Специалисты из научной группы химического факультета Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова совместно с Курчатовским институтом представили рентгеновский спектрометр LomonosovXAS, который теперь используют на кафедре радиохимии МГУ.

Фото: Юлия Чернова

В современных химии, физике и материаловедении широко используются методы приборных анализов — физических и химических, обеспечивающих учёных данными по элементному составу соединений, их структуре и поведению в разных средах. Один из универсальных и неразрушающих методов изучения строения вещества — спектроскопия. Он основан на получении и исследовании спектра вещества в определённом диапазоне электромагнитного излучения.

Рентгеновская абсорбционная и эмиссионная спектроскопия (XAS) позволяет определить даже незначительные изменения структурных и электронных свойств веществ. Раньше для неё использовали только мегасайенс-установки — синхротроны. Синхротронные исследования обеспечили значительный прогресс в понимании проблем геохимии, физики, химии и окружающей среды.

Но некоторые материалы, такие как актиниды, элементы с высокой радиоактивностью, безопасно доставить на синхротрон чрезвычайно трудно. А исследования соединений трансурановых элементов, таких как нептуний, плутоний, америций и других, можно изучать только на специализированных синхротронных линиях. К тому же эксперименты на синхронтроне обычно проводятся в сжатые сроки, что ограничивает многие исследования, например, короткоживущих радионуклидных соединений.

Исследователи из научной группы химического факультета МГУ получили и осваивают новый рентгеновский спектрометр, позволяющий исследовать актиниды в помещении лаборатории. Спектрометр состоит из детектора и монохроматора, установленных на моторизированных столиках, и управляющего компьютера. Также у LomonosovXAS есть специальный блок для защиты от радиации с гелиевой камерой, которая способствует уменьшению поглощения воздуха.

Время измерения на лабораторных спектрометрах значительно больше, чем на синхротроне, так как регистрируется меньший поток фотонов.

Второе преимущество LomonosovXAS, кроме шаговой доступности, — высокое разрешение. Спектрометр позволяет не только оперативно исследовать материалы и соединения, но и открывает путь к новым возможностям. Учёные МГУ смогут проводить реакции под пучком рентгеновского излучения и следить за изменениями в течение всего процесса. Это позволит разобраться в механизмах протекания реакций и предложить эффективные решения технологических и фундаментальных проблем химии. Среди направлений, в которых может использоваться LomonosovXAS, — физическая химия атомной энергетики, в частности проблемы, связанные с долговременным захоронением отработавшего ядерного топлива.

Кроме того, лабораторные спектрометры являются прекрасным инструментом для профессиональной подготовки студентов, а также для расширения и углубления знаний и навыков исследователей, необходимых для грамотной постановки и проведения исследований с использованием синхротронных источников.

«Наш спектрометр не уступает по разрешению мегасайенс-установкам — синхротронам. А ещё прибор позволяет нам проводить два типа исследований в рентгеновском диапазоне — спектроскопию поглощения и эмиссионную спектроскопию, — комментирует новость младший научный сотрудник кафедры радиохимии МГУ Даниил Новичков. — Диапазон допустимых значений радиоактивности позволит нам изучать реальные радиоактивные объекты, что не всегда осуществимо на больших синхротронах. Помимо этого постоянный доступ к прибору существенно ускорит и удешевит исследования за счёт отсутствия расходов на транспорт образцов».

Нужно отметить, что в целом лабораторные спектрометры обычно не заменяют синхротроны, а дополняют их и используются для предварительных экспериментов с целью поиска перспективных образцов для синхротронных экспериментов.

Работа поддержана грантом Министерства науки и высшего образования Российской Федерации, результаты опубликованы в Journal of Synchrotron Radiation.

Спектрометр LomonosovXAS в МГУ