Создание цементной «тюрьмы» для старого радиоактивного загрязнения

Холодная война давно закончилась, но её радиоактивное наследие сохраняется в воде и почве западных штатов США. В период с 1950 по 1990 годы производство и переработка материалов для ядерного оружия на нескольких государственных объектах привели к образованию миллиардов галлонов воды, загрязнённой радиоактивными побочными продуктами.

Хотя питьевая вода вблизи объектов Министерства энергетики США в штатах Вашингтон и Айдахо не содержит стронция-90 выше безопасного предела Агентства по охране окружающей среды (EPA), некоторые контрольные скважины на самих объектах — содержат. Часть загрязнения в этих скважинах — это стронций-90, который медленно вымывается из почвы. Исследователи из Национальной лаборатории Айдахо (INL), Центра перспективных энергетических исследований и других национальных лабораторий и университетов тестируют недорогой метод иммобилизации стронция-90 на месте. Учёные стимулируют подземные микроорганизмы производить кальцит — минеральную форму карбоната кальция, основной компонент цемента. Кальцит должен удерживать стронций-90 до тех пор, пока тот не распадётся в безвредный цирконий, что займёт около 300 лет (период полураспада стронция-90 — почти 30 лет).

Попадая в организм с загрязнённой пищей или водой, радиоактивный изотоп стронций-90 может замещать кальций в костной ткани, становясь долгосрочным источником опасного излучения, способного вызывать рак крови, костей и кожи. Очистка грунта и воды от стронция-90 — сложная задача. Выемка наиболее загрязнённого грунта и откачка загрязнённых грунтовых вод оказались либо чрезвычайно дорогими, либо неэффективными, так как большая часть загрязнения прочно связана с твёрдыми частицами в почве.

Вместо удаления загрязнения исследователи во главе с Ёсико Фудзитой (INL) и Джеймсом Хенриксеном (INL) создают для него ловушку в земле. Технология использует молочную сыворотку (патоку), мочевину и микроорганизмы. Сначала микробы, питаясь патокой, быстро размножаются. Затем добавление мочевины стимулирует часть популяции вырабатывать фермент уреазу, который расщепляет мочевину с образованием карбоната и аммония. Карбонат соединяется с кальцием, которого много в местных грунтовых водах, образуя кальцит. Аммоний, в свою очередь, вытесняет ионы стронция-90 с поверхности твёрдых частиц, подготавливая их для захвата формирующимся кальцитом.

Исследования показали, что вода и грунт на загрязнённых объектах в Вашингтоне и Айдахо содержат достаточно кальция и подходящих бактерий для образования стабильного кальцита. Однако управление этим процессом в сложной подземной среде — серьёзный вызов. В первых полевых экспериментах образование кальцита было настолько активным, что забило нагнетательную скважину и вывело из строя насос. Подземный поток воды оказался непредсказуемым, а условия на испытательном полигоне менялись от года к году, что срывало тщательно спланированные эксперименты.

Несмотря на трудности, учёные продолжают работу. Новый эксперимент проводится на хорошо изученной площадке в Колорадо. Исследователи оценивают влияние инъекций на местное микробное сообщество и с помощью геофизиков (радар и измерения электропроводности) дистанционно отслеживают образование кальцита. Цель — научиться предсказывать и контролировать процесс, чтобы в будущем применять его для очистки реальных загрязнённых участков.

«Большинство людей не думают о бактериях вокруг нас или об использовании их удивительных возможностей, — говорит Джеймс Хенриксен. — Они могут делать многое, чего не можем мы. Теперь у нас есть инструменты, чтобы работать с ними».