«Урановое» открытие химиков из МГУ

Ученые из Московского университета научились определять то, как много урана и кислорода содержит ядерное топливо, что поможет физикам точнее предсказывать поведение ядерных реакторов по мере выработки топлива и улучшить их стабильность, говорится в статье, опубликованной в журнале Inorganic Chemistry.

Химики из МГУ под руководством Юрия Тетерина и их российские и британские коллеги разработали метод, позволяющий точно определять кислородный коэффициент урана в сложных оксидах этого металла. Информация о степени окисления урана имеет огромное научное и промышленное значение.

Как объясняют ученые, результаты работы могут быть использованы на всех этапах получения атомной энергии: от добычи урановой руды до трансмутации выгоревшего топлива, при создании матриц для захоронения радиоактивных отходов, а также для развития технологий реабилитации окружающей среды после техногенных аварий, связанных с радиоактивностью.

Вдобавок к этому, понимание того, как точно устроено ядерное топливо поможет ученым точнее предсказывать то, что будет происходить с ним внутри ядерных реакторов по мере "выгорания" урана и его превращения в набор более легких продуктов ядерного распада.

Проблема, как пишут Тетерин и его коллеги, заключается в том, что изначально ядерное топливо и все природные варианты оксида урана представляют собой не однородное вещество, а смесь из нескольких разных оксидов этого металла, в которых уран имеет разные степени окисления. По мере "сжигания" топлива соотношение долей этих окислов меняется, что заметно сказывается на том, как быстро урановые "таблетки" разрушаются под действием воды, которая их охлаждает, и выпускают в нее опасные радионуклиды.

Ученые из МГУ нашли способ достаточно точно определять степени окисления урана в оксиде и вычислять соотношение атомов кислорода и урана внутри него, наблюдая за тем, как свет взаимодействует с электронами во внешних оболочках атомов этого металла.

Используя эту методику, так называемую рентгеновскую фотоэлектронную спектроскопию, российские химики проследили, как менялась структура таблеток, и как изменялось соотношение оксидов внутри ядерного топлива при его выработке. Этот процесс ученые имитировали, бомбардируя тонкие пленки из оксида урана лучами ксенона-129 при помощи французского ускорителя GANIL в Кане.

Как показал этот эксперимент, наблюдения за спектром самых далеких электронов в атомах урана действительно позволяет очень точно оценивать степень их окисления и наблюдать за химическими трансформациями в ядерном топливе фактически в режиме реального времени. К примеру, российские химики выяснили, что по мере выгорания ядерного топлива оно переходит из состояния, близкого к "чистому" диоксиду урана, UO2, в такой вид, когда на один атом урана приходилось примерно по 2,12 атома кислорода.

Эти данные и методика наблюдений за содержимым ядерного топлива, как надеются ученые, поможет нам лучше понимать, что с ним происходит внутри реакторов, сделать их более безопасными и научиться искать источники утечек радионуклидов и ликвидировать их.

12/10/2016

Источники: https://ria.ru/