Научные основы вывода из эксплуатации ядерно и радиационно опасных объектов, рекультивации загрязненных территорий и безопасного обращения с радиоактивными отходамиНИР

Scientific basis for the decommissioning of nuclear facilities and storage/disposal of radioactive waste

Источник финансирования НИР

грант РНФ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 13 апреля 2023 г.-15 декабря 2023 г. Научные основы вывода из эксплуатации ядерно и радиационно опасных объектов, рекультивации загрязненных территорий и безопасного обращения с радиоактивными отходами
Результаты этапа: В рамках проекта были синтезированы оксиды урана (UO2, U4O9, U3O8, UO3) и изучены их с помощью рентгеновской спектроскопии поглощения в ближнекраевой области спектра XANES. Оксиды представляют различные состояния урана, что делает их интересными для изучения. Анализ экспериментальный данных, зарегистрированных на лабораторном рентгеновском спектрометре, показал, что при использовании лабораторного рентгеновского спектрометра некоторые особенности спектров на смешанных оксидах урана не могут быть полностью разрешены, но энергетического разрешения достаточно для того, чтобы различить степень окисления урана. Мы также провели сравнение экспериментальных и теоретических спектров для смешанных оксидов урана, выделяя особенности электронных структуры урана и кислорода. Наше моделирование показало, значительный вклад d-состояний урана в этих оксидах. Дополнительные расчеты выявили важный вклад 5f-состояний урана и гибридизацию между 5f и 6d состояниями. Отмечено, что рентгеновская спектроскопия на L3 краях поглощения актинидов имеет свои преимущества, но также выявлены ограничения из-за времени жизни дырки 2p3/2. Мы продемонстрировали, что можно успешно изучать электронную структуру оксидов урана в лабораторных условиях с использованием рентгеновской спектроскопии. Для этого мы синтезировали и характеризовали образцы оксидов урана, анализировали их спектры с использованием современных методов. Наши теоретические расчеты подтверждают экспериментальные данные и предоставляют полезную информацию для дальнейшего понимания этих материалов. В ходе выполнения работ по проекту на фундаментальном молекулярном уровне было изучено влияние величины и локализации отрицательного структурного заряда слоев ТОТ глины на адсорбционную способность ионов уранила на гидратированных базальных поверхностях и на локальное структурное окружение ионов уранила. С этой целью были построены и исследованы с использованием метода компьютерного моделирования классической молекулярной динамики две новые модели глинистых структур крайних членов в смешаннослойном ряду иллит-смектит. Влияние заряда слоя оказалось не таким существенным, как предполагалось изначально. Вблизи обеих базальных поверхностей (иллит и смектит) ионы уранила слабо адсорбируются на одинаковых расстояниях в виде внешнесферных негидролизованных аквакомплексов [UO2(H2O)5]2+ и частично гидролизованных [UO2(H2O)4-5OH]+ с расстояниями U-Ow и U-Ohw около 2,50 и 2,33 Å соответственно. Локальная координация уранила, оцененная на основе рассчитанных функций радиального распределения, показала, что доля гидролизованных частиц преобладает на обеих поверхностях. Сравнение моделей адсорбции уранила, сделанных на основе использования исходной ClayFF-Orig и модифицированной классической модели силового поля ClayFF-MOH, показало, что модифицированная версия ClayFF-MOH дает существенно новое понимание тонкой структуры поверхностных комплексов уранила, и при этом сохраняет многие предыдущие результаты практически неизменными. Использование модифицированного силового поля позволило наблюдать фракционные изменения состава уранильного комплекса, что было невозможно с помощью ClayFF-orig. Был также отмечено уменьшение свободной энергии адсорбции катиона UO22+ в дитригональных полостях без замещения с применением ClayFF-MOH. Для установления физико-химических форм трудносорбируемых радионуклидов при взаимодействии с материалами инженерных барьеров исследовалось удерживание анионной карбонатной формы уранила при взаимодействии с компонентом цементного материала – эттрингитом при рН11-12. Было показано, что уран при взаимодействии с эттрингитом переходит в твердую фазу в виде включений в структуру кальцита, вторично образованной фазы в результате растворения исходного эттрингита. Исследовано влияние термической обработки на растворение наночастиц CeO2 размером 2 нм и 8 нм. Для этого часть образцов CeO2 после синтеза была высушена при 40С и 150С на воздухе. Растворение невысушенных и высушенных образцов проводили в 0,01M NaClO4 при pH 1-6. Установлено, что термическая обработка наночастиц после синтеза существенно снижает концентрацию растворенного церия, что особенно заметно при низких значениях pH< 4. В работе не выявлено заметного влияние размера наночастиц CeO2 на растворимость, что может быть связано с особенностями механизма растворения CeO2. Растворение наночастиц CeO2 контролируется несколькими монослоями атомов на поверхности, на свойства которых влияет концентрация гидроксильных групп. Гидроксильные группы катализируют реакцию восстановительного растворения Ce(IV) на поверхности до Ce(III) в растворе. Данное предположение объясняет значительное влияние предварительного высушивания на растворения и отсутствие видимых различий в растворении наночастиц CeO2 2 и 8 нм. При растворении невысушенных частиц за 2 месяца достигается подвижное равновесие, и концентрация церия в растворе над осадком остается практически неизменной при pH 1-6. Длительное хранение высушенные частиц CeO2 в растворе NaClO4 (до 1 года) приводит к постепенному увеличение концентрации растворенного церия. Выдвинута гипотеза о том, гидратированное состояние поверхности является энергетически более предпочтительным для наночастиц CeO2 в растворе. Повторное гидроксилирование высушенной поверхности CeO2 при длительном нахождении в растворе происходит в результате реакций адсорбции и диссоциации молекул воды. Исследование взаимодействия CeO2 со средами биологического значения (раствор аденозинтрифосфата, культуральная клеточная среда, бычья сыворотка, имитанты легочных жидкостей) проведено с использованием методов рентгеновской дифракции (РФА) и рентгеновской спектроскопии высокого разрешения (HERFD XAS). Выявлено, что концентрация растворенного церия во всех системах сопоставима и составляет 10-6 М. При этом во всех изученных системах происходит переформирование CeO2 в фосфат Ce(III) (CePO4∙H2O) со структурой рабдофана. Кинетика переформирования зависит от размера исходных частиц - реакция ускоряется в случае более мелких частиц из-за их большей удельной поверхности. Также образование фосфата Ce(III) из оксида Ce(IV) происходит быстрее в средах с высокой концентраций восстановителей (культуральная клеточная среда, бычья сыворотка). Полученные результаты подчеркивают важность изучения реакций CeO2 с растворенными фосфатами для понимания механизмов воздействия наночастиц на организм и долгосрочных токсикологических оценок.
2 1 января 2024 г.-15 декабря 2024 г. Научные основы вывода из эксплуатации ядерно и радиационно опасных объектов, рекультивации загрязненных территорий и безопасного обращения с радиоактивными отходами
Результаты этапа:
3 1 января 2025 г.-15 декабря 2025 г. Научные основы вывода из эксплуатации ядерно и радиационно опасных объектов, рекультивации загрязненных территорий и безопасного обращения с радиоактивными отходами
Результаты этапа:
4 1 января 2026 г.-15 декабря 2026 г. Научные основы вывода из эксплуатации ядерно и радиационно опасных объектов, рекультивации загрязненных территорий и безопасного обращения с радиоактивными отходами
Результаты этапа:

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".