铀化学可以帮助放射性废物地质处置的新见解

铀-过硫化物络合物与转化的矿物表面有关。

将于2019年12月16日发表的一篇新论文为我们对铀生物地球化学的理解提供了重要的新见解，并可能有助于英国的核遗产。

由曼彻斯特大学，“钻石光源”和“放射性废物管理”的一组研究人员进行的研究，首次显示了铀在环境中普遍存在的条件下如何形成铀-硫络合物，以及这种化合物如何成为重要物质。铀固定化的中介。该论文发表在《环境科学与技术》上，被称为“在与环境有关的铁氧化物的硫化过程中，U（VI）-过硫化物的形成。”

演示了一个正在研究的含铀样品，并将其小心地装到了Diamond的I20扫描光束线上。

曼彻斯特大学科学与工程学院研究设施副院长，BNFL Radwaste处置研究中心研究主任Katherine Morris教授解释了为什么重建和研究这些化学配合物与理解和处理放射性废物高度相关。她解释说：“为了能够预测地质处置过程中铀的行为，我们需要考虑到铀可能与地下发生的其他过程相互作用。这些所谓的生物地球化学反应通常是溶解的化学物种，矿物表面和微生物之间复杂的相互作用集合。”

这项最新研究是研究人员首次表明，可以在代表深层地下环境的条件下形成铀-硫化物络合物。然后，该复合物进一步转变为高度固定的铀氧化物纳米颗粒。

在该实验中，研究人员研究了铀位于水铁矿矿物表面时的铀，水铁矿是环境中一种分布广泛的矿物。研究人员使用一种称为X射线吸收光谱（XAS）的基于X射线的方法来研究英国国家同步加速器Diamond Light Source的样品。XAS数据结合计算模型表明，在硫化反应过程中，在该生物地球化学过程中形成了短寿命且新颖的U（VI）-过硫化物复合物。

从左到右：在Diamond的I20扫描光束线上：曼彻斯特大学联合研究员兼环境矿物学教授Sam Shaw教授，Diamond Light Source光束线I20的主要光束线科学家Fred Mosselmans，曼彻斯特大学环境放射化学博士后研究员Luke Townsend博士持有一个样本，他是该博士和放射性废物管理高级研究经理Rosemary Hibberd博士的一部分。

曼彻斯特大学联合研究员兼环境矿物学教授山姆·肖教授； “将同步加速器光束照射到样品上会导致其中的铀发出X射线。通过分析样品的X射线信号，我们的团队能够确定铀的化学形式以及与铀结合的其他元素。为了进一步验证关于铀-硫配合物形成途径的理论，我们的团队还进行了计算机模拟，以得出更可能形成哪种类型的配合物的结论。这是在含水条件下对这种形式的铀的首次观察，并且为铀在存在硫化物的环境中的行为提供了新的见解。这项工作

展示了我们对这些复杂系统可以开发的深刻理解，并且该知识将有助于巩固在地质处置设施中管理放射性废物的工作。”

曼彻斯特大学环境放射化学博士后研究员Luke Townsend博士是其博士学位的组成部分。进一步补充：

“当试图在实验室中模拟环境过程时，通过如此复杂的实验来产生准确，高质量，可重现的科学，同时还要保持与地质处置环境的相关性，这是一个挑战。但是，获得如此令人振奋的成果，无论是在曼彻斯特的实验室还是在Diamond的光束线上，我本人和团队的辛勤工作和对项目的承诺，都是值得的。”

XAS测量是由研究人员在Diamond的I20和B18射线线上进行的，他们使用了高度受控的硫化实验，该实验模拟了深层地下环境中的生物地球化学过程。这与地球化学分析和计算模型相结合，以跟踪和了解铀的行为。

戴蒙德（Diamond）的物理科学总监Laurent Chapon得出以下结论：“这是Diamond先进的分析工具如何使科学家能够遵循复杂过程并帮助他们应对21世纪挑战的另一个例子。在这种情况下，我们的辐射线使用户可以真正了解这种新型铀-硫复合物的环境相关性，这有助于我们对地质处置的理解。”