Их работа, проводимая группой исследователей из Манчестерского университета, Diamond Light Source и Radioactive Waste Management, впервые показывает, как уран образует уран-серный комплекс в условиях, обычно встречающихся в окружающей среде, и как это соединение может быть важным посредник в иммобилизации урана. Статья, опубликованная в журнале Environmental Science & Technology, называется "Образование U (VI) -персульфидного комплекса во время экологически значимого сульфидирования (оксигидр) оксидов железа"."
Профессор Кэтрин Моррис, заместитель декана исследовательских центров факультета науки и техники Манчестерского университета и директор по исследованиям Исследовательского центра BNFL по захоронению радиоактивных отходов, объясняет, почему воссоздание и изучение этих химических комплексов имеет большое значение для понимания и работы с радиоактивными отходами. Она объясняет: «Чтобы предсказать поведение урана во время геологического захоронения, мы должны принять во внимание, что он мог взаимодействовать с другими процессами, происходящими в земле.
Эти так называемые биогеохимические реакции часто представляют собой сложный набор взаимодействий между растворенными химическими веществами, минеральными поверхностями и микроорганизмами."
Недавнее исследование – первый случай, когда исследователи показали, что уран-сульфидный комплекс может образовываться в условиях, характерных для глубокой подземной среды. Затем этот комплекс превращается в очень неподвижные наночастицы оксида урана.
В ходе эксперимента исследователи изучали уран, когда он находится на поверхности минерального ферригидрита, широко распространенного в окружающей среде минерала.
Исследователи использовали рентгеновский метод, называемый рентгеновской абсорбционной спектроскопией (XAS), для изучения образцов в Diamond Light Source, национальном синхротроне Великобритании. Данные XAS в сочетании с компьютерным моделированием показали, что во время реакции сульфидирования короткоживущий и новый U (VI) -персульфидный комплекс образовался во время этого биогеохимического процесса.
Профессор Сэм Шоу, соисследователь и профессор экологической минералогии Манчестерского университета; "Попадание синхротронного луча на образец заставляет уран изнутри испускать рентгеновские лучи. Анализируя рентгеновский сигнал от образцов, наша команда смогла определить химическую форму урана и с какими другими элементами он связан.
Чтобы еще больше подтвердить теорию о пути образования уран-серных комплексов, наша команда также выполнила компьютерное моделирование, чтобы сделать вывод, какой тип комплекса с большей вероятностью будет образовываться. Это первое наблюдение этой формы урана в водных условиях и дает новое понимание того, как уран ведет себя в средах, где присутствует сульфид.
Эта работа
демонстрирует глубокое понимание, которое мы можем разработать в отношении этих сложных систем, и эти знания помогут подкрепить усилия по обращению с радиоактивными отходами на установке для геологического захоронения."
Доктор Люк Таунсенд, научный сотрудник по радиохимии окружающей среды Манчестерского университета, который провел это исследование в рамках своей докторской степени, добавляет:
«При попытке имитировать экологические процессы в лаборатории, задача состоит в том, чтобы получить точные, высококачественные, воспроизводимые научные данные с помощью таких сложных экспериментов, сохраняя при этом актуальность для среды геодезического захоронения. Однако получение таких захватывающих результатов делает всю тяжелую работу и приверженность проекту со стороны меня и группы, как в наших лабораториях в Манчестере, так и на линиях связи в Diamond, полностью оправданными."
Измерения XAS были выполнены в Diamond на каналах I20 и B18 исследователями, которые использовали строго контролируемые эксперименты по сульфидейшн, имитирующие биогеохимические процессы в глубокой подземной среде. Это было объединено с геохимическим анализом и компьютерным моделированием для отслеживания и понимания поведения урана.
Директор по физическим наукам Diamond, заключает Лоран Чапон; "Это еще один пример того, как современные аналитические инструменты Diamond позволяют ученым отслеживать сложные процессы и помогают им решать проблемы 21 века. В этом случае наши лучи позволили пользователям получить реальное представление об экологической значимости этого нового уран-серного комплекса, что способствует нашему пониманию геологического захоронения."