Группа исследователей из германского института HZDR (Helmholtz Zentrum Dresden-Rossendorf) совершенно случайно обнаружила совершенно новую стабильную форму плутония. Этот нестабильный и радиоактивный элемент нуждается в особых мерах при транспортировке, хранении и утилизации, а находка немецких ученых может стать новым способом решения упомянутых выше задач.
Нестабильность плутония делает его невероятно сильным источником энергии, с одной стороны, и, с другой стороны, потенциально разрушительной силой, способной вызвать экологическую катастрофу. Некоторые из изотопов плутония могут существовать в течение десятков миллионов лет и легко представить себе, к чему приведет заражение грунтовых вод, к примеру, такими изотопами. Поэтому ученые постоянно изыскивают новые способы, которые позволят более безопасно хранить, перевозить и утилизировать плутоний и его соединения. И как раз во время подобных исследований учеными из HZDR была случайно найдена новая стабильная форма.
Одна из наиболее безопасных форм плутония является диоксид плутония, который представляет собой керамический материал, не растворяющийся в воде и имеющий достаточно высокую температуру плавления. Наночастицы из диоксида плутония могут быть получены разными путями, используя различные исходные материалы, называемые прекурсорами (precursors), содержащие изотопы плутония. Немецкие ученые в своих экспериментах использовали прекурсоры под названием Plutonium (VI) (Pu (VI)), растворенные в воде и заметили весьма странные химические реакции.
Pu (VI) во время его превращения в диоксид плутония, проходил через переходную фазу, в которой этот материал становился твердым и стабильным. В обычных условиях пентавалентный плутоний Pu (V) не является ни твердым, ни стабильным материалом, поэтому то, что ученые успели заметить, было списано ими на неправильный ход химических реакций синтеза диоксида плутония.
"Каждый раз, когда мы изготавливаем наночастицы из прекурсоров Pu (III), (IV) или (V) реакции протекаю весьма быстро. Но в данном случае мы заметили странное явление где-то на середине пути" - пишут исследователи, - "Как ученые-химики мы были сильно удивлены, но полученные нами результаты четко указывали на нечто новое".
Для того, чтобы подтвердить некоторые предположения, исследователи использовали рентгеновский спектрометр Rossendorf Beamline (ROBL). Этот прибор позволяет измерять энергию радиоактивных элементов, облучая их рентгеновским излучением и измеряя интенсивность их флюоресценции. Эти исследования подтвердили факт существования новой фазы Pu (V), а отобранные образцы были подвергнуты повторной проверке через три месяца, что позволило подтвердить стабильность новой формы плутония в течение длительного времени.
Пока еще не очень ясно, к каким результатам приведет сделанное открытие. Но ученые считают, что уже сейчас возникла необходимость пересмотра некоторых известных и неизвестных эффектов, которые происходят во время длительного хранения отходов ядерного топлива.
"Это достаточно сложная и тяжелая задача, при решении которой сейчас в основном используются теоретические предпосылки, догадки и предположения. Но существование новой твердой и стабильной формы Pu (V) должно быть учтено во всем этом" - пишут исследователи, - "И это безусловно изменит все то, что нам известно о поведении плутония в условиях, которые специально создаются при хранении ядерных отходов".