康明亮副教授团队在高放废物处置领域取得重要进展

最近，康明亮副教授团队在高放废物处置领域取得重要进展，相关成果发表在一区top期刊Environmental Science & Technology（2020, 54(13): 8104–8114.），论文第一作者为University Grenoble Alpes的马宾博士（现瑞士Empa博士后），康明亮副教授为唯一通讯作者。

重水堆（我国秦山三期采用重水堆技术）产生的乏燃料以及不宜后处理的MOX乏燃料，都不经后处理而直接进行深地质处置，其最终的氧化破损可能会导致其中的高放射性核素（钚、次锕系元素和裂变产物）的浸出，因此了解铀在处置库条件下的化学行为是开展处置库安全评价必不可少的环节。康明亮副教授团队在铀的处置化学领域已经取得系列进展。

氧化还原电势（Eh）是影响废物罐腐蚀破损速率及可变价核素迁移性的重要因素，是处置库安全评价必须掌握的重要参数之一。结合现场动态连续测试、地下水溶解铁含量及围岩中Fe2+/Fetot比值的模型计算，我们建立了一套系统的评估地下水Eh的方法，获得我国高放废物处置库重点研究区—甘肃北山花岗岩28号钻孔365-690米深地下水在pH = 8.1 ± 0.2时，Eh范围为-56—98 mV之间（Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 2019, 322(2): 923-932.），并依此计算和分析了铀、79Se、99Tc和Np在该地下水中的溶解度和赋存形态（辐射防护, 2020, 40(4): 316-324.）。此外，我们的研究表明，由于北山花岗岩富含二价铁（主要以氟铁云母形式存在），其对铀酰具有一定的还原作用，同时花岗岩中所含的少量三价铁对UO2具有一定氧化作用，因此在北山花岗岩场址条件下，UO2+x(s)是最稳定的存在形态，有利于处置库的长期安全性，相关结果发表在二区期刊Journal of Environmental Radioactivity上（2020, 217: 106208.）。

目前，铜-铸铁是国际上普遍认可的废物罐的结构材料。我们系统研究了腐蚀产物Fe3O4对U(VI)的还原及对UO2的氧化作用，表明磁铁矿中的Fe3+与地下水中的NO3-是重要氧化剂，是影响最终产物的重要因素。我们认为，在废物罐腐蚀破损过程中，只有铁被完全氧化成Fe3+或其氧化物时，乏燃料才能被完全氧化成U(VI)而溶解浸出，相关结果发表在二区top期刊Chemosphere上（2020, 254: 126855.）。

黄铁矿（FeS2）是地球上含量最多的硫化物，并广泛存在于处置库围岩或缓冲回填材料中。热力学上，在pH > 1.0的广泛pH条件下，黄铁矿能将U(VI)还原成UO2。然而，我们前期的研究表明，天然黄铁矿或合成黄铁矿与U(VI)在大部分pH条件均无明显反应（Environmental Science & Technology, 2014, 48, 10716?10724）。通过与法国University Grenoble Alpes合作，我们新近的研究表明，反应pH、天然黄铁矿中的As、Pb杂质以及由研磨或风化破碎过程导致Fe(II)-S键断裂而形成的表面S2-位点，是影响黄铁矿还原U(VI)的反应活性与产物的重要因素。杂质元素可使黄铁矿结构产生缺陷态和离域电子，进而降低反应活化能；或者在局部区域产生类砷黄铁矿（FeSAs）或类方铅矿（PbS）结构，进而促进反应的发生。

以上研究得到了国家自然科学基金（41773095；41403075）等经费的资助，研究结果为我国高放废物处置库的最终选址和安全评价提供了重要基础参数与科学依据。

文字：康明亮、刘李云
初审：黄佳玮
审核：刘李云
审核发布：徐瑶