Личный кабинет
МГУ - учителям

Химики МГУ имени М.В. Ломоносова научились определять степени окисления урана в сложных оксидах




Международный коллектив ученых, в состав которого входят химики Московского университета имени М.В. Ломоносова создали методику определения кислородного коэффициента урана в сложных оксидах.
 


Международный коллектив ученых, в состав которого входят химики Московского университета имени М.В. Ломоносова создали методику определения кислородного коэффициента урана в сложных оксидах, впервые используя данные рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС). Исследование опубликовано в высокорейтинговом журнале Inorganic Chemistry.

Ученые химического факультета МГУ под руководством профессора Юрия Тетерина 

в содружестве с российскими и британскими коллегами разработали метод, позволяющий точно определять кислородный коэффициент урана в сложных оксидах. Информация о степени окисления урана, кислородном коэффициенте в сложных оксидах урана UO2+x и их ионном составе (U4+, U5+, U6+), имеет огромное научное и промышленное значение.
 
UO2+x  — это обобщенная формула всех сложных оксидов урана, и записывается она таким образом именно потому, что уран в этом веществе имеет одновременно несколько степеней окисления. Кислородный коэффициент определяет стехиометрию сложного оксида урана, показывая, сколько атомов кислорода приходится на один атом урана в химической формуле.
 
Определение кислородного коэффициента необходимо для создания технологий разработки урановых месторождений, приготовления топлива для атомных  реакторов, прогнозирования процессов, сопровождающих распад урана в реакторах, создания матриц для захоронения радиоактивных отходов, развитие технологий реабилитации окружающей среды от радиоактивных отходов.
 
В работе использовались метод рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС) и различные рентгеноструктурные методы. РФЭС является наиболее эффективным методом определения степени окисления урана (и других химических элементов семейства актинидов). Этот метод основан на фотоэффекте и получает сигналы от электронов с разных энергетических уровней и орбиталей атомов. Например, линия U 4f в спектре означает, что на анализатор прилетел электрон f-орбитали, находящейся на четвертой по счету (от ядра) электронной оболочки.
 
Ученые доказали, что корректная величина кислородного коэффициента в UO2+x не может быть получена на основании информации о величинах интенсивностей линий U 4f и O 1s электронов внутренних уровней. Поэтому для точного определения кислородного коэффициента ученые использовали интенсивность линии внешних U5f – электронов. Эта перемена и легла в основу новой методики.
 
«Наша методика основана на результатах широкого экспериментального и теоретического исследования природы химической связи в оксидах урана, физически обоснована и позволяет получать наиболее корректные результаты», — комментирует результаты работы один из авторов статьи, ведущий научный сотрудник кафедры радиохимии химического факультета МГУ, доктор физико-математических наук, профессор Юрий Тетерин.
 
Методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС) изучались как поликристаллические, так и аморфные (не имеющие кристаллической структуры) образцы оксидов урана. Для получения эталонных спектров РФЭС ученые использовали монокристаллические пленки отдельных оксидов урана. Такие спектры необходимы для сравнения с соответствующими теоретическими спектрами и для изучения влияния на них радиационных повреждений образцов. В настоящее время получение таких пленок также является проблемой, которая была решена в опубликованной работе при сотрудничестве с зарубежными соавторами.
 
«В результате установлено, что облучение монокристаллических пленок ионами 129Xe23+ (ксенона) приводит к существенному нарушению дальнего и ближнего порядка в структуре и повышению степени окисления ионов урана. Те же процессы
протекают в атомном реакторе. Полученные результаты подтверждаются данными рентгенофазового анализа, также использованного в нашей работе», — говорит Юрий Тетерин.
 
В процессе изучения влияния облучения ионами урана и аргона монокристаллических пленок UO2 было обнаружено, что на поверхности оксида урана образуется устойчивая фаза оксида UO2.12 (кислородный коэффициент которой равен 2.12). Состав этой фазы в широком диапазоне не зависит от интенсивности облучения и температуры отжига образца. Это направление получит развитие в последующих наших исследованиях.
 
Фундаментальная научная задача исследований заключается в определении степени окисления, ионного состава и природы химической связи соединений актинидов на основании параметров тонкой структуры спектров РФЭС их внутренних и внешних электронов.
 
Результаты работы могут быть использованы на всех этапах получения атомной энергии: от добычи урановой руды до трансмутации выгоревшего топлива, при создании матриц для захоронения радиоактивных отходов, а также для развития технологий реабилитации окружающей среды после техногенных аварий, связанных с радиоактивностью.
 
 
Изображение 1. Рентгеновский фотоэлектронный спектр валентных электронов поверхности монокристаллической пленки UO2



Дата регистрации: 30.08.2010
Комментарии:
0
Коллеги 0
Сказали спасибо 0
Сказать спасибо
footer logo © Образ–Центр, 2019. 12+