Химики случайно обнаружили новую стабильную форму плутония

Открытие новой стабильной формы плутония стало для химиков полной неожиданностью.

Фото Kristina Kvashnina/ESRF.

Образование оксида плутония (IV) из плутония (VI) с промежуточной фазой в виде стабильного соединения плутония (V).

Иллюстрация Kristina Kvashnina/ESRF.

Учёные неожиданно для себя обнаружили новую химически стабильную форму пятивалентного плутония. До этого пятивалентный плутоний наблюдался лишь в крайне неустойчивых химических соединениях. И когда химики получили результаты, то никто в прямом смысле не поверил своим глазам.

Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале Angewandte Chemie. Новое неожиданное открытие может сделать хранение ядерных отходов более безопасным.

Многие страны сегодня разрабатывают меры по улучшению безопасности хранения радиоактивных отходов (никто не хочет, чтобы радионуклиды попали в окружающую среду). Как показали предыдущие исследования, соединения плутония в виде коллоидных растворов могут легко распространяться грунтовыми водами на многие километры. Они возникают при взаимодействии радиоактивного вещества с глинами, оксидами железа или природной органикой.

Учёные экспериментируют с плутонием в условиях, приближённых к природным, чтобы понять, что можно противопоставить этой угрозе.

Авторы новой работы планировали создать наночастицы диоксида плутония (PuO2). В качестве исходного реагента использовался водный раствор шестивалентного плутония (Pu (VI)).

"Каждый раз, когда мы создаём наночастицы из других веществ-предшественников, [таких как] Pu (III), (IV) или (V), реакция идёт очень быстро, но здесь мы наблюдали странное явление на полпути", – рассказывает первый автор статьи Кристина Квашнина (Kristina Kvashnina), сотрудник Центра Гельмгольца Дрезден-Россендорф в Германии (HZDR ). Она и её коллеги изучали продукты реакции при помощи различных методов и ускорительного комплекса ESRF в Гренобле, Франция.

В реакции образовался неизвестный промежуточный продукт: стабильное твёрдое вещество. Учёные проанализировали его структуру с помощью спектроскопии рентгеновского поглощения высокого разрешения в режиме флуоресцентного детектирования (HERFD-XAS).

Все данные указывали на то, что таинственное вещество содержит пятивалентный плутоний. Однако существование такого стабильного соединения было настолько неожиданным, что проводившие синтез химики из МГУ заподозрили, что имеют дело с ошибкой эксперимента.

"Химики были в полном недоумении, но результаты были абсолютно ясными", – рассказывает Квашнина.

Образование оксида плутония (IV) из плутония (VI) с промежуточной фазой в виде стабильного соединения плутония (V). Перевод "Вести.Наука".

Чтобы установить истину, авторы провели ещё один спектроскопический эксперимент, на этот раз по другой методике. Новые результаты подтвердили, что речь идёт о соединении пятивалентного плутония, подобном NH4PuO2CO3. Как показали дальнейшие опыты, оно сохранялось в стабильном состоянии на протяжении как минимум трёх месяцев.

Открытие может изменить представления учёных о том, что произойдёт с сегодняшними ядерными отходами через миллионы лет.

"Это трудная задача, и [здесь] возможны только теоретические прогнозы. Но существование этой новой твёрдой фазы Pu (V), которая является стабильной, с этого момента необходимо будет принимать во внимание. Это наверняка изменит теоретические прогнозы поведения плутония в окружающей среде в течение миллионов лет", – заключает Квашнина.

К слову, ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) писали о том, как химики научились извлекать из ядерных отходов новое топливо, о новом способе очистки воды от радиоактивных элементов и о рецептах хранения ядерных отходов, подсказанных самой природой.