Un nuovo documento che sarà pubblicato il 16 dicembre fornisce una nuova visione significativa della nostra comprensione della biogeochimica dell'uranio e potrebbe aiutare con l'eredità nucleare del Regno Unito.

Condotto da un team di ricercatori dell'Università di Manchester, Gestione delle sorgenti luminose diamantate e dei rifiuti radioattivi, il loro lavoro mostra per la prima volta come l'uranio formi un complesso uranio-zolfo in condizioni generalmente presenti nell'ambiente e come questo composto possa essere un importante intermediario nell'immobilizzazione dell'uranio. Pubblicato in Scienze e tecnologie ambientali , il documento si chiama "Formazione di un complesso U(VI)-persolfuro durante la solforazione di ossidi di ferro (ossiidrossi) di rilevanza ambientale".

Professoressa Katherine Morris, decano associato per le strutture di ricerca della Facoltà di Scienze e Ingegneria, L'Università di Manchester e il direttore della ricerca per il Centro di ricerca BNFL a Radwaste Disposal spiegano perché ricreare e studiare questi complessi chimici è molto importante per comprendere e trattare i rifiuti radioattivi:"Per essere in grado di prevedere il comportamento dell'uranio durante lo smaltimento geologico, dobbiamo tener conto del fatto che potrebbe aver interagito con altri processi che si svolgono nel terreno. Queste cosiddette reazioni biogeochimiche sono spesso un insieme complesso di interazioni tra specie chimiche disciolte, superfici minerali, e microrganismi».

Il recente studio è la prima volta che i ricercatori hanno dimostrato che un complesso di solfuro di uranio può formarsi in condizioni rappresentative di un ambiente sotterraneo profondo. Questo complesso poi si trasforma ulteriormente in nanoparticelle di ossido di uranio altamente immobili.

Nell'esperimento, i ricercatori hanno studiato l'uranio quando si trova sulla superficie del minerale ferriidrite, che è un minerale diffuso nell'ambiente. I ricercatori hanno utilizzato un metodo basato sui raggi X chiamato X-ray Absorption Spectroscopy (XAS) per studiare i campioni a Diamond Light Source, il sincrotrone nazionale del Regno Unito. I dati XAS, in combinazione con la modellazione computazionale, ha mostrato che durante la reazione di solforazione, un complesso U(VI)-persolfuro di breve durata e nuovo formato durante questo processo biogeochimico.

Professor Sam Shaw, co-investigatore e professore di mineralogia ambientale presso l'Università di Manchester; "Il brillare del raggio di sincrotrone sul campione fa sì che l'uranio all'interno emetta raggi X. Analizzando il segnale a raggi X dai campioni, il nostro team è stato in grado di determinare la forma chimica dell'uranio, e a quali altri elementi è legato. Per convalidare ulteriormente la teoria sulla via di formazione dei complessi uranio-zolfo, il nostro team ha anche effettuato simulazioni al computer per concludere quale tipo di complesso è più probabile che si formi. Questa è la prima osservazione di questa forma di uranio in condizioni acquose, e fornisce nuove informazioni su come si comporta l'uranio in ambienti in cui è presente il solfuro. Questo lavoro dimostra la profonda comprensione che possiamo sviluppare di questi sistemi complessi e questa conoscenza aiuterà a sostenere gli sforzi per gestire i rifiuti radioattivi in ​​un impianto di smaltimento geologico".

Dottor Luke Townsend, borsista post-dottorato in radiochimica ambientale presso l'Università di Manchester, che ha intrapreso questa ricerca come parte del suo dottorato di ricerca, aggiunge ulteriormente, "Quando si cerca di imitare i processi ambientali in laboratorio, è una sfida produrre accurati, alta qualità, scienza riproducibile con esperimenti così complessi, pur mantenendo la rilevanza per l'ambiente di geosmaltimento. Però, ottenere risultati entusiasmanti come questi rende tutto il duro lavoro e l'impegno per il progetto da parte mia e del gruppo, sia nei nostri laboratori di Manchester che sulle linee di luce di Diamond, assolutamente meritevole".

Le misurazioni XAS sono state eseguite a Diamond sulle linee di luce I20 e B18 dai ricercatori che hanno utilizzato esperimenti di solforazione altamente controllati che imitano i processi biogeochimici nell'ambiente sotterraneo profondo. Questo è stato combinato con analisi geochimiche e modelli computazionali per tracciare e comprendere il comportamento dell'uranio.

Direttore di scienze fisiche presso Diamond, Laurent Chapon, conclude, "Questo è un altro esempio di come gli strumenti analitici all'avanguardia di Diamond consentono agli scienziati di seguire processi complessi e li aiutano ad affrontare le sfide del 21° secolo. In questo caso, le nostre linee di luce hanno permesso agli utenti di ottenere una visione reale della rilevanza ambientale di questo nuovo complesso uranio-zolfo, che alimenta la nostra comprensione dello smaltimento geologico."