Hafniyum demir fosfat camlarının yapısı

Abstract

ÖZET Nükleer atıkların güvenli olarak saklanmaları bütün dünyada çözüm bekleyen en önemli çevre problemlerinden biridir. Radyoaktif atıklar genellikle sıvı halde bulunduklarından bunların zamanla içinde saklandıkları çelik tanklardan toprağa ve yeraltı sularına karışma olasılığı vardır. Bu nedenle bu atıkların daha kararlı bir yapıya dönüştürülmeleri gerekmektedir. Bu doğrultuda yapılan en önemli çalışmalardan biri sıvı atıkların camlaştırılmasıdır. Demir fosfat camları bazı nükleer atıkları camlaştırmak için araştırılan cam yapılarından biridir. Bu çalışmada, Hafniyum (Hf) içeren demir fosfat camlarının yapısı ve özellikleri incelendi. Hafniyum'un çalışılmasının nedeni Plütonyum' a (Pu) kimyasal ve büyüklük olarak benzemesindendir. Sentezlenen Hf demir fosfat camlarının kimyasal dayanıklılığı 90 °C'deki saf suda test edildi ve çözünürlük oranlarının 10`8 - 10`9 gr/cm2dak olduğu bulundu. Numunelerin HfP2(>7 kristal fazı içerdikleri toz x- ışını kırınım tekniği kullanılarak belirlendi. Demir iyonlarının çevresi ve valans durumları Fe Mössbauer spektroskopi tekniğiyle incelendi. Spektrumların analizlerinden bütün numunelerin hem Fe(II) hem de Fe(III) iyonları içerdikleri ve bu iyonların oktahedral koordinasyona sahip oldukları belirlendi. Anahtar Kelimeler: Nükleer atıkların camlaştınlması, Hf demir fosfat camları, Mössbauer spektroskopisi. IV

SUMMARY One of the most important environmental problems to be solved worldwide is to safely control the nuclear wastes. Because radioactive wastes are generally in liquid form, there is a possibility that the liquid waste may leak from the tanks in which they are kept, and mix with soil and underground water. Therefore, these liquid wastes should be transformed in to a more stable structure. Vitrification of liquid wastes is one of the most important studies conducted with this goal. Iron phosphate glasses are one of the structures that are being investigated for the vitrification of some nuclear wastes. In this thesis, structure and properties of Hafnium (Hf) containing iron phosphate glasses were investigated. The reason for the investigation of Hf in these glasses is that Hf is considered to be a surrogate for Plutonium (Pu) due to its size and chemical similarities with Pu. The chemical durability of Hf iron phosphate glasses were measured in distilled water at 90 °C and dissolution rates were found to be in the 10`8 - 10`9 gr/cm2-min range. All the samples were found to contain HfP2C>7 phase by powder x-ray diffraction. The coordination environment of iron ions and their valance states were investigated by Fe Mössbauer spectroscopy. Analysis of the Mössbauer spectra showed that all of the samples contained Fe(II) and Fe(III) ions in various concentrations and both type of iron ions had octahedral coordination. Key Words: Vitrification of nuclear wastes, Hf iron phosphate glasses, Mössbauer spectroscopy. V