Uran afslører sin sande natur

De fleste mennesker kender til uran som brændstof til atomkraftværker. Og selvom det er den mest almindelige applikation, dette element bruges også på mange andre områder, såsom farvestoffer, hospitalsudstyr, og våben. Forskere ved EPFL's Environmental Microbiology Laboratory (EML) har for nylig gjort en vigtig opdagelse om uran, som kan have store konsekvenser for jord- og grundvandsoprensning samt håndtering af radioaktivt affald. Deres forskning er netop blevet offentliggjort i Naturkommunikation .

Uran er et radioaktivt tungmetal, der findes i jordskorpen og i små koncentrationer i vand, luft, planter og levende organismer - mennesker har små mængder uran i deres knogler. EML-forskerne studerede egenskaberne af uran, som det forekommer naturligt i miljøet, og gjort betydelige gennembrud i forståelsen af, hvordan det går fra den ene oxidationstilstand til den anden, overgang fra en vandopløselig forbindelse til et stabilt mineral.

"Ved +6 oxidationstilstand, uran er for det meste opløseligt og kan derfor spredes ukontrolleret i miljøet, " siger Zezhen Pan, en EML -videnskabsmand og undersøgelsens hovedforfatter. "Men ved +4 oxidationstilstand, det er mindre opløseligt og mindre mobilt. I vores forskning var vi i stand til at lokalisere nanoskala -mekanismerne for interaktion mellem uran og partikler af magnetit, et magnetisk jernoxid, at overgå fra den ene oxidationstilstand til den anden. Vi viste urans vedholdenhed ved oxidationstilstanden +5, som normalt anses for metastabil."

En nanotrådstruktur

Mest interessant, forskerne identificerede også et molekylært fænomen, der opstår under transformationen fra +6 til +4 oxidationstilstanden:de opdagede dannelsen af ​​nye nanotråde sammensat af meget små nanopartikler (~1-2 nm), der spontant samles i kæder. Disse kæder kollapser til sidst, efterhånden som individuelle nanopartikler vokser sig større.

Forskerne var i stand til at se nanotrådene - som kun har en diameter på 2-5 nm, eller 100, 000 gange tyndere end et menneskehår - takket være elektronmikroskoperne på EPFL's Interdisciplinary Center for Electron Microscopy (CIME). Identifikationen af ​​nanotrådsstrukturen kunne forbedre forståelsen af, hvordan radioaktive forbindelser spredes i undergrunden på forurenede steder.

"Disse resultater lover meget, fordi de giver indsigt i, hvordan mineraler i nanoskala dannes naturligt gennem interaktioner ved grænsefladen mellem vand og mineraler, " siger Rizlan Bernier-Latmani, chefen for EML. "Vi har nu en bedre forståelse af de molekylære mekanismer, der arbejder for denne proces."