Technika XPS w wykrywaniu zanieczyszczeń uranu

Za pomocą techniki rentgenowskiej spektroskopii fotoelektronów (XPS) można określać stopień utlenienia i możliwość rozprzestrzeniania się uranu w glebie. Pracę na ten temat opublikowano w czasopiśmie „Surface and Interface Analysis”.

Szacuje się, że w USA ok. 220 ton uranu w ciągu ostatnich kilkudziesięciu lat zostało uwolnionych do środowiska naturalnego. Ze względu na duże zagrożenie, jakie stanowi ten pierwiastek promieniotwórczy, konieczne jest stałe monitorowanie jego obecności w środowisku. Zdolność tego pierwiastka do rozprzestrzeniania się w środowisku poprzez źródła wody zależy od jego stopnia utlenienia, a więc ilości elektronów otaczających jądro atomowe.

Naukowcy z Pacific Northwest National Laboratory i University of North Texas w USA opracowali metodę identyfikacji stopnia utlenienia i mobilności uranu w glebie. Technika XPS używana jest powszechnie do określania stanów chemicznych pierwiastków, składu elementarnego i innych informacji o substancjach. W technice tej analizuje się rozkład energii kinetycznej fotoelektronów emitowanych w wyniku wzbudzenia próbki charakterystycznym promieniowaniem rentgenowskim. Aparat do spektroskopii XPS emituje wiązkę promieniowania rentgenowskiego, która kierowana jest na próbkę umieszczoną w wysokiej próżni. Wiązka ta powoduje wzbudzenie i wybicie elektronów z materiału. Odpowiedni detektor rejestruje energię kinetyczną wybitych elektronów.

Wyniki analizy są rysowane w formie wykresu zależności ilości elektronów od ich energii kinetycznej. W efekcie otrzymuje się charakterystyczne dla danego pierwiastka piki (podstawowe - większe i drugorzędne, zwane satelitarnymi).

Amerykańscy naukowcy zanalizowali próbki uranu w dużym rozcieńczeniu za pomocą XPS poprzedzając swoje prace szeroko zakreślonym przeglądem literatury związanej z metodami badań uranu. Skoncentrowali swoje badania na analizie pików satelitarnych i otrzymali informacje o dużej separacji energetycznej pików podstawowych i satelitarnych charakterystycznej dla stanów utlenienia uranu dla szerokiej gamy cząsteczek o różnym składzie.

Na podstawie tych danych stworzyli metodę przekształcenia otrzymanych danych ze spektroskopii XPS na informację o stanie utlenienia uranu dla szerokiego zakresu substancji, dzięki czemu będzie można łatwiej określać zawartość uranu, np. w glebie.

(pj)