يُعدّ السيزيوم أحد أخطر نواتج تحلّل اليورانيوم والبلوتونيوم داخل النفايات النووية . وغالباً ما يُعزل هذا العنصر باستخدام زجاج بوروسيليكاتي، وهو مادة مقاومة للإشعاع والحرارة. غير أنّ هذا الزجاج قد يتعرّض بمرور الوقت لعمليات تبلور قد تغيّر بنيته وتقلّل من قدرته على احتجاز العناصر المشعّة بشكل محكم.

ولهذا السبب، تكتسب دراسة سلوك الزجاج أثناء التبلور وفهم بنيته الداخلية أهمية كبيرة لضمان أمان تخزين النفايات النووية على المدى الطويل.

تفاصيل البحث الجديد

أجرى علماء من الأكاديمية الروسية للعلوم دراسة معمّقة على زجاجات بوروسيليكاتية تحتوي على نسب متفاوتة من السيزيوم والصوديوم. ثم خضعت هذه العينات لعمليات تسخين متعددة الطريقة بهدف مراقبة التفاعلات البنيوية داخلها.

ولكشف التغيرات بدقة، استخدم الباحثون تقنيات علمية متقدمة منها:

الأشعة السينية

المجاهر الإلكترونية

التحليل الحراري

التحليل الطيفي الراماني

هذه المقاربة الشاملة مكّنت العلماء من الوصول إلى فهم جديد ومفصّل لبنية المواد الناتجة عن التبلور.

ماذا اكتشف العلماء؟

1. مركّب جديد يشبه اللَيتس (Leucite)

تمكّن الباحثون من إنتاج مركّب بوروسيليكاتي للسيزيوم بصيغة CsBSi₂O₆، يشبه في تركيبه المعدن المعروف "ليتس".

المميّز في هذا المركّب أنه ينشأ في صورة غير متناظرة مركزياً، وهي خاصية ذات أهمية في خصائص المواد الكهرواصرية والبلورية.

2. اكتشاف مركّب جديد بالكامل

عثر الباحثون على مركّب جديد لم يُعرف سابقاً، بصيغة:

Cs₂B₂Si₃O₁₀

ويُعدّ هذا المركّب أول عضو في فئة جديدة من المواد ذات هيكل شبكي مشابه لهيكل الزيوليت، المعروف بقدرته على احتجاز الجزيئات والمواد ضمن مسامه.

كما جرى لأول مرة تسجيل الأطياف الرامانية لهذه المركّبات، والتي أظهرت كيفية اهتزاز الذرات داخل الحلقات البوروسيليكاتية، ما يساعد على فهم أفضل لسلوكها تحت الظروف المختلفة.

أهمية هذا الاكتشاف

يفتح هذا البحث الباب أمام تطوير مواد زجاجية-سيراميكية متقدمة قادرة على:

احتجاز العناصر المشعّة بكفاءة أعلى

مقاومة التغيّرات البنيوية عبر الزمن

زيادة أمان تخزين النفايات النووية لعقود وربما آلاف السنين

كما يتيح فهماً أعمق للتغيرات التي قد تحدث للمواد المستخدمة حالياً في المنشآت النووية، مما يساهم في تقييمها وتحسينها.