_ Bacteriile care imobilizează uraniu din argilă rocă: Explorarea modului în care microorganismele pot influența comportamentul deșeurilor radioactive

La proiectarea depozitelor de deșeuri radioactive de nivel înalt în straturile geologice adânci, diverși factori trebuie luați în considerare cu atenție pentru a asigura siguranța acestora pe termen lung. Printre altele, comunitățile naturale de microorganisme pot influența comportamentul deșeurilor, mai ales atunci când acestea intră în contact cu apa. Microorganismele interacționează cu radionuclizii eliberați și influențează mobilitatea acestora.

Cercetătorii de la Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) au analizat mai atent un microorganism care apare în vecinătatea unui depozit potențial. Descoperirile lor sunt publicate în revista Science of The Total Environment.

În Germania, rocile care sunt potrivite pentru depozitarea permanentă în siguranță a deșeurilor foarte radioactive într-un depozit - așa-numitele roci gazdă - sunt anumite roci argiloase. formațiuni pe lângă sarea gemă și roca cristalină. Este de preferat un sistem cu mai multe bariere, constând din containerul de deșeuri ca barieră tehnică, materialul de umplere ca barieră geotehnică și roca gazdă ca barieră geologică. Acest sistem are scopul de a izola deșeurile radioactive din mediu.

„Combinația formațiunilor de argilă cu materialul de umplutură bentonita, care constă din diverse minerale argiloase, este un exemplu de astfel de sistem. Știm că Așa-numitele microorganisme reducătoare de sulfat apar atât în ​​roca gazdă, cât și în materialul de umplere. În lucrarea noastră, am investigat mai detaliat un reprezentant al genului Desulfosporosinus sistem”, explică dr. Stephan Hilpmann de la Institutul de Ecologie a Resurselor HZDR.

Uraniul poate apărea într-o varietate de compuși și poate lua diferite stări de oxidare. În depozitele naturale, uraniul se găsește în principal sub formă tetravalentă și hexavalentă. În condiții normale, compușii de uraniu tetravalent - spre deosebire de compușii hexavalenti - sunt aproape insolubili în apă. Compușii uraniului sunt toxici, prin care toxicitatea depinde în principal de solubilitatea lor. Acest comportament distinct al compușilor cu diferite stări de oxidare este de mare importanță pentru înțelegerea proceselor din depozit.

Desulfosporosinus trăiește în condiții anaerobe: crește doar în absența aerului. Acest lucru a permis cercetătorilor să studieze microorganismul în condiții realiste, cum ar fi cele găsite în straturile adânci de rocă. Pentru a face acest lucru, au adus culturile bacteriene în contact cu soluții de sare de uraniu din apa naturală a porilor din roca argilosă, acoperită de o atmosferă de azot care le protejează de oxigenul atmosferic.

Ei au observat că bacteriile convertesc uraniu hexavalent ușor solubil în apă în uraniu tetravalent puțin solubil. Bacteriile pot depune acest uraniu puțin solubil în veziculele membranei de pe suprafața lor celulară sub formă de incrustații.

Echipa presupune că aceasta este o reacție de apărare a microorganismelor - un comportament care a fost observat anterior în alte tipuri de bacterii.

„După o săptămână, bacteriile au transformat aproximativ 40% din uraniul dizolvat inițial în varianta slab solubilă”, raportează Hilpmann.

Echipa a observat, de asemenea, o etapa ulterioară de oxidare cu uraniu pentavalent, despre a cărui formare în acest proces nu se cunoșteau prea multe până acum. Acest lucru se datorează în principal instabilității sale tipice. Cercetătorii bănuiesc că au fost capabili să detecteze uraniul pentavalent doar pentru că bacteriile îl stabilizează într-o oarecare măsură în soluție. Au fost capabili să detecteze această stare de oxidare chiar și după o săptămână.

Pentru a observa diferiții compuși ai uraniului, echipa a folosit o serie de metode moderne de spectroscopie și microscopie. Cercetătorii HZDR au acces la tehnici de înaltă specializare de la Institutul de Cercetare a Fizicii și Materialelor de Ion Beam și la Rossendorf Beamline (ROBL), pe care HZDR o operează la instalația europeană de radiații sincrotron (ESRF) din Grenoble. La situl francez, de exemplu, ei pot investiga procesele radiochimice spectroscopic. Aici au observat, de asemenea, formarea de uraniu pentavalent în procesul utilizând o metodă numită HERFD-XANES.

HERFD-XANES reprezintă detectarea fluorescenței cu rezoluție de înaltă energie, care este cuplată cu raze X aproape de spectroscopie de absorbție a marginilor. Aceasta este o metodă spectroscopică de absorbție a razelor X care poate fi utilizată pentru a studia comportamentul electronilor. Echipa a reușit să vizualizeze agregatele care conțin uraniu de pe suprafața celulei Desulfosporosinus folosind microscopia electronică cu transmisie cu scanare cuplată cu spectroscopie cu raze X cu dispersie de energie.

„Descoperirile noastre ne aprofundează înțelegerea proceselor complexe din un depozit final potențial, pot fi, de asemenea, relevanți pentru îndepărtarea poluanților radioactivi din apele contaminate și, prin urmare, pentru remedierea acestora”, spune Hilpmann.

(Fluierul)