Группа российских ученых исследовала способность различных природных материалов поглощать изотоп урана. Лучшими среди них оказались торф и бурый уголь. Они эффективно сорбируют и удерживают различные радионуклиды, которые возникают в результате работы АЭС и содержатся в ядерных захоронениях. Исследование реализовано при поддержке Президентской программы Российского научного фонда (РНФ). Результаты опубликованы в журнале Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry.

В каждой квартире есть электрические приборы — ноутбук, телевизор, холодильник, плита и прочее. Они затрачивают много электричества, а что говорить об огромных сталелитейных заводах или аэропортах? Чтобы получить энергию, на электростанциях и ТЭЦ сжигают уголь, газ и нефтепродукты. Эти вещества не только загрязняют атмосферу, но и невосполнимы, а, значит, рано или поздно закончатся. Поэтому развитие иных источников энергии жизненно необходимо.

В России активно развивается атомная энергетика. По данным «Росэнергоатом» в 2018 году в мире функционировало 454 ядерных реактора, 37 из которых находятся на территории РФ. Каждый из них обеспечивает электричеством огромное количество домов и предприятий, однако скрывает и серьезную опасность. Это, например, авария на АЭС Тримайл-Айленд в штате Пенсильвания (1979 год), на Чернобыльской АЭС (1986 год), на АЭС Фукусима-1 (2011 год). Последствия этих катастроф до сих пор отражаются на нашей жизни. Однако вред приносят не только аварии на станциях, но и ядерные отходы.

«Восстановление приповерхностных хранилищ и отвалов требует серьезной проработки и модернизации. Об этом свидетельствует наличие всем известных проблемных объектов: опасные загрязнения в Усолье-Сибирское Иркутской области, склон с радиоактивными отходами у Московского завода полиметаллов, озеро Карачай с радиоактивными отходами в Челябинской области. Проблема многих объектов — близость рек, озер, болот, а потому возникает необходимость применения фильтрационных барьеров для эффективной сорбции отдельных элементов-загрязнителей», — говорит руководитель проекта по гранту РНФ Петр Белоусов, кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник ИГЕМ РАН.

Исследовательская группа из Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова и Института геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН поставила перед собой задачу: выявить такие природные сорбенты, которые не требуют сложной подготовки, будут дешевыми в использовании и безопасными для окружающей среды, а также имеют высокий коэффициент поглощения урана. Ученые отобрали минеральные и органические сорбенты: глауконит, цеолит, диатомит, торф, шунгит, каменный и бурый уголь. У всех образцов изучили физические свойства, минеральный и химический состав. После этого начались эксперименты по сорбции и десорбции радионуклидов урана, цезия, стронция и нептуния. Результаты показали, что максимальная сорбция урана происходит при нейтральных значениях рН, а в кислых и щелочных условиях интенсивность процесса снижается. Торф и бурый уголь показали самые прочные связи с ураном. Это объясняется большим количеством кислородсодержащих функциональных групп на поверхности сорбентов, с которыми уран и образует сильные связи в составе комплексов. Однако использование торфа и бурого угля не будет панацеей от всего.

«Практически каждый радионуклид обладает своими специфическими свойствами, присущими только ему. Это касается и механизмов сорбции, и прочности связей с сорбентом, и влияния рН среды и многого другого. В тоже время у каждого минерала есть свои структурные особенности, которые лучше подходят для того или иного радионуклида. Поэтому решение о применении материала принимается не только на основании его сорбционной способности, но и с учетом многих других факторов», — рассказывает Петр Белоусов.

Результатами исследования уже заинтересовались некоторые компании, добывающие природные сорбенты, поэтому работы будут продолжаться. Ученые сосредоточатся на поиске более эффективных композиций на основе природных и модифицированных сорбентов для создания фильтрационных барьеров.

Картинка 1. Образцы для центрифугирования. Источник: Петр Белоусов/ИГЕМ РАН

Картинка 2. Лаборант за работой. Источник: Петр Белоусов/ИГЕМ РАН

Картинка 3. Образцы спустя год исследований стабильности. Источник: Петр Белоусов/ИГЕМ РАН

Картинка 4. Образцы в сушильном шкафу. Источник: Петр Белоусов/ИГЕМ РАН