В журнале «Environmental Science and Technology» опубликована статья, которая дает новое понимание биогеохимии урана и может помочь с ядерным наследием в Великобритании. Статья называется «Образование комплекса U(VI)-персульфид в процессе экологически значимого сульфидирования оксидов железа (оксигидро)» (Formation of a U(VI)-persulfide complex during environmentally relevant sulfidation of iron(oxyhydr)oxides).
Работа, проведенная группой исследователей из Манчестерского университета и Алмазного источника света и обращения с радиоактивными отходами, впервые показывает, как уран образует уран-серный комплекс в условиях, обычно встречающихся в окружающей среде, и как это соединение может быть важным посредником в иммобилизации урана.
Профессор Кэтрин Моррис, заместитель декана исследовательского центра факультета науки и техники Манчестерского университета и директор по исследованиям в центре по удалению радиоактивных отходов компании «British Nuclear Fuels Ltd» (BNFL), объясняет, почему воссоздание и изучение этих химических комплексов очень важно для понимания и обращения с радиоактивными отходами. Она объясняет, чтобы иметь возможность прогнозировать поведение урана во время геологического удаления, необходимо принять во внимание, что уран мог участвовать в других процессах, происходящих в земле. Эти биогеохимические реакции часто представляют собой сложный комплекс взаимодействия между растворенными химическими веществами, минеральными поверхностями и микроорганизмами.
Недавние исследования впервые показали, что уран-сульфидный комплекс может образовываться в условиях, характерных для глубокой подземной среды. Этот комплекс затем трансформируется в неподвижные наночастицы оксида урана.
В эксперименте исследователи изучали уран, когда он находится на поверхности минерального ферригидрита, который является широко распространенным минералом в окружающей среде. Исследователи использовали метод рентгеновской абсорбционной спектроскопии (X-ray Absorption Spectroscopy – XAS) для изучения образцов на алмазном источнике света (Diamond Light Source), на национальном синхротроне Великобритании. Данные спектроскопии XAS в сочетании с компьютерным моделированием показали, что в ходе реакции сульфидирования во время этого биогеохимического процесса образовался короткоживущий и новый комплекс U(VI)-персульфид.
Профессор Сэм Шоу, исследователь экологической минералогии в Манчестерском университете сообщил, что светящийся луч синхротрона на образце заставляет уран испускать рентгеновские лучи. Анализируя рентгеновский сигнал от образцов, сотрудники смогли определить химическую форму урана, и с какими другими элементами он связан. Для дальнейшей проверки теории образования комплексов уран-сера сотрудники также провели компьютерное моделирование, чтобы определить, какой тип комплекса может образоваться с большей вероятностью. Это первое наблюдение этой формы урана в водных условиях и дает новое понимание того, как уран ведет себя в окружающей среде, где присутствует сульфид. Эта работа демонстрирует глубокое понимание, которое можно развить в этих сложных системах, и эти знания помогут поддержать усилия по обращению с радиоактивными отходами на установке геологического удаления.
Доктор Люк Таунсенд, научный сотрудник в области радиохимии окружающей среды в Манчестерском университете, который провел это исследование в рамках своей докторской диссертации, добавляет, что в лаборатории при имитации процессов, происходящих в окружающей среде, с помощью таких сложных экспериментов сложно создать точную, высококачественную, воспроизводимую науку, в то же время сохраняя актуальность геологической среды для удаления. Однако получение таких результатов делает вполне оправданной всю тяжелую работу и приверженность группы проекту.
Измерения на установке для спектроскопии XAS были выполнены в Алмазе (Diamond) на линиях луча I20 и B18 исследователями, которые использовали высоко контролируемые эксперименты по сульфидированию, которые имитируют биогеохимические процессы в глубокой подземной среде. Это было объединено с геохимическим анализом и компьютерным моделированием для отслеживания и понимания поведения урана.
Завершает работу директор по физике в Алмазе (Diamond) Лоран Чапон, сообщая, что это еще один пример того, как современные аналитические инструменты Алмаза позволяют ученым следить за сложными процессами и помогать им решать задачи 21-го века. В этом случае линии лучей позволили получить реальное представление об экологической значимости этого нового комплекса уран-сера, который способствует пониманию геологического удаления.