В соответствии с результатами работы исследователей из Тихоокеанской Северо-западной Национальной лаборатории США, загрязнение грунтовых вод ураном протекает медленнее, чем предполагалось ранее.

Результаты исследования важны, так как нельзя недооценивать такой экологический фактор, загрязнение грунтовых вод и самого грунта ураном в результате добычи урана и его промышленной переработки.

Информация о том, как производные урана распространяются по окружающей среде за счет диффузии его в грунтовые воды, важна для предсказания его перемещения и устранения загрязнения. Однако прежние оценки существенно завышали способность радиоактивных нуклидов урана перемещаться с грунтовыми водами.

Рис. 1. Коэффициенты диффузии, рассчитанные с помощью суперкомпьютера показывают, что содержащие уран вещества перемещаются с грунтовыми водами медленнее, чем предполагалось ранее. (Рисунок из Geochimica et Cosmochimica Acta 74:4937; DOI: 10.1016/j.gca.2010.06.007) .

Глубокое понимание процессов, протекающих на молекулярном уровне диффузии урана, позволит исследователям разработать более точные модели перемещения этого металла в окружающей среде с грунтовыми водами. Возможность предсказания скорости перемещения урана с грунтовыми водами позволит разработать нормы экологически безопасной работы с производными этого металла, а также создать новые, более эффективные системы очистки.

Обычно использовавшиеся для оценки диффузии химических соединений в грунтовых водах уравнения (например, уравнения Стокса-Эйнштейна) были разработаны для макроскопического уровня, и они сформулированы для сферических частиц, даже если формы исследуемых веществ отличаются от сферы. Диффузию производных урана нельзя оценить с помощью этих уравнений, так как формы большинства образованных этим металлом ионов весьма далеки от сферических и, как следствие, применение уравнений Стокса-Эйнштейна приводит к существенной погрешности при оценке диффузионных процессов, в которых участвуют производные урана. Исследователи предположили, что адекватное описание процессов диффузии урана может быть достигнуто только при изучении этого процесса на молекулярном уровне.

Для определения траектории диффузии в группе Себастиена Керисита (Sebastien Kerisit) из Тихоокеанской Северо-западной Национальной лаборатории США использовали молекулярную динамику, которая обсчитывалась на суперкомпьютере «Чинук» (Chinook). Первоначсально исследователи определили особенности взаимодействия воды с производными урана, гидратации его ионов, а затем, определив, что гидратация производных урана будет влиять на его диффузионную подвижность, рассчитали коэффициенты диффузии.

Полученные исследователями коэффициенты диффузии отличались на 40% от коэффициентов, рассчитанных с помощью уравнений Стокса-Эйнштейна, при этом было продемонстрировано, что диффузия урана протекает медленнее, чем предполагалось ранее.

В настоящий момент исследователи пытаются объединить полученные ими значения коэффициентов диффузии с моделями макросистем, в которых происходит диффузия, надеясь получить уточненную информацию об особенностях диффузии урана на макроуровне.