Химики МГУ научились определять степени окисления урана в сложных оксидах

Международный коллектив ученых, в состав которого входят химики Московского университета имени М.В. Ломоносова, разработал методику определения кислородного коэффициента урана в сложных оксидах. Для этого впервые использовались данные рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС). С текстом работы можно ознакомиться в журнале Inorganic Chemistry.

РФЭС — наиболее эффективный метод определения степени окисления урана и других химических элементов семейства актинидов. Он основан на фотоэффекте и получает сигналы от электронов с разных энергетических уровней и орбиталей атомов. Для получения эталонных спектров РФЭС химики 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 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 диапазонене зависит от интенсивности облучения и температуры отжига образца.

UO₂₊ₓ — обобщенная формула всех сложных оксидов урана. Уран в этом веществе имеет одновременно несколько степеней окисления. Кислородный коэффициент определяет, сколько атомов кислорода приходится на один атом урана в химической формуле. Специалисты доказали, что правильную величину кислородного коэффициента в UO₂₊ₓ нельзя получить, если основываться на информации о величинах интенсивностей линий U4f и O1s электронов внутренних уровней. Поэтому для точного определения кислородного коэффициента ученые использовали интенсивность линии внешних U5f электронов. Эта перемена и легла в основу новой методики.

«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», — утверждает соавтор работы, ведущий научный сотрудник кафедры радиохимии химического факультета МГУ, доктор физико-математических наук, профессор Юрий Тетерин.

Результаты работы можно применять на всех этапах получения атомной энергии: от добычи урановой руды до трансмутации выгоревшего топлива, а также при создании матриц для захоронения радиоактивных отходов и для развития технологий реабилитации окружающей среды.