Научные достижения химического факультета
Церий подсказал химикам МГУ пути миграции радионуклидов
![](title.jpg)
Сотрудники кафедры радиохимии Химического факультета МГУ
узнали, как меняется химическое окружение церия при сорбции на поверхности
природных минералов. Полученные данные помогут создать карту миграции как
самого церия, так и схожих с ним по поведению радиоактивных элементов.
Исследование поддержано грантом Минобрнауки России №075-15-2022-1107,
результаты опубликованы в журнале Enviromental
Science&Technology.
Среди факторов загрязнения окружающей среды особое место
занимают радиоактивные соединения. В последнее время многие страны мира
стремятся перейти на атомные электростанции, которые не загрязняют атмосферу и
потребляют энергоемкое топливо в небольших количествах. Однако до сих пор
существует проблема захоронения отработанного ядерного топлива (ОЯТ), в котором
содержатся различные радионуклиды: "Любое захоронение ОЯТ подразумевает большое
количество систем защиты от утечек радиоактивности. Если все же происходит
какая-то нештатная ситуация, мы должны понимать, куда и в какой форме могут
мигрировать радионуклиды", -- рассказывает один из авторов работы, сотрудник
кафедры радиохимии Химического факультета МГУ к.х.н. Анастасия Смирнова.
Один из наиболее опасных элементов в отработанном ядерном
топливе – плутоний. Даже в лабораторных условиях далеко не всегда получается
изучить химию и поведение этого радионуклида: необходимо соблюдать особые меры
предосторожности, а это затрудняет организацию и процесс работы. Однако
моделирование на стабильном изотопе, например, церии может помочь решить эту
проблему, так как при работе со стабильными элементами открывается больше
технических возможностей. Так как церий также встречается в окружающей среде,
он стал не просто моделью плутония, а интересным самостоятельным объектом
изучения: "Церий по своим
химическим свойствам похож на плутоний, это особенно заметно при изучении
соединений со степенями окисления Ce+3 и Ce+4. Когда мы рассматриваем процесс миграции церия в
природе, переход от Ce+3 к Ce+4 сильно влияет на
растворимость его соединений, их сорбцию природными минералами и, как
следствие, пути распространения в окружающей среде",-- поясняет Анастасия
Смирнова.
Химики исследовали процесс сорбции церия на трех минералах:
анатазе, гетите и бернессите. Оказалось, что степень окисления и состав
соединений церия меняется лишь на бернессите. Для изучения химического
окружения металла на минерале ученые использовали метод рентгеновской
абсорбционной спектроскопии высокого разрешения HERFD-XANES.
Для установления точного состава соединения необходимо, чтобы спектр
исследуемого образца совпал с эталонным спектром чистого вещества. Однако здесь
научная группа столкнулась с проблемой: полученный спектр указывает на то, что
Ce+3 окислился до Ce+4, но спектры известного соединения
CeO2 и образца немного различаются.
На помощь пришли квантово-химические расчеты. С помощью
компьютерных методов исследователи смогли проверить несколько гипотез о
химическом окружении церия. Они моделировали на поверхности минерала структуры
разных соединений, а затем получали спектры этих виртуальных образцов.
Возможность "нарисовать" много вариантов соединений и сравнить их спектры с
реальными существенно облегчает анализ образцов, ведь воспроизвести все
варианты химического окружения исследуемого металла практически невозможно.
В планах научной группы расширить круг исследуемых
минералов, а также изучить зависимость сорбции и химического окружения церия от
кислотности среды, концентрации ионов металла и других факторов. Химики также
планируют изучить сорбционное поведение других радионуклидов – эти данные
позволят прогнозировать миграцию опасных изотопов и предотвратить загрязнение
окружающей среды.
Автор текста: Екатерина Изергина/пресс-служба химического
факультета МГУ
На фото: Анастасия Смирнова
Автор фото: Юлия Чернова/пресс-служба химического факультета
МГУ