En ny artikel som kommer att publiceras den 16 december ger en betydande ny insikt i vår förståelse av uranbiogeokemi och kan hjälpa till med Storbritanniens kärnkraftsarv.

Utförd av ett team av forskare från University of Manchester, Diamantljuskälla och hantering av radioaktivt avfall, deras arbete visar för första gången hur uran bildar ett uran-svavelkomplex under förhållanden som vanligtvis förekommer i miljön och hur denna förening kan vara en viktig mellanhand vid immobilisering av uran. Publicerad i Miljövetenskap och teknik , uppsatsen kallas "Bildning av ett U(VI)-persulfidkomplex under miljömässigt relevant sulfidering av järn(oxihydr)oxider."

Professor Katherine Morris, biträdande dekanus för forskningsanläggningar vid fakulteten för naturvetenskap och teknik, University of Manchester och forskningschefen för BNFL Research Center i Radwaste Disposal förklarar varför återskapande och studier av dessa kemiska komplex är mycket relevant för att förstå och hantera radioaktivt avfall:"För att kunna förutsäga beteendet hos uranet under geologisk slutförvaring, vi måste ta hänsyn till att det kan ha interagerat med andra processer som äger rum i marken. Dessa så kallade biogeokemiska reaktioner är ofta en komplex uppsättning av interaktioner mellan lösta kemiska arter, mineralytor, och mikroorganismer."

Den senaste studien är första gången som forskare har visat att ett uran-sulfidkomplex kan bildas under förhållanden som är representativa för en djup underjordisk miljö. Detta komplex förvandlas sedan vidare till mycket orörliga nanopartiklar av uranoxid.

I experimentet, forskarna studerade uran när det sitter på ytan av mineralet ferrihydrit, som är ett utbrett mineral i miljön. Forskarna använde en röntgenbaserad metod som kallas X-ray Absorption Spectroscopy (XAS) för att studera proverna vid Diamond Light Source, Storbritanniens nationella Synchrotron. XAS-data, i kombination med beräkningsmodellering, visade att under sulfideringsreaktionen, ett kortlivat och nytt U(VI)-persulfidkomplex bildat under denna biogeokemiska process.

Professor Sam Shaw, medutredare och professor i miljömineralogi vid University of Manchester; "Att lysa synkrotronstrålen på provet gör att uranet inomhus avger röntgenstrålar. Genom att analysera röntgensignalen från proverna kunde vårt team fastställa den kemiska formen av uran, och till vilka andra element den är bunden. För att ytterligare validera teorin om bildningsvägen för uran-svavelkomplexen, vårt team gjorde också datorsimuleringar för att komma fram till vilken typ av komplex som är mer sannolikt att bildas. Detta är den första observationen av denna form av uran under vattenhaltiga förhållanden, och ger ny insikt om hur uran beter sig i miljöer där sulfid finns. Detta arbete visar den djupa förståelse vi kan utveckla för dessa komplexa system och denna kunskap kommer att hjälpa till att underbygga ansträngningar för att hantera radioaktivt avfall i en geologisk slutförvaringsanläggning."

Dr Luke Townsend, postdoktor i miljöradiokemi vid University of Manchester, som genomförde denna forskning som en del av sin doktorsexamen, tillägger ytterligare, "När man försöker efterlikna miljöprocesser i laboratoriet, det är en utmaning att producera korrekt, hög kvalitet, reproducerbar vetenskap med så komplexa experiment, samtidigt som relevansen för geodeponeringsmiljön bibehålls. Dock, att få spännande resultat som dessa gör allt hårt arbete och engagemang för projektet från mig själv och gruppen, både i våra labb i Manchester och på strållinjerna på Diamond, helt värt det."

XAS-mätningarna utfördes vid Diamond på strållinjerna I20 och B18 av forskarna som använde mycket kontrollerade sulfideringsexperiment som efterliknar biogeokemiska processer i den djupa underjordiska miljön. Detta kombinerades med geokemiska analyser och beräkningsmodeller för att spåra och förstå uranbeteende.

Fysisk vetenskapschef på Diamond, Laurent Chapon, avslutar, "Detta är ytterligare ett exempel på hur Diamonds toppmoderna analytiska verktyg gör det möjligt för forskare att följa komplexa processer och hjälpa dem att tackla 2000-talets utmaningar. I det här fallet, våra strållinjer gjorde det möjligt för användarna att få verklig insikt i miljörelevansen av detta nya uran-svavelkomplex, som matar in vår förståelse av geologisk slutförvaring."