Фракционирование органических миграционных форм радионуклидов в природных объектах

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 23-27-00140

НазваниеФракционирование органических миграционных форм радионуклидов в природных объектах

Руководитель Торопов Андрей Сергеевич, Кандидат геолого-минералогических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени M.В.Ломоносова» , г Москва

Конкурс №78 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле; 07-116 - Радиогеоэкология, геологическая изоляция ядерных материалов

Ключевые слова формы нахождения элементов, радиоактивное загрязнение, геохимия радионуклидов, коллоиды, плутоний, уран, миграция радионуклидов, трансурановые элементы, фракционирование форм нахождения, гуминовые вещества

Код ГРНТИ38.33.17

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
В настоящий момент перед мировой наукой стоит задача изучения влияния природных органических лигандов на комплексообразование и окислительно-восстановительные реакции радиоактивных элементов. Актуальность исследований определяется необходимостью учитывать миграционную способность радионуклидов с учетом многочисленных реакций комплексообразования с природными органическими лигандами. Гуминовые вещества являются повсеместно распространенными редокс-активными соединениями водных и почвенных систем и могут реагировать с радионуклидами по самому широкому спектру механизмов, которые до конца не определены. При всеобщем признании необходимости проведения такого рода исследований в отношении радионуклидов, особенно трансурановых, остается много «белых пятен», не позволяющих давать достоверные оценки, проводить адекватно численное моделирование и создавать прогнозные модели миграции с учетом таких реакций и других физико-химических взаимодействий. Главной целью данного проекта является создание методологически новой системы определения форм нахождения радионуклидов и других опасных элементов, связанных с природным органическим веществом. Метод фракционирования форм нахождения радионуклидов с интегрированным разделением функциональных групп по константам устойчивости будет учитывать размерные особенности фаз-носителей, разделением функциональных групп гуминовых веществ, а также химические взаимодействия со структурными компонентами гуминовых веществ. Идея проекта заключается в проведении новых систематических исследований по особенностям миграции и формам нахождения радионуклидов и элементов-индикаторов геохимических процессов в природных объектах и приближенных к реальным модельным системам с применением современных высокочувствительных методов фракционирования компонентов органического вещества, к которым относится метод твердофазной экстракции с градиентным выделением функциональных групп по константам устойчивости. Достижение поставленной цели обосновывается возможностью применения комплексного подхода определения форм нахождения элементов, испытанного на реальных образцах и модельных системах, достоверно работающих в условиях геохимических и экологических задач. Исследования позволят уточнить модель миграции радионуклидов с учетом качественного и количественного состава природных лигандов, а также разработать подходы для численного моделирования миграционного поведения радионуклидов в верхней гидрогеодинамической зоне. Предложенные подходы являются междисциплинарными, поскольку одновременно решаются задачи радиогеоэкологии и геохимии, радиохимии и ряда смежных наук.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Торопов А.С. Express method for diagnosing of the radionuclide’s speciation by imaging plate radiography of natural waters suspended matter Book of abstracts of 28th International Conference on NUCLEAR TRACKS AND RADIATION MEASUREMENTS (28th ICNTRM-2023), Book of Abstracts of 28th International Conference on NUCLEAR TRACKS AND RADIATION MEASUREMENTS (28th ICNTRM-2023), New-Dehli, 2023, pp.67-68 (год публикации - 2023)

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
На основе экспериментальных исследований сделан вывод, что нептуний-237 плохо связывается как с гуминовыми, так и с фульвокислотами. Сравнивая значения интенсивности флуоресценции для ФК и ГК препарата фульвокислот более резкое тушение наблюдается в случае связывания уранил-ионов с ФК. Установлено преобладание связывания тория-232 и урана-238 с фульвокислотами по данным флуоресцентной спектроскопии по сравнению с гуминовыми кислотами. Исследованиями подтверждено наличие техногенных радионуклидов в районе максимального проявления следа радиоактивных выпадений после аварии на Сибирском Химическом комбинате 1993 г. по данным опробования деятельного слоя верхового торфа, показано, что большая часть активности трансурановых элементов сосредоточено в микрочастицах, показана их способность к разрушению в кислой среде обводненного торфа и вертикальной миграции. Подробно изучен состав органического вещества торфа и его трансформация при изменении рН и способности к связыванию для группы лантаноидов, а также тория и урана. Установлено, что соотношение ФК/ГК в торфе закономерно снижается с глубиной, что свидетельствует о протекании процессов разложения растительных остатков и завершении процессов формирования торфа. Детально изучены оптические и флуоресцентные характеристика гуминовой части торфа. Связь металлов с карбоксильными группами наиболее подвержено трансформации при изменении геохимических условий среды. Определены и описаны флуорофоры гуминовой части торфа и исследованы с помощью измерений матриц возбуждения-излучения в тандеме с хемометрикой PARAFAC. С использованием подхода Штерна-Вольмера, были рассчитаны константы равновесия (стабильности) комплексов урана-238 и тория-232 с гуминовыми и фульвокислотами из полученных экспериментальных данных. Комплекс проведенных работ показал, что органические формы нахождения радионуклидов, тяжелых металлов и рудных элементов, даже если не являются доминирующими формами, могут мигрировать в окружающей среде и осложнять экологическую обстановку.

Публикации

1. Хабарова М.Р., Торопов А.С. ОРГАНИЧЕСКИЕ ФОРМЫ НАХОЖДЕНИЯ ПРИРОДНЫХ РАДИОНУКЛИДОВ И РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В ТОРФЕ ВЕРХОВОГО ТИПА 2-я Школа молодых ученых «Научные основы завершающих стадий ядерного топливного цикла»: Тезисы докладов, Москва., 2-я Школа молодых ученых «Научные основы завершающих стадий ядерного топливного цикла»: Тезисы докладов, Москва, 2024. – 65 с. (год публикации - 2024)

2. Титов А.С., Торопов А.С. Геоэкологическая оценка разных типов почв криолитозоны Западной Якутии в условиях функционирования алмазодобывающих предприятий MINING SCIENCE AND TECHNOLOGY (RUSSIA), Titov A.S., Toropov A.S. Geoenvironmetal assessment of different types of cryolithic soils in Western Yakutia under the conditions of diamond-mining operations. Mining Science and Technology (Russia). 2024;9(2):170-182. https://doi.org/10.17073/2500-0632-2023-12-188 (год публикации - 2024)
10.17073/2500-0632-2023-12-188

3. Хабарова М.Р. ОРГАНИЧЕСКИЕ ФОРМЫ НАХОЖДЕНИЯ ПРИРОДНЫХ РАДИОНУКЛИДОВ И РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В ТОРФЕ ВЕРХОВОГО ТИПА Проблемы геологии и освоения недр, Томск, Проблемы геологии и освоения недр: труды XXVIII Международного молодежного научного симпозиума имени академика М.А. Усова, посвященного 125-летию со дня рождения академика Академии наук СССР, профессора К.И. Сатпаева и 130-летию со дня рождения члена-корреспондента Академии наук СССР, профессора Ф.Н. Шахова. Том 1 / Томский политехнический университет. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2024. - 297 с. (год публикации - 2024)

4. Торопов А.С., Хабарова М.Р., Родионова А.А. Органические формы нахождения редкоземельных и радиоактивных элементов в торфе верхового типа Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. (год публикации - 2025)

5. Хабарова М.Р., Торопов А.С., Родионова А.А. ORGANIC FORMS OF NATURAL RADIONUCLIDES AND RARE EARTH ELEMENTS IN PEAT OF THE UPPER PEAT TYPE XXII MENDELEEV CONGRESS ON GENERAL AND APPLIED CHEMISTRY: BOOK OF ABSTRACTS, Federal Territory “Sirius”, Russia, XXII Mendeleev Congress on General and Applied Chemistry, October 7-12, 2024, Federal Territory “Sirius”, Russia. Book of abstracts in 7 volumes. Volume 5. — М.: “Buki Vedi” LLC, 2024. – 524 p. – 978-5-00202-677-7 (v. 5) (год публикации - 2024)

6. Арбузов С.И., Торопов А.С., Ильенок С.С., Иванов В.П., Холодов А.С., Зарубина Н.В., Иванов В.В. Modes of occurrence of tungsten in coals: a review (Формы нахождения вольфрама в углях (обзор)) Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов., Формы нахождения вольфрама в углях (обзор) / С.И. Арбузов, А.С. Торопов, С.С. Ильенок, В.П. Иванов, А.С. Холодов, Н.В. Зарубина, В.В. Иванов // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. – 2024. – Т. 335. – № 7. – С. 121–140. DOI: 10.18799/24131830/2024/7/4678 (год публикации - 2024)
10.18799/24131830/2024/7/4678

7. Торопов А. С., Хабарова М. Р., Родионова А. А. Органически связанные формы нахождения редкоземельных и радиоактивных элементов в торфе верхового типа Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов., Торопов А. С., Хабарова М. Р., Родионова А. А. Органически связанные формы нахождения редкоземельных и радиоактивных элементов в торфе верхового типа // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. — 2025. — Т. 336, № 10. — С. 222–238 (год публикации - 2025)
10.18799/24131830/2025/10/4913