Аннотация результатов, полученных в 2023 году
В рамках реализации проекта в 2023 году был проведен ряд теоретических и экспериментальных исследований минералов и синтетических соединений шестивалентного урана. Составлен обзор по кристаллическим структурам природных и синтетических молибдатов уранила. Для кристаллохимии уранил-молибдатов характерны повышенные температуры. Более того, синтетические фазы, топологически идентичные природным, были получены исключительно гидротермальным методом, что позволяет предположить необходимость нагрева растворов также и в природных условиях. Уникальной особенностью данной группы можно считать существенное количество (23 соединения, что составляет треть от всех синтезированных) структур, основанных на каркасных U-содержащих комплексах различной архитектуры. Расчеты структурной сложности показывают, что чем выше сложность уранил-молибдатных комплексов, тем выше параметры сложности всей кристаллической структуры. Иными словами сложность кристаллической структуры определяется U-содержащими субструктурными комплексами, тогда как влияние межслоевых (межцепочечных и внутрикаркасных) катионов и молекул H2O на формирование структуры существенно ниже. Также стоит отметить, что структуры молибдатов уранила, в которых связь координационных полиэдров осуществляется через общие вершины, являются наиболее простыми, тогда как с появлением общих ребер сложность возрастает. В результате эксперимента по гидротермальному изменению образца, содержащего чернобыльский кориум, получены и идентифицированы две кристаллические фазы, являющиеся аналогами распространенных вторичных минералов уранила беккерелита, Ca[(UO2)6O4(OH)6]·8H2O, и фуркалита, Ca2Mn0.03[(UO2)3O2(PO4)(P0.94Si0.06O4)]·7H2O. Впервые приводится модель кристаллической структуры беккерелита в стандартной установке Pna21 с определёнными позициями всех атомов Н, что позволило описать разветвленную систему водородных связей. Кристаллическая структура фуркалита содержит дополнительную октаэдрическую позицию между уранил-фосфатными слоями, заселённую атомами Mn. Можно предположить, что внедрение катиона в позицию Mn3 и образование пентамеров приводит к более прочному связыванию U-содержащих слоев в трёхмерную структуру. Впервые отмечено закономерное срастание кристаллов беккерелита и фуркалита. Результаты исследования важны не только для прогнозирования старения кориума в период ожидания утилизации, но и для оценки стабильности кориума, отработавшего топлива и сцементированных урансодержащих отходов в условиях, как временного хранения, так и окончательного захоронения в могильнике. В том числе в свете процессов взаимодействия кориума с водой на трёх поврежденных энергоблоках АЭС Фукусима-Дайичи. Впервые исследовано термическое поведение кристаллических структур двух родственных минералов урана метаторбернита и метацейнерита методами монокристальной и порошковой терморентгенографии. Нагрев при этом приводит к увеличению межслоевого расстояния, что способствует ступенчатому выходу воды. Максимальное тепловое расширение в структурах метаторбернита и метацейнерита наблюдается в направлении, перпендикулярном к уран-содержащим слоям. Тепловое расширение структур минералов сильно анизотропно. Различные кристаллографические установки не только метаторбернита и метацейнерита, но, скорее всего, и всех минералов группы мета-отенита, следует рассматривать как «политипные» модификации, для которых максимальная симметрия будет соответствовать тетрагональной элементарной ячейке с параметром c ~ 8.6 Å и архетипической пространственной группой P4/nmm. Спустя 70 лет после открытия (текущая является первой на территории РФ и вторая в мире) расшифрована кристаллическая структура природного водосодержащего уранилфосфата аммония, урамфита, (NH4)[(UO2)(PO4)]·3H2O. Предложена модель упаковки молекул H2O и NH4+ в межслоевом пространстве, основанная на данных о распределении электронной плотности. По материалам исследования в 2023 году опубликованы 3 статьи в журналах, индексируемым в системах Web of Science и Scopus, включая 1 статью в журнале из первого квартиля Materials. Ещё одна статья подана в журнал American Mineralogist (Q1) и находится на стадии рецензирования. Результаты исследования гидротермального изменения чернобыльского кориума были освещены рядом СМИ: https://neftegaz.ru/news/standarts/788479-uchenyy-iz-spbgu-izuchil-kakie-protsessy-proiskhodyat-s-radioaktivnym-materialom-iz-chernobylya-pri-/; https://energyland.info/news-show-tek-atom-245968; https://nia.eco/2023/07/27/67073/; https://bezrao.ru/n/6458; https://rossaprimavera.ru/news/4ea5eb94; https://sanktpeterburg.bezformata.com/listnews/spbgu-pomog-ustanovit-chto/119552903/; включая также новостные ресурсы Санкт-Петербургского государственного университета (https://spbu.ru/news-events/novosti/uchenyy-spbgu-pomog-ustanovit-chto-proiskhodit-s-vysokoradioaktivnym и https://english.spbu.ru/news-events/news/st-petersburg-university-scientist-helps-find-out-what-happens-highly-radioactive) и Российского научного фонда (https://rscf.ru/news/earth-sciences/vysokoradioaktivnym-chernobylskim-materialom/).