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环境中的核废料相互作用可能比想象的更复杂

劳伦斯利弗莫尔国家实验室 (LLNL) 的科学家和合作者提出了一种新机制,核废料可以通过这种机制在环境中扩散。

宾夕法尼亚州立大学和哈佛医学院的研究人员参与的新发现对核废物管理和环境化学具有影响。该研究发表在《化学学会杂志》上。

“这项研究与自然界中核材料的命运有关,我们偶然发现了一种以前未知的机制,某些放射性元素可以通过这种机制在环境中传播,”LLNL 科学家和主要作者 Gauthier Deblonde 说。“我们表明,自然界中有一些以前没有考虑过的分子,特别是像‘羊毛调节蛋白’这样的蛋白质,它们可能会对核废物管理中存在问题的放射性元素产生强烈影响,例如镅、锔等。”

过去和现在的核活动(能源、研究、武器试验)增加了了解环境中放射性物质行为的紧迫性。含有锕系元素(例如钚、镅、锔、镎……)的核废料尤其成问题,因为它们数千年来仍然具有放射性和毒性。

然而,人们对环境中这些元素的化学形式知之甚少,迫使科学家和工程师使用模型来预测它们的长期行为和迁移模式。迄今为止,这些模型只考虑了与小的天然化合物、矿物相和胶体的相互作用,而在很大程度上忽略了蛋白质等更复杂化合物的影响。这项新研究表明,一种在自然界中含量丰富的蛋白质在很大程度上胜过科学家之前认为在环境中锕系元素迁移方面最成问题的分子。

宾夕法尼亚州立大学助理教授 Joseph Cotruvo Jr. 说:“由于稀土和锕系元素之间的化学相似性,最近发现一些细菌专门使用稀土元素开辟了生物化学的新领域,具有重要的技术应用和潜在的锕系元素地球化学意义和论文的共同通讯作者。

在许多利用稀土的细菌中,被称为 lanmodulin 的蛋白质是一种小而丰富的蛋白质。它是由宾夕法尼亚州立大学的团队成员于 2018 年发现的。 虽然宾夕法尼亚州立大学和 LLNL 团队详细研究了这种非凡蛋白质的工作原理以及如何将其应用于提取稀土,但该蛋白质与环境中的放射性污染物的相关性以前未曾探索过。

“我们的研究结果表明,兰莫德林和类似化合物在环境中锕系元素的化学中发挥的作用比我们想象的更重要,”LLNL 科学家 Annie Kersting 说。“我们的研究还指出了选择性生物分子在环境中合成放射性同位素的差异迁移模式中可以发挥的重要作用。”

LLNL 科学家 Mavrik Zavarin 说:“该研究还首次表明,lanmodulin比任何其他金属更喜欢锕系元素,包括稀土元素,这是一个有趣的特性,可用于新的分离过程。”

稀土元素生物化学是宾夕法尼亚州立大学和 LLNL 帮助开拓的一个非常新的领域,这项新工作首次探索了锕系元素的环境化学如何与自然界对稀土元素的使用联系起来。根据 Deblonde 的说法,Lanmodulin 对锕系元素的更高亲和力甚至可能意味着,自然界中无处不在的利用稀土的生物可能会优先将某些锕系元素纳入其生物化学中。

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