Сілтіге төзімді бактериялар жерасты ядролық қалдықтарды сақтау қоймаларының сенімділігін арттыра алады. Олардың тіршілік әрекетінің өнімдері цементтегі жарықтарды бітеп, қорғаныс құрылымдарының тұтастығын сақтауға көмектеседі.

Цементті бөгеттердің ұзақ мерзімділігі мәселесі

Ядролық қалдықтарды сақтаудың ең қауіпсіз тәсілдерінің бірі — оларды арнайы контейнерлерге салып, жүздеген метр тереңдіктегі тоннельдерге көму. Мұндай қоймаларды салуда цемент кеңінен қолданылады: ол әрі тірек құрылымдарын жасауға, әрі контейнерлерді герметизациялауға және саңылауларды толтыруға қызмет етеді.

Алайда уақыт өте келе, тіпті берік цемент те топырақ суының, механикалық және химиялық факторлардың әсерінен бұзылуы мүмкін. Соның салдарынан материалда микрожарықтар мен қуыстар пайда болып, радиоактивті заттардың ағып кетуіне әкелуі ықтимал. Бұған қоса, цементтің жоғары сілтілігі (pH 10–12) материалдың ұзақ қызмет етуіне және коррозияға төзімді болуына септігін тигізгенімен, қорғаныс қабаттарының беріктігін әлсіретіп, бүкіл қойманың тұтастығына қауіп төндіреді.

Цементті қалпына келтірудегі биотехнологиялық тәсіл

Британдық ғалымдар сілтілі ортада өмір сүретін бактерияларды бетонды қалпына келтіру үшін пайдалануды ұсынды. Бұл әдіс микробтық-индуцирленген карбонат тұндыру (microbially induced carbonate precipitation, MICP) деп аталады. Зерттеу нәтижелері ACS Omega журналында жарияланды.

Химиктер осындай бактериялардың қатысуымен бетонның уақыт өте қалай өзгеретінін зерттеді. Олар микроорганизмдердің тіршілік өнімдері бетонға жарықтарды өздігінен бітеп алуға көмектеседі деп болжады.

Эксперимент және оның нәтижелері

Алты ай бойы зерттеушілер төмен сілтілі цементтен (pH 10–11) жасалған плиталармен тәжірибе жүргізді. Бұл цемент коррозияға азырақ ұшырайды және ұзақ мерзімді қолдануға жеткілікті берік. Сілтілі ортада өмір сүретін бактериялар табиғи жоғары pH-ты аймақтан жиналып, зертханалық ерітіндіге орналастырылды, ол топырақ суын имитациялады. Осы ерітіндіге цемент плиталары салынды, ал ерітіндідегі органикалық зат мөлшері әртүрлі болды.

Жарықтарды бітеп тастау механизмі келесідей: бактериялар органикалық заттарды өңдеп, тіршілік барысында көмірқышқыл газын бөледі. Бұл газ цементтен жуылып шыққан кальций мен магниймен әрекеттесіп, кальцит пен басқа карбонатты минералдарды түзеді, олар жарықтарды толтырады.

Эксперимент нәтижесінде өздігінен бітелу тиімділігі бактерияларға қолжетімді органикалық заттың мөлшеріне тәуелді екені анықталды. Көміртегі көп ортада бактериялар белсенділігі жоғары болып, көбірек көмірқышқыл газын өндірді, бұл қоршаған судың pH-ын төмендетіп, кальцит кристалдарының көптеп түзілуіне ықпал етті. Бұл жарықтарды тиімді бітеп, цементтің кеуектілігін азайтты. Алайда органика жеткіліксіз болғанда, өздігінен бітелу процесі әлсіздеу болды.

Қолдану перспективалары

Ғалымдар тәжірибе нәтижелері сәтті болғанымен, MICP технологиясының ядролық қалдықтарды сақтау қоймаларында ұзақ мерзімді және күрделі нақты жағдайларда қолдану мүмкіндігін тексеру үшін қосымша зерттеулер қажет екенін атап өтті.