Предпочтения урана: Адсорбция радионуклида в отложениях участка Хэнфорд зависит от размера частиц

Уран предпочитает мелкие частицы. Как установили учёные Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (PNNL), радионуклид быстрее и в большем количестве связывается с мелкими частицами в подповерхностном слое. Команда обнаружила, что гравий и другие крупные фракции адсорбировали меньше урана(IV) по сравнению с более мелкими частицами. Крупные частицы также связывали уран медленнее. На основе этих данных учёные разработали серию математических формул для прогнозирования сродства и кинетики адсорбции и десорбции урана в отложениях с различным гранулометрическим составом. Предсказания успешно проверили на реальных отложениях с участка Хэнфорд.

Миграция урана на участке Хэнфорд остаётся серьёзной проблемой. Уран и другие радиоактивные продукты производства ядерного оружия находятся в подповерхностном слое на юго-востоке штата Вашингтон. Эти радионуклиды распространяются от источников и движутся в сторону реки Колумбия — важной водной артерии. Чтобы предотвратить попадание урана в реку, необходимо понимать, как он перемещается в сложной подповерхностной среде. Данное исследование демонстрирует метод получения такой информации для обширных территорий. Эти и другие результаты работы учёных PNNL формируют новое понимание поведения урана среди научного сообщества, экспертов по очистке и регуляторов.

Точный расчёт количества урана и скорости его миграции требует масштабирования лабораторных измерений до полевых условий. По сути, необходимо экстраполировать данные, полученные для образцов размером в миллиметры и сантиметры, на системы, протяжённостью в метры и километры.

«Масштабирование всегда представляет сложность», — отметил доктор Чонксюань Лю, геохимик из PNNL, участвовавший в исследовании.

Учёные начали с экспериментов по мокрой химии для определения характеристик адсорбции для четырёх фракций частиц: крупного песка (1–2 мм), среднего песка (0,2–1 мм), мелкого песка (0,053–0,2 мм) и глинисто-алевритовой фракции (<0,053 мм). Используя приборы для измерения площади поверхности и микропористости, ячейки проточного типа и другие ресурсы EMSL, команда провела компьютерное моделирование для количественной оценки кинетики и равновесной термодинамики в отдельных фракциях. Затем были выведены математические формулы для суммирования адсорбции урана в отложениях со смешанным гранулометрическим составом. Подход протестировали на загрязнённых отложениях с участка Хэнфорд, и расчёты хорошо согласовались с лабораторными измерениями.