Плутоний Фундаментальные проблемы Том 2 - Надыкто Б.А.
Скачать (прямая ссылка):
состояния через 241 сутки. Измеренные значения растворимости Np(V), приведенные в литературе, составляют 2-10-6 и 140-6 М/кг соответственно дня AISinR и Н-17, в то время как по нашей модели они равны соответственно 1-10-5 и 3*10_6 М/кг. Прогноз приемлем для рассола Н-17, но неточен для рассола AISinR. Это связано с тем, что в модели учитываются только взаимодействия между Np(V) и ионами Na+H Cl-, а параметры Пицера для ионов электролита, таких как K+, Mg2+, Ca2+ и SO42- (другие компоненты рассолов), неизвестны. Для получения более точной модели химии раствора Np(V) в сложных рассолах необходимы дополнительные данные по различным растворам электролитов.
Сорбция
Растворимость соединения актиноида дает верхний предел концентрации актиноида в растворе и может рассматриваться в качестве первого барьера для переноса актиноида. Если актиноид растворен в воде, то предполагается, что его сорбция на поверхности окружающей породы или минералов будет играть роль вторичного барьера. Когда концентрация актиноида намного ниже пределов растворимости, что скорее всего так и есть в основной массе наземных и подземных вод, то ожидается, что процессы на поверхностях раздела между водой и породой будут подавлять перенос актиноида в окружающей среде. (По мере удаления актиноида от источника загрязнения или отходов простое разбавление приведет к снижению концентрации актиноида до следовых концентраций.)
Сорбция актиноидов на поверхности минералов зависит от многих факторов, таких как формы и концентрация актиноидов, скорость течения и химический состав воды, состав окружающих пород. Кроме того, различные механизмы (физическая адсорбция, ионный обмен, хемосорбция и даже поверхностное осаждение) могут фиксировать актиноид на поверхности минерала и/или породы или вообще замедлить его перенос. Более того, окислительно-вос-становительные процессы усложняют сорбционное поведение нептуния и плу-
тония. К сожалению, мы только начинаем понимать такие механизмы сорбции и переноса актиноидов.
Вообще, для исследования того, как актиноиды удерживаются в окружающей среде, проводятся эксперименты по однократной сорбции. Содержащий актиноид раствор подводят к нужному геологическому материалу и измеряют количество остающегося в растворе актиноида. Разность между конечной и начальной концентрацией актиноида равна количеству, сорбированному в образце. По ней вычисляют коэффициент рас-
пределения сорбции определяемый как число молей радионуклида на грамм твердой фазы, деленное на число молей радионуклида на миллилитр раствора и выражаемое в мл/г. Низкие значения означают низкую сорбцию, а высокие предполагают эффективную фиксацию вследствие сорбции на поверхностях породы.
Эксперименты по однократной сорбции дают полезную информацию о сорбционной способности минерала или почвы. Ho хотя проводить их несложно, у них имеется ряд недостатков.
Number 26 2000 Los Alamos Science
407
Химические взаимодействия актиноидов в окружающей среде
Время (ч)
Рис. 10. Поглощение Pu(V) коллоидами
Лю и др. (1998) получили данные по адсорбции Pu(V) коллоидами, включая гематит (Fe2O3), кремнезем (SiO2) и монтмориллонит (монт), в природной воде скважины J-13 и в синтетической (синт) воде скважины J-13. Концентрация коллоидов поддерживалась на уровне 200 мг/л, размер коллоидов составлял -100 нм. Сорбция явно зависит от вида минерала, но механизм сорбции остается неизвестным. Временная зависимость сорбции на монтмориллонит предполагает более сложное взаимодействие, чем в случае оксидных минералов
Таблица II. Десорбция плутония из коллоидов в воде скважины J-13 через 150 суток
Коллоидный материал Количество десорбированного Pu (%)
Pu(IV) Pu(V)
Гематит (Cx-Fe2O3) 0,0 0,01
Гетит (a-FeOOH) 0,57 0,77
Монтмориллонит 8,23 0,48
Кремнезем (SiO2) 19,93 1,04
Эти эксперименты по своей сути статичны и дают лишь частичную информацию о динамических неравновесных процессах, протекающих в природе2. Кроме того, результаты экспериментов по сорбции шихты в большой степени определяются образцами, и их трудно экстраполировать на различные режимы во всем хранилище.
2 Эксперименты с использованием проточных, или динамических, колонок, где раствор с актиноидами пропускается через короткую колонну, заполненную геологическим материалом, дают информацию о свойствах динамического переноса. Эксперименты с динамическими колонками трудны в осуществлении и для интерпретации, и большинство исследований сорбции актиноидов все еще производится в однократных экспериментах.
Чтобы точно применить данные по сорбции, необходимо получить коэффициенты сорбции как по отдельным минералам с известными характеристиками, таким как цеолиты, оксиды марганца или оксигидроксиды железа, так и по смесям минералов переменных, но известных составов. Коэффициенты сорбции, полученные в таких исследованиях, могут служить входными данными модели переноса, по которой будет производиться оценка удержания актиноидов на пути потока вод с известным содержанием минералов. Затем результаты, полученные по этой модели, можно сравнивать с результатами дина-
