Исследование фракционирования изотопов урана (234U, 238U) в процессе образования кристаллов льда

Abstract

С момента открытия явления фракционирования четных изотопов урана (эффект Чердынцева-Чалова) среди ряда исследователей сложилось устойчивое убеждение, что разделения изотопной пары урана 234U и 238U в минеральных системах не происходит, и фракционирование возможно только при переходе из твердой фазы в жидкую по причине различной подвижности изотопов. Наблюдаемые избытки изотопа 234U в суммарном уране различных минералов и горных пород, возраст которых значительно превышает период установления секулярного равновесия, объяснялись аутигенным происхождением или выравниванием фона миграционного урана. Позднее было установлено, что в рудных минералах наблюдается неравновесный уран, происхождение которого трудно объяснить аутигенной природой. Однако в настоящее время проблема кинетики 234U и формирования вариаций изотопного отношения 234U/238U в природных средах остается не решенной. В связи с этим возникла идея провести эксперимент по наблюдению за формированием неравновесного урана при образовании твердой фазы из раствора с известным изотопным составом на примере кристаллизации воды при замерзании, как самой доступной экспериментальной системы. Выполнены экспериментальные исследования изотопного фракционирования урана в процессе образования кристаллов льда при частичном замораживании замкнутого объема воды. Показано, что лед при формировании обедняется изотопом 234U, а остаточная вода обогащается радиогенными атомами урана. Установлено, что материнский нуклид 238U и дочерний продукт 234U, связанные между собой единой цепочкой распада, в процессе образования твердой фазы ведут себя по-разному, что подтверждает существование в воде урана в двух формах: растворенный уран в виде отдельных соединений и уран, находящийся в частице минерала, оторванного ядром отдачи 234Th от горной породы при переходе в воду.