فناوری غربال مولکولی: زئولیت-تله‌های رادیونوکلئید اصلاح‌شده
ظرفیت جذب هسته این شن از اصلاح دقیق زئولیت طبیعی ناشی می شود. تیم های فنی آتشفشانی را انتخاب می کنندسنگریزه ها(قطر 10 تا 15 سانتی متر) غنی از کلینوپتیلولیت، بهینه سازی ساختار ریز متخلخل زئولیت (اندازه منافذ 0.3-0.8 نانومتر) به کانال های "جذب هدفمند" از طریق فعال سازی اسید (5٪ درمان اسید کلریدریک) و تبادل یونی (غوطه وری در محلول نمک آمونیوم). چارچوب آلومینوسیلیکات داخلی بارهای منفی را حمل می کند، و جذب قوی رادیونوکلئیدهای کاتیونی مانند سزیم (Cs+) و استرانسیوم (Sr2+) را از طریق جاذبه الکترواستاتیکی امکان پذیر می کند.
داده‌های آزمایش نشان می‌دهد که سنگریزه‌های اصلاح‌شده به ظرفیت جذب سزیم بیش از 120 میلی‌گرم در گرم و استرانسیوم بیش از 90 میلی‌گرم بر گرم- 3 برابر زئولیت اصلاح‌نشده و بسیار فراتر از انجماد سیمان سنتی (فقط 5 میلی‌گرم در گرم برای سزیم) می‌رسند. از آن مهم‌تر، پایداری جذب استثنایی است: در محیط‌های pH 3-11 (شبیه‌سازی آب‌های زیرزمینی در شرایط مختلف زمین‌شناسی)، نرخ دفع رادیونوکلئید 0.1% است. پس از تابش اشعه (دوز تا 106 گری، معادل شدت تابش در اطراف HLW)، ظرفیت جذب تنها 2٪ کاهش می یابد و از آسیب ساختاری ناشی از تشعشع جلوگیری می کند.
مکانیسم جذب به "قفل شدن دوگانه" دست می یابد: از نظر فیزیکی، ریز منافذ زئولیت مانع فضایی برای رادیونوکلئیدها می شود. از نظر شیمیایی، رادیونوکلئیدها پیوندهای هماهنگی پایداری را با چارچوب زئولیت ایجاد می‌کنند و مانع از انتشار مجدد-حتی در دماهای بالا (150 درجه) یا فشار (10 مگاپاسکال) می‌شوند-نقص "واجذب آسان" جاذب‌های سنتی را حل می‌کنند.
شاخص‌های ایمنی: عملکرد سد نفوذپذیری نزدیک-
شن قفل کننده رادیونوکلئید-بر اساس سخت‌ترین استانداردهای دفع زباله‌های هسته‌ای جهان تأیید شده است. آزمایش‌های سازمان ایمنی تابشی و هسته‌ای فنلاند (STUK) نشان می‌دهد که نفوذپذیری کلی آن 10-m/s{3}}به این معنی است که روزانه 10-1 مترمکعب آب در هر متر مربع (معادل یک میلیونم قطره) در هر متر مربع از آن عبور می‌کند (معادل یک میلیونم قطره) که تقریباً یک رادیونوکلید را غیرممکن می‌کند.
این نفوذپذیری فوق‌العاده کم از ساختار کامپوزیتی "شنی-بنتونیت" ناشی می‌شود: هر سنگریزه با یک لایه 2 میلی‌متری بنتونیت سدیم (ظرفیت تورم 30 میلی‌لیتر بر گرم) پوشانده شده است، که در تماس با آب‌های زیرزمینی به سرعت به ژل متراکم تبدیل می‌شود و شکاف‌های بین سنگریزه‌ها را پر می‌کند. در همین حال، ساختار متراکم طبیعی سنگریزه (تخلخل 2٪) بیشتر مسیرهای نفوذ را مسدود می کند. آزمایش‌های آبشویی بلندمدت (شبیه‌سازی 1000 سال فرسایش آب‌های زیرزمینی) نشان می‌دهد که میزان شسته‌شدن سزیم 10-8 گرم در سانتی‌متر مربع در روز است که بسیار کمتر از حد ایمنی آژانس بین‌المللی انرژی اتمی (IAEA) (10-6g/(cm²·d)).
علاوه بر این، پایداری مکانیکی آن فوق‌العاده است: استحکام فشاری 150 مگاپاسکال در برابر فشار بالای بار در دفع زیرزمینی (معمولاً 5 مگاپاسکال) مقاومت می‌کند. پس از 100 سیکل ذوب انجماد (20- تا 20 درجه ) هیچ ترک خوردگی رخ نمی دهد که یکپارچگی ساختار را در آب و هوای شدید تضمین می کند.
هزینه دفع: انقلاب اقتصادی در محل دفن زباله های هسته ای
کاربرد عملی در نیروگاه هسته‌ای اولکیلوئوتو (فنلاند) مزایای هزینه سنگریزه را تأیید می‌کند. در پروژه حذف HLW 2024 کارخانه، جایگزینی انجماد شیشه ای سنتی با شن قفل کننده رادیونوکلئید- باعث صرفه جویی در هزینه های متعدد شد:
50% هزینه مواد کمتر: هزینه تولید شن اصلاح شده 80 دلار در تن، نیمی از هزینه انجماد شیشه (160 دلار در تن).
بهبود راندمان حمل و نقل و دفن زباله: 1 کیلوگرم به ازای هر سنگریزه بارگیری مکانیزه را امکان پذیر می کند، راندمان حمل و نقل را در مقایسه با انجماد شیشه سه برابر می کند (نیاز به ظروف محافظ ویژه).
حذف{0}}هزینه‌های نگهداری طولانی‌مدت: جذب پایدار و نفوذپذیری فوق‌العاده-کم، نیاز به چاه‌های نظارتی یا لایه‌های تعمیر اضافی را از بین می‌برد، کاهش ۶۰ درصدی هزینه‌های تعمیر و نگهداری عملیاتی ۱۰۰ ساله.
حسابداری جامع نشان می دهد که هزینه های دفع زیرزمینی واحد از 2000 دلار در متر مکعب به 1200 دلار در متر مکعب کاهش یافته است-که 40 درصد کاهش یافته است. برای یک نیروگاه هسته ای 1 گیگاواتی که سالانه 200 متر مکعب HLW تولید می کند، 1.6 میلیون دلار در سال صرفه جویی می شود.
عمیق‌تر، چرخه دفع زباله‌های هسته‌ای را کوتاه‌تر می‌کند: انجماد شیشه‌ای سنتی به 6-12 ماه خنک‌سازی و انجماد نیاز دارد، در حالی که شن اصلاح‌شده را می‌توان مستقیماً پس از تصفیه اولیه زباله استفاده کرد، فرآیند را از «سال» به «هفته» فشرده کرد و خطرات ذخیره‌سازی موقت را به‌طور قابل‌توجهی کاهش داد. همانطور که در ارزیابی STUK اشاره شده است: "این سنگریزه زباله های هسته ای را از "دفع کردن دشوار" به "دفع قابل کنترل" تبدیل می کند - یک پیشرفت مهم مواد برای توسعه پایدار صنعت هسته ای."