Ученые Сеченовского Университета совместно с коллегами из МГУ, Института геохимии и аналитической химии имени В.И. Вернадского РАН и АО «Прорыв» установили причину искажений результатов анализа соединений урана при интенсивном лазерном воздействии. Исследователи выяснили, что возбужденные комплексы уранила начинают взаимодействовать друг с другом, из-за чего их люминесценция затухает быстрее, чем это диктуют только химические свойства вещества. Этот эффект необходимо учитывать при точном контроле урана в растворах, что особенно важно для процессов переработки ядерного топлива и обращения с радиоактивными отходами.
Для проведения исследований использовалась лазерная спектроскопия с временным разрешением (TRLFS). Метод предполагает облучение раствора коротким лазерным импульсом и последующее измерение спектра и времени затухания характерного зеленого свечения. Поскольку разные химические формы урана излучают по-разному и имеют разное время жизни возбужденного состояния, метод позволяет определять вид урана в растворе. Однако при слишком интенсивном возбуждении измеряемое время затухания перестает отражать исключительно химический состав, так как начинает зависеть от плотности возбужденных частиц.
Чтобы проверить гипотезу о столкновительном взаимодействии, исследователи изучили серию растворов сульфатных комплексов уранила с различной концентрацией урана при одинаковых остальных условиях. Чем выше была концентрация, тем сильнее проявлялся дополнительный канал затухания. Полученная зависимость оказалась линейной, что подтверждает модель столкновительного взаимодействия возбужденных частиц. Рассчитанный эффективный радиус взаимодействия составил 5,1 ± 0,5 ангстрема, что соответствует молекулярным масштабам.
Заведующий лабораторией клинической биофотоники Института регенеративной медицины Сеченовского Университета, к.ф.-м.н. Глеб Будылин, отметил, что время жизни люминесценции часто используют как «отпечаток» конкретной химической формы урана, но при мощном лазерном возбуждении этот показатель может изменяться даже без изменения состава раствора. Поэтому для корректного сравнения результатов важно контролировать не только химические условия, но и параметры лазера. Похожий эффект ученые наблюдали и в растворе с фосфатными комплексами урана, что показывает универсальность явления для разных химических систем. В перспективе авторы отмечают возможность использования обнаруженной зависимости как дополнительного источника информации о концентрации соединений урана, однако для этого потребуются отдельные исследования и калибровка метода.
