萊姆森大學的研究團隊進行。該團隊發現，碎混凝土能夠主動捕捉並保留鍶-90。鍶-90 是由核裂變產生的放射性同位素，是在英國的塞拉菲爾德和美國的漢福德等地點發現的最具流動性的放射性污染物之一。
其半衰期約為 28.8 年，會衰變成釔-90，並發出高能量的貝塔粒子。這一解決方案可能改善在核退役過程中產生的輕度受污染混凝土的長期管理。
鍶-90 的環境影響
研究的主要作者、BNFL 研究主席 Katherine Morris 博士表示：「這些結果讓我們更清晰地瞭解混凝土廢物與地下水在長時間內的相互作用。」鍶-90 是一個重大的環境問題，因為它能夠通過地下水移動。它存在於核反應堆的廢物中，事實上，切爾諾貝爾事故釋放了大量的鍶-90，而 2011 年的福島第一核電站災難也釋放了此放射性同位素。與此同時，隨著老舊核電站的退役，產生了越來越多的輕度受污染混凝土待於現場處理。
為了了解這種材料隨時間的行為，研究人員測試了由核退役管理局提供的碎混凝土。
然後，他們將其與含有穩定鍶或微量鍶-90 的合成地下水混合。實驗在兩種處置情景下進行了三個月。一種模擬了密封的低氧條件，限制了空氣暴露；另一種則代表了類似於淺層現場處置的空氣暴露環境。Morris 表示：「我們的工作顯示，碎混凝土不僅僅是惰性廢物材料，它能夠主動去除溶液中的鍶並以穩定的形式持有鍶。」在空氣平衡的條件下，碎混凝土在三個月內去除了約 82%的鍶。而在限制空氣的條件下，則僅去除了 14%。
空氣暴露使混凝土通過與二氧化碳反應形成方解石。
磷酸鹽處理的效果
考慮到鍶能夠替代方解石晶體結構中的鈣，該礦物有效地將放射性元素鎖定在穩定的形式中。研究團隊隨後使用 X 射線吸收光譜技術確認鍶已經被納入新形成的方解石中，提供了長期去除地下水中鍶-90 的機制。研究團隊還探討了磷酸鹽處理是否能進一步改善此過程。他們測試了兩種方法，第一種是在實驗過程中添加磷酸鹽，第二種則是事先對混凝土進行預處理。這兩種方法在低氧條件下均增加了鍶的攝取。
與此同時，在經過磷酸鹽處理的空氣暴露系統中，鍶在僅 48 小時內便從溶液中去除多達 98%。磷酸鹽在混凝土表面形成了低結晶度的磷酸鈣塗層，這些塗層提供了額外的位點以便鍶結合，並防止其隨著逐漸衰變為穩定的鋯而移動。研究團隊的發現表明，碎混凝土在回收或淺埋過程中，暴露於空氣中能顯著提高其固定放射性污染物的能力，而磷酸鹽處理則可在有限氧氣環境中進一步提升效果。Morris 在聲明中總結道：「透過瞭解捕獲鍶的機制，我們能夠更好地支持關於現場處置和長期放射性污染土地管理的安全、基於證據的決策。」
這項研究已發表在《ACS ES&T Water》期刊上。
碎混凝土在放射性廢物管理中的潛力
這項研究展示了碎混凝土在捕獲放射性鍶-90 方面的有效性，為核退役過程中的廢物管理提供了新思路。隨著全球核電站退役的增加，如何安全處理輕度受污染的混凝土成為一大挑戰。研究顯示，透過適當的處理方法，碎混凝土不僅能有效固定放射性物質，還能減少其對環境的潛在威脅。這對於未來的核廢物管理策略具有重要意義。