Легочная жидкость стабилизировала один из оксидов урана

Оксиды урана могут попасть в окружающую среду множеством путей: при добыче, утечках на объектах ядерного топливного цикла, с водой и ветрами с загрязненных территорий. Затем вещества могут оказаться и в организме — при вдыхании и случайном проглатывании вместе с едой и питьем. Соединения урана не только радиоактивны, но и токсичны, поскольку, как и в случае других тяжелых металлов, могут связываться с белками-ферментами в клетках и нарушать их работу. Больше всего страдают почки, а при длительном отравлении — органы кроветворения и нервная система.

Чтобы понять, насколько велики риски для здоровья пострадавших и как эффективнее бороться с последствиями, важно понимать, что происходит с оксидами урана под действием жидкостей организма. Так, исходный диоксид может окисляться, в результате чего меняется валентность металла, присоединяется все больше атомов кислорода, меняется структура, а значит, и свойства соединения. Продукты реакций с веществами внутри организма могут по-разному растворяться, выводиться и влиять на работу клеток.

Исследователи Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова, Курчатовского института и Института физической химии и электрохимии имени А.Н. Фрумкина РАН решили выяснить, что произойдет с разными оксидами урана (UO2, U4O9, U3O8 и UO3) при воздействии на них искусственных аналогов жидкостей легких, желудка и кишечника. Поскольку в легких частицы могут сохраняться очень долго, соответствующий эксперимент продолжался 34 дня, тогда как на модели пищеварительных жидкостей — не более 4 часов. Образцы изучали при помощи спектроскопии комбинационного рассеяния и рамановской спектроскопии.

Результаты эксперимента показали, что изменения структуры оксидов были тем сильнее, чем дольше они находились в жидкости (поэтому заметнее всего они — в легочной), а в случае желудочного и кишечного сока — и в зависимости от рН, хотя и в меньшей степени. Также были отмечены различия между оксидами. UO3 оказался самым стабильным и не изменился, тогда как кислородная решетка U3O8 и UO2.05 стала более упорядоченной. В имитирующей легочную жидкости авторы заметили, что структура U4O9 значительно перестроилась в нестехиометрическую U4O9−y, став, вероятно, стабильнее. Однако это противоречит тому, что обычно уран в степени окисления +6, входящий в состав этого оксида, более растворимый.

В дальнейшем авторы планируют сосредоточиться на изучении стабильности и свойств U4O9−y и выяснить, стал ли он «безопаснее» своего предшественника. Результаты работы помогут разработать эффективные способы обезвреживания ядерных отходов и лечения пораженных людей.