Ученые химического и геологического факультетов МГУ узнали, что происходит с соединениями урана при попадании в организм человека. Данные помогут рассчитать дозу внутреннего облучения и эффективнее контролировать уровень загрязнения зон с повышенной радиоактивностью.

Результаты исследования поддержаны грантом Минобрнауки № 075–15–2022–1107 и опубликованы в журнале Scientific Reports.

Атомная энергетика – перспективная отрасль для всего мира. Мирный атом может заменить привычные уголь, нефть и газ. Высокая рентабельность и экологичность в штатном режиме работы – основные преимущества атомных электростанций. Однако аварии на этих объектах могут в один миг перечеркнуть все плюсы и нанести непоправимый вред окружающей среде. К примеру, Чернобыльская зона отчуждения до сих пор находится под пристальным наблюдением ученых, хотя с момента аварии прошло почти 40 лет. Изменение климата и природных условий влияет на весь мир, и загрязненная радиацией территория – это не исключение.

«Глобальное потепление и лесные пожары вносят свою лепту в распространение топливных микрочастиц, которые когда-то были выброшены реактором во время аварии. Они поднимаются вверх потоками воздуха и образуют аэрозоль, который легко может попасть в организм человека или животного. Частицы становятся источником внутреннего облучения и могут негативно влиять на здоровье», – сообщила один из авторов работы, младший научный сотрудник кафедры радиохимии химического факультета МГУ Татьяна Полякова.

Микрочастицы состоят из оксидов урана в разных степенях окисления. Несмотря на то что многие из этих соединений устойчивы, в органах человека они могут претерпеть структурные изменения, которые повлияют на активность и стабильность.

Для исследования процессов в организме химики использовали модельные жидкости, которые повторяют состав среды желудочно-кишечного тракта и легочной жидкости человека. Научная группа поставила задачу не только отследить макропараметры – изменение степени окисления урана и состава оксида, но и понять, что происходит внутри кристаллической решетки.

Для этого ученые применили современный элемент-селективный метод рентгеновской спектроскопии поглощения (EXAFS). Другие доступные методы рентгеновской спектроскопии поглощения не смогли зафиксировать эти изменения. Метод EXAFS помог не только изучить перемещение кислорода внутри кристаллической решетки, но и обнаружить существенное изменение структуры оксида U₄O₉ – он превратился в более стабильный, но ранее не описанный подробно U₄O_9-x. Новая форма не изменилась и не исчезла спустя месяц выдерживания в легочной жидкости. Ученые также установили, что среда в легких или желудочно-кишечном тракте влияет на упорядоченность и растворимость соединений.

«Некоторые соединения повели себя неожиданно: например, хорошо растворимый оксид урана UO₃ в среде желудка остался в виде твердой фазы, а выдерживание оксидов UO_2.05 и U₃O₈ приводит к более упорядоченной структуре кристаллических решеток», – пояснила Татьяна Полякова.

Ученые планируют изучить превращения оксидов в реальных объектах и средах, например, бычьей сыворотке. Варьирование физико-химических параметров (температуры, pH среды, концентрации различных соединений и др.) в моделях позволит составить полную картину о влиянии радионуклидов на живые организмы. Также исследователи уделят больше внимания новой обнаруженной структуре U₄O_9-x – они подробно изучат кристаллическую решетку соединения и установят причины высокой стабильности в организме человека.

В исследовании также приняли участие ученые Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» и Института физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН.