Международная группа ученых во главе с Центром Гельмгольца Дрезден-Россендорф (HZDR) обнаружила новое соединение плутония с неожиданным пятивалентным окислением, используя ESRF, Европейский Синхротрон в Гренобле, Франция.
Эта новая фаза плутония является стабильной и может быть переходной фазой в хранилищах радиоактивных отходов. Результаты опубликованы на этой неделе в Angewandte Chemie как очень важный документ (VIP).
Страны всего мира предпринимают усилия по повышению безопасности хранения ядерных отходов с целью предотвращения выброса радиоактивных нуклидов в окружающую среду. Было показано, что плутоний переносится грунтовыми водами с загрязненных участков на километры в виде коллоидов, которые образуются при взаимодействии с глиной, оксидами железа или природным органическим веществом.
Группа ученых под руководством HZDR изучает химию актинидов в экологически значимых условиях, синтезируя такие соединения, а затем изучая их электронное и структурное поведение как с помощью современных синхротронных рентгеновских методов как экспериментально, так и теоретически.
Все началось с того, что Кристина Квашнина, физик из HZDR и работающая на источника синхротронного излучения ROBL на Европейском синхротроне — ESRF и ее команда пытались создать наночастицы диоксида плутония с использованием различных предшественников.
Когда они использовали предшественник Pu (VI), они поняли, что странная реакция произошла во время образования наночастиц диоксида плутония. «Каждый раз, когда мы создаем наночастицы из других предшественников Pu (III), (IV) или (V), реакция очень быстрая, но здесь мы наблюдали странное явление на полпути», — объясняет Кристина Квашнина. Она решила, что это должен быть Pu (V), пятивалентный плутоний, ранее не наблюдавшаяся форма элемента.
Дальнейшие эксперименты подтвердили первоначальное предположение, а повторение через три месяца даже продемонстрировало долговременную стабильность фазы. В то же время теоретики в Швеции были заняты разработкой предсказаний спектральных характеристик Pu M4, а теоретики из ROBL определили виды этой новой фазы. В конце концов все сошлось, и новая фаза Pu (V) была подтверждена.
Многие ученые работают над прогнозированием того, что происходит с ядерными отходами через миллионы лет. «Это трудная задача, и возможны только теоретические предсказания, но существование этой новой твердой фазы Pu (V), которая является стабильной, с этого момента необходимо будет принимать во внимание. Это, безусловно, изменит теоретические прогнозы поведения плутония в окружающей среде на протяжении миллионов лет», — заключает Кристина Квашнина.
Kristina Kvashnina et al, A novel meta-stable pentavalent plutonium solid phase on the pathway from aqueous Pu(VI) to PuO2 nanoparticles, Angewandte Chemie International Edition (2019). DOI: 10.1002/anie.201911637