Плутоний Фундаментальные проблемы Том 2 - Надыкто Б.А.
Скачать (прямая ссылка):
\ П-f/ У
Комплексы Np(V), сорбированные в монтмориллонит
При малых концентрациях актиноида сорбция на макрочастицы, глины или поверхности пород определяет поведение в окружающей среде . Актиноиды могут также диффундировать в породу или соосаждаться с естественными лигандами и вкрапляться в минералы
Y4I '
NaNpO2CO3(S)
/ ?/ 14 V.
Number 2(л2000 Los Alamos Science
ШШ
Химические взаимодействия актиноидов в окружающей среде
pH
Рис. 2. Диаграмма Пурбэ для плутония
Данная диаграмма зависимости Eh от pH рассчитана для плутония в воде, содержащей гидроксид-, карбонат- и фторид-ионы (концентрации лигандов сравнимы с концентрациями, обнаруженными в воде из скважины J-13 в горе Юкка (Невада), а концентрация плутония фиксирована и составляет 10~5 М). Образуются специфические комплексы в определенных областях Eh-pH, а в устойчивых окислительных состояниях (обозначенных цветом) обнаруживаются более широкие тенденции. Например, более окисляющие режимы (с более высокими значениями Eh) стабилизируют актиноиды, чувствительные к окислительно-восстановительному процессу, как и плутоний в окислительных состояниях V и Vl с более высокой степенью окисления. Красным цветом отмечены тройные точки, где плутоний может пребывать в трех различных окислительных состояниях. Диапазон значений Eh-pH, обнаруженный в природных водах, очерчен сплошной черной линией.
В воде океана и подземных водах плутоний, вероятнее всего, обнаруживается в форме Pu(IV), а в дождевой воде и в реках плутоний может пребывать в состоянии V. В других природных средах наиболее вероятны комплексы Pu(III) или Pu(VI). Пунктирными линиями отмечена область устойчивости вод. Над верхней линией вода термодинамически неустойчива и окисляется с образованием кислорода; под нижней линией вода восстанавливается с образованием водорода
Юкка (Невада), и уже получена лицензия на опытный завод по изоляции отходов (ОЗИО) в Нью-Мексико в качестве хранилища оружейных трансурановых отходов. Ядерные отходы, содержащие актиноиды с большим периодом полураспада, должны быть изолированы в этих хранилищах на десятки тысяч лет. Однако за время порядка нескольких тысяч лет вода, просачивающаяся в хранилище, в конечном итоге может привести к коррозии контейнеров с отходами. Тогда актиноиды попадут в окружающую среду.
Исследования, проводимые в JIoc-Аламосской лаборатории, сосредоточены на определении поведения акти-
ноидов в средах, окружающих места этих хранилищ (в других средах обычно обнаруживаются лишь небольшие количества трансурановых элементов, как отмечается во вставке “Актиноиды в окружающей среде в наши дни” на с. 398). Исследования, например, подтверждают, что растворимость нептуния в водах горы Юкка более чем в тысячу раз выше растворимости плутония. Это связано с тем, что плутоний в этих водах присутствует преимущественно в окислительном состоянии IV, а нептуний - в состоянии V, для которого характерна намного большая растворимость. Поэтому в случае горы Юкка нептуний как актиноид представляет
основное беспокойство. Однако ОЗИО размещен в глубокой геологической соляной формации. В обнаруженных в ней рассолах с крайне высоким содержанием солей основное внимание переносится на плутоний, поскольку известно, что реакции с хлорид-ионами стабилизируют плутоний в окислительном состоянии VI. Растворимость Pu(VI) намного выше растворимости Pu(IV), и при захоронении на ОЗИО подвижность плутония увеличится, если не будет поддерживаться восстановительная среда внутри или снаружи контейнеров с отходами.
К сожалению, возможности проведения геохимических исследований актиноидов на местности весьма ограниченны, поэтому мы вынуждены моделировать режимы среды в лабораторных условиях. Концентрации актиноидов в природных водах обычно составляют не более IO-6 моль (M). Хотя эти концентрации достаточно велики, чтобы вызывать тревогу относительно состояния окружающей среды, они слишком малы, чтобы можно было производить непосредственное исследование методами стандартной спектроскопии. Поэтому нам пришлось приспосабливать перспективные методики спектроскопии, такие как спектроскопия тонкой структуры рентгеновского поглощения (ТСРП) и спектроскопия лазерно-индуцированной флуоресценции, к исследованию этих токсичных радиоактивных элементов. К примеру, недавно проводившиеся исследования коллоидов Pu(IV) с использованием спектроскопии ТСРП позволили получить представление о структуре коллоидов, без знания которой долгие годы не удавалось определить растворимость Pu(IV). Растровая электронная микроскопия дала возможность прояснить необычный ход сорбции U(VI) на поверхности фосфатных минералов. Во вставке на с. 414 приводится несколько примеров исследований с использованием методов спектроскопии.
Спектр взаимодействий актиноидов в окружающей среде слишком широк, чтобы его можно было полностью осветить в одной статье. Поэтому мы сосредоточимся на растворимости и молекулярных формах актиноидов в присутствии гидроксид- и карбонат-
396
Los Alamos Science Number 26 2000
