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铀化学和放射性废物处置方面的新见解

能源 2019-12-24 18:06:17

一份新的研究论文为我们对铀生物地球化学的理解提供了重要的新见解,并可能有助于英国拥有大量核遗产。

由曼彻斯特大学, 钻石光源 和 放射性废物管理研究人员组成的团队进行的研究 首次表明,在环境中普遍存在的条件下,铀可能以水溶性更强的形式存在于铀硫中复杂。

曼彻斯特大学科学与工程学院研究设施副院长,BNFL Radwaste处置研究中心研究主任Katherine Morris教授 解释了为什么重建和研究这些化学配合物与理解和处理放射性高度相关浪费或清理核场所和地雷。

“为了能够预测在以前的核电站或矿山附近发现的铀的行为,我们需要考虑到铀也可能与地下发生的其他过程相互作用。这些所谓的生物地球化学反应通常是溶解的化学物种,矿物表面和微生物活性之间复杂的相互作用集合。”莫里斯教授说。

“诸如铀在水中的溶解程度如何,这会极大地影响其在整个生态系统中的流动性,当它与称为复合物的实体中的某些其他元素结合时,其性质可能会发生变化。”

在较早的现场研究中已经注意到,在氧气含量低且硫含量较高的环境中,铀趋于变得更易溶和可移动。这项新的研究发表在《环境科学与技术》 上,这是研究人员首次确认可移动的铀-硫化物络合物可能在与环境相似的条件下形成。

在实验中,研究人员研究了铀位于水铁矿表面时的铀,水铁矿是环境中广泛存在的矿物。研究人员使用一种称为X射线吸收光谱(XAS)的基于X射线的方法来研究英国国家同步加速器Diamond Light Source的样品。XAS数据结合计算模型表明,在硫化反应过程中,形成了短寿命且新颖的U(VI)-过硫化物配合物,促进了铀向水溶液中的释放。

曼彻斯特大学联合研究员兼环境矿物学教授山姆·肖教授说:“将同步辐射束照射到样品上会使样品中的铀发出X射线。通过分析样品的X射线信号,研究小组能够得出铀的化学形式以及与铀结合的其他元素的结论。

为了进一步验证关于铀-硫配合物形成途径的理论,研究小组还进行了计算机模拟,以得出更可能形成哪种类型的配合物的结论。这是在含水条件下对该铀物种的首次观察,并为铀在存在硫化物的环境中的行为提供了新的见解。随着矿物转化,硫和铀在矿物表面发生反应。

“这项工作证明了我们可以开发这些复杂系统的深刻理解,并且这种知识可以帮助加强在地质处置设施中管理放射性废物的工作。”

曼彻斯特大学环境放射化学博士后研究员卢克·汤森德博士(Luke Townsend博士)进行了这项研究,并将其作为博士学位的一部分。他说:“在实验室中模仿环境过程时,生产,准确,高质量始终是一项挑战,可复制的科学,同时也与提出的最初问题保持相关性。您不仅要面对面前的复杂性进行测试,而且还要意识到工作可以做出的总体贡献。但是,通过我们在曼彻斯特实验室和戴蒙德(Diamond)实验室的充分努力和对项目的承诺,当我们获得如此令人振奋的成果时,这些都是值得的。”

研究人员结合了高度受控的氧化铁(羟基氧化物)硫化实验,使用地球化学分析,X射线吸收光谱法(XAS)和计算模型来跟踪和理解铀行为,从而在X20射线束I20和B18的Diamond上进行了XAS测量。

洛朗CHAPON物理科学部主任钻石,总结道:“这是另一个例子,说明了先进的分析工具能够改变世界的科学,帮助解决21个Diamond的状态ST 一世纪的挑战。在这种情况下,我们的束线使用户能够真正了解这种新近证实的铀硫复合物形式。这些发现就像具有挑战性的《废物修复》一书中的页面,而Diamond的功能可以帮助该书的整个章节,因此仍有更多的贡献与我们的用户社区在一起。”

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