Как устроены самые опасные радиоактивные наночастицы

Радиохимики из МГУ и их зарубежные коллеги впервые детально изучили структуру наночастиц тория, аналоги которых могут попадать в природу после аварий на АЭС. Их точное описание было раскрыто в журнале Physical Chemistry Chemical Physics, РИА Новости.
"Мы выбрали оксид тория, поскольку он похож по структуре на окиси других актинидов, в том числе плутония, урана и нептуния, но при этом образует только один оксид (ThO2). Иными словами, мы можем изучить более простые наночастицы и перенести их свойства и закономерности образования на более сложные системы", — рассказывает Татьяна Плахова из Московского университета.
Наночастицы стали предметом внимания ученых относительно недавно, примерно в последнюю половину века, однако они использовались человечеством, особенно в искусстве и металлургии, фактически с момента появления первых городов, ремесленников и цивилизации. Яркими примерами этого стали знаменитый кубок Ликурга, клинки из дамасской стали, "вечные" голубые краски индейцев майя и многие другие потерянные "ноу-хау" древности.
В последние годы физики, химики, биологи и экологи начали обращать внимание не только на позитивные стороны нанотехнологий и наночастиц, но и на потенциальную угрозу, которую они несут для здоровья человека. Многие подобные кусочки материи могут беспрепятственно проникать внутрь клеток тела, вырабатывать большие количества оксидантов и повреждать их иными путями.
К примеру, недавно Плахова и ее коллеги обнаружили, что некоторые природные минералы не просто поглощают атомы плутония и других радионуклидов, а способствуют формированию наночастиц из двуокиси этого элемента.
Вдобавок, год назад химики обнаружили, что авария на АЭС "Фукусима" и последовавшие за ней взрывы привели к формированию и выбросу огромного числа радиоактивных наночастиц в окружающую ее почву и гидросферу. Все это заставило ученых изучить свойства подобных структур для оценки их опасности для природы и человека.
Для изучения их свойств российские химики синтезировали набор наночастиц разных размеров, используя соединения тория, близкого "кузена" плутония, и просветили их при помощи мощных пучков рентгеновских лучей.
Наблюдения за тем, как фотоны высоких энергий взаимодействуют с электронами на поверхности наночастиц, как отмечают исследователи, позволяют понять, как расположены атомы относительно друг друга и как устроена частица в целом. Для получения этих данных необходимы очень большие вычислительные ресурсы и специализированное оборудование, которое имелись в распоряжении у зарубежных участников эксперимента.
Как показали эти наблюдения, химические свойства наночастиц в большей части задавались тем, как много "голых" атомов тория присутствовало на их поверхности. В целом их поведение соответствовало тому, что предсказывает теория, описывающая устройство наночастиц, что позволяет использовать ее для оценки опасности радиоактивных структур такого типа и того, как на них будут действовать вода и прочие растворители.
В ближайшее время ученые намерены просчитать свойства наночастиц урана, плутония и других элементов, способных образовать связи с большим или меньшим числом атомов кислорода. Эти расчеты помогут понять, отличаются ли они от тория в этом отношении и следует ли предпринимать какие-то особые меры для защиты от них.