放射性废物的铀化学和地质处置

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  将于12月16日发表的一篇新论文为我们对铀生物地球化学的理解提供了重要的新见识,并可能有助于英国的核遗产。

  由曼彻斯特大学,“钻石光源”和“放射性废物管理”的一组研究人员进行的研究首次显示了在环境中普遍存在的条件下铀如何形成铀-硫配合物,以及该化合物如何成为重要物质。铀固定化的中介。该论文发表在《环境科学与技术》上,被称为“在与环境有关的氧化铁(羟基氧化物)硫化过程中,U(VI)-过硫化物的形成”。

  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废物高度相关:“为了能够预测铀在地质处置过程中的行为,我们需要考虑到铀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一系列复杂的相互作用,溶解的化学物质,矿物表面和微生物。”

  最近的研究是研究人员首次表明,在代表深层地下环境的条件下可以形成铀-硫化物络合物。然后,该复合物进一步转变为高度固定的铀氧化物纳米颗粒。

  在该实验中,研究人员研究了铀位于水铁矿矿物表面时的铀,水铁矿是环境中一种分布广泛的矿物。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,在此生物地球化学过程中形成了短寿命且新颖的U(VI)-过硫化物复合物。

  曼彻斯特大学联合研究员兼环境矿物学教授山姆肖教授;“将同步加速器光束照射到样品上会导致其中的铀发出X射线。通过分析来自样品的X射线信号,我们的团队能够确定铀的化学形式以及与铀结合的其他元素。为了进一步验证铀-硫配合物形成途径的理论,我们的团队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,这是在含水条件下首次观察到这种形式的铀,并提供了新的方法。深入了解铀在存在硫化物的环境中的行为。

  曼彻斯特大学环境放射化学的博士后研究员卢克汤森德(Luke Townsend)博士作为博士的一部分进行了这项研究,他进一步补充说:“在模拟实验室中的环境过程时,要产生精确的,通过如此复杂的实验获得高质量,可重现的科学,同时保持与地质处置环境的相关性,然而,获得令人兴奋的成果使得我本人和团队在辛辛那提和曼彻斯特实验室的所有辛勤工作和对项目的承诺在Diamond的光束线上,完全值得。”

  XAS测量是由研究人员在Diamond的I20和B18射线线上进行的,他们使用了高度受控的硫化实验,该实验模拟了深层地下环境中的生物地球化学过程。这与地球化学分析和计算模型相结合,以跟踪和了解铀的行为。

  Diamond的物理科学主管Laurent Chapon总结道:“这是Diamond先进的分析工具如何使科学家能够遵循复杂过程并帮助他们应对21世纪挑战的另一个例子。在这种情况下,我们的束线使用户以真正了解这种新型铀-硫配合物对环境的影响,这将有助于我们对地质处置的理解。”

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