Регистрация / Вход
Прислать материал

«Новые соединения актинидов»

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Проект
02.740.11.0275
Организация
СамГУ
Руководитель работ
Сережкин Виктор Николаевич
Продолжительность работ
2009 - 2011, 26 мес.
Бюджетные средства
13 млн
Внебюджетные средства
2,6 млн

Информация отсутствует

Соисполнители

Организация
АО "ГНЦ НИИАР"

Участники проекта

Зам. руководителя работ
Пушкин Денис Валерьевич

Этапы проекта

1
07.07.2009 - 23.11.2009
1. Наименование разрабатываемой продукции
• Методики получения новых соединений урана, америция и кюрия.
• Сведения о химическом составе, структуре и свойствах новых соединений урана, америция и кюрия.
• Отчет о НИР, содержащий обоснование развиваемого направления исследований, изложение методик проведения исследований, а также описание полученных результатов.
2. Характеристика выполненных на этапе работ по созданию продукции
2.1. В соответствии с техническим заданием на первом этапе работ изучено комплексообразование в 25 многокомпонентных системах RZ+ – UO2+ – YZ- – L, где RZ+ – внешнесферные катионы, YZ- – ацидолиганды, а L – электронейтральные лиганды; разработан метод высокотемпературной конденсации паров металлического америция или кюрия на металлические подложки; изучены фазовые равновесия в системах An –X, где An – Am или Cm, а Х – Au, Cu, Ru, Tc или Со; разработаны методики синтеза более двадцати новых соединений урана, америция и кюрия. Проведен кристаллохимический анализ всех 6034 структурно охарактеризованных к настоящему времени соединений тория, протактиния и урана. Выявлены все соединения, содержащие в структуре кристаллов комплексы АОn (A = Th, Pa или U), и установлено, что объем полиэдров Вороного-Дирихле атомов актинидов в таких комплексах практически не зависит от координационного числа и определяется только валентным состоянием металла. Обнаружено, что в структурах кристаллических веществ атомы тория и урана чаще всего имеют 14 соседних атомов актинида и полиэдр в форме федоровского кубооктаэдра, тогда как атомы протактиния обычно имеют только 12 соседних атомов металла и полиэдр в виде ромбододекаэдра. Результаты кристаллохимического анализа станут составной частью готовящегося в рамках данного контракта мультимедийного учебника «Основы радиохимии и кристаллохимии актинидов». За отчетный период подготовлено четыре главы учебника. По тематике проекта выполняется четыре дипломных работы, три кандидатских и две докторских диссертации. Одна кандидатская диссертация представлена к защите, которая успешно состоялась 21.10.09 в диссертационном совете Д 212.218.04. Совокупность полученных результатов полностью соответствует требованиям технического задания для отчетного этапа.
2.2. Новизна полученных результатов определяется тем, что при разработке методик синтеза новых соединений уранила были использованы количественные сведения об электронодорных свойствах лигандов, которые установлены с позиций правила 18 электронов на основе уже имеющейся кристаллоструктурной информации и позволяют в определенных пределах прогнозировать возможный состав комплексов уранила, образующихся в многокомпонентных водно-солевых системах. Применение в рамках проекта новых методов кристаллохимического анализа, использующих параметры полиэдров Вороного-Дирихле, впервые дает возможность с единых позиций систематизировать и анализировать всю накопленную мировым сообществом информацию о структуре кристаллов соединений актинидов.
2.3. Кристаллохимический анализ всех уже изученных к настоящему времени 6034 соединений тория, протактиния и урана был проведен с помощью уникального по своим возможностям (не имеет аналогов ни в России, ни за рубежом) комплекса программ TOPOS, созданного на кафедре неорганической химии Самарского госуниверситета, возглавляемой руководителем работ по данному проекту. Существенно, что комплекс TOPOS не требует использования каких-либо кристаллохимических радиусов атомов или априорных суждений о характере межатомных взаимодействий и, опираясь только на первичные кристаллоструктурные данные (пространственная группа, параметры элементарной ячейки и координаты базисных атомов), позволяет на основе рассчитанных характеристик полиэдров Вороного-Дирихле проводить анализ выборок любого объема. Очень важно, что использованный метод кристаллохимического анализа однозначно и объективно выявляет в структуре кристаллов не только все сильные межатомные взаимодействия, эквивалентные химическим связям, но и слабые невалентные взаимодействия, которые влияют на физико-химические свойства веществ. Поскольку систематический анализ влияния природы и валентного состояния атомов актинидов на важнейшие особенности структуры кристаллов их соединений, в частности, на геометрические и топологические параметры комплексов АОn (A - актинид, О – кислород) до сих пор не проводился, то выполняемый проект как по масштабам исследования, так и по ожидаемым результатам является пионерским.
2.4. На отчетном этапе объекты интеллектуальной собственности, нуждающиеся в правовой защите, не созданы.
3. Области и масштабы использования полученных результатов
3.1. Полученные на данном этапе данные о составе новых соединений урана, америция и кюрия требуют дополнительного подтверждения с помощью метода рентгеноструктурного анализа (эти исследования запланированы на следующем этапе работ по проекту), в сочетании с которыми могут быть использованы для выявления количественных корреляций состав – структура – свойство, а также для однозначной идентификации соединений в многофазных системах. Уже имеющиеся результаты могут использоваться в справочной литературе и специализированных базах данных по неорганической химии, координационной химии и радиохимии, а также могут учитываться при разработке методов направленного синтеза гетеролигандных комплексов заданного состава и при совершенствовании химических методов переработки актинидсодержащих веществ или материалов. После дополнительных исследований, которые запланированы в рамках проекта, на основе бинарных соединений, образующихся в системах A-X, где А – кюрий или америций, а Х – Au, Cu, Ru, Tc или Со, могут быть разработаны перспективные источники альфа-излучения для использования в космической технике.
3.2. Полученные результаты исследований использованы в рабочих программах спецкурсов «Избранные главы кристаллохимии» и «Основы радиохимии», которые преподаются в сентябре – декабре 2009 г. студентам химического факультета, специализирующимся на кафедре неорганической химии СамГУ. В процессе лабораторных занятий по курсу «Основы радиохимии» студенты непосредственно осваивают важнейшие способы синтеза соединений уранила и на конкретных примерах знакомятся с физико-химическими методами их идентификации. С выполняемым проектом непосредственно связаны темы шести курсовых работ студентов 3 и 4 курса, а также темы четырех дипломных работ студентов 5 курса и трех готовящихся кандидатских диссертаций. Кроме того, благодаря данному проекту удалось организовать в июле 2009 г. прохождение производственно-технологической практики в лабораториях ГНЦ «НИИАР» для студентов четвертого курса химфака СамГУ. По результатам исследований, выполненных в рамках проекта, два студента 5-го курса химфака СамГУ подготовили стендовые доклады и приняли участие в Шестой Российской конференции по радиохимии, состоявшейся 12-16 октября 2009 г.
3.3. Поскольку мультимедийные учебники по основам радиохимии и кристаллохимии актинидов в настоящее время в мире отсутствуют, то запланированное в рамках данного проекта создание такого учебника с учетом существующих тенденций развития высшего образования имеет несомненный инновационный характер и будет способствовать созданию условий для повышения качества подготовки студентов. Финансовая поддержка молодых исследователей (студентов, аспирантов и докторантов), участвующих в проекте, является дополнительным стимулом и позволяет им значительно больше времени уделять научно-исследовательской работе, открывая дополнительные жизненные перспективы. В частности, в настоящее время пять студентов пятого курса, принимающих участие в проекте, выразили желание продолжить свое обучение в аспирантуре. Поэтому имеются основания надеяться, что заинтересованное и активное участие всех сотрудников НОЦ, участвующих в работе по проекту, позволит не только достичь, но и превысить заданные индикаторы и показатели.

4. Выводы Результаты, полученные на первом этапе, дают основание надеяться, что все запланированные по проекту работы будут выполнены своевременно и в полном объеме.
Развернуть
2
01.01.2010 - 30.06.2010
1. Характеристика выполненных на этапе работ по созданию про-дукции
1.1. В соответствии с техническим заданием на втором этапе работ изу-чено комплексообразование в многокомпонентных системах RZ+ – UO22+ – YZ- – L, где RZ+ – внешнесферные катионы, YZ- – ацидолиганды, а L – элек-тронейтральные лиганды; методом высокотемпературной конденсации паров металлического америция или кюрия на металлические подложки исследовано взаимодействие в системах An –X, где An – Am или Cm, а Х – Au, Cu, Ru, Tc или Со; разработаны методики синтеза более тридцати новых соединений урана, америция и кюрия. Для 21 соединения U(VI) получены монокристаллы, пригодные для рентгеноструктурного анализа, определены ИК спектроскопические, термографические и кристаллографические характеристики, а также установлена структура кристаллов. Проведен кристаллохимический анализ всех 904 структурно охарактеризованных к настоящему времени соединений нептуния, плутония и америция. Выявлены все соединения, содержащие в структуре кристаллов комплексы АОn (A = Np, Pu и Am), и установлено, что объем полиэдров Вороного-Дирихле атомов актинидов в таких комплексах практически не зависит от координационного числа и определяется только валентным состоянием металла. Обнаружено, что в структурах кристаллических веществ атомы нептуния, плутония и америция чаще всего имеют 14 соседних атомов актинида и полиэдр в форме федоровского кубооктаэдра. Результаты кристаллохимического анализа станут составной частью готовящегося в рамках данного контракта мультимедийного учебника «Основы радиохимии и кристаллохимии актинидов». За отчетный период подготовлено шесть глав учебника. По тематике проекта выполнено четыре дипломных работы и одна бакалаврская диссертация, готовятся три кандидатских и две докторских диссертации. За отчетный период по результатам проведенных работ опубликовано 5 статей в академических научных журналах, еще 7 статей приняты к печати в журналах «Радиохимия», «Кристаллография» и «Журнал неорганической химии», причем соавторами всех указанных статей являются студенты или аспиранты. Совокупность полученных результатов полностью соответствует требованиям технического задания для отчетного этапа.
1.2. Новизна полученных результатов определяется тем, что они закрывают целый ряд существовавших пробелов в химии и кристаллохимии актинидов и впервые позволяют количественно охарактеризовать важнейшие физико-химические свойства (включая кристаллографические) более 30 новых соединений урана, америция и кюрия. Применение в рамках проекта новых методов кристаллохимического анализа, использующих параметры полиэдров Вороного-Дирихле, впервые дает возможность с единых позиций систематизировать и анализировать всю накопленную мировым сообществом информацию о структуре кристаллов соединений актинидов.
1.3. Кристаллохимический анализ всех уже изученных к настоящему времени 904 соединений нептуния, плутония и америция был проведен с помощью уникального по своим возможностям (не имеет аналогов ни в России, ни за рубежом) комплекса программ TOPOS, созданного на кафедре неорганической химии Самарского госуниверситета, возглавляемой руководителем работ по данному проекту. Существенно, что комплекс TOPOS не требует использования каких-либо кристаллохимических радиусов атомов или априорных суждений о характере межатомных взаимодействий и, опираясь только на первичные кристаллоструктурные данные (пространственная группа, параметры элементарной ячейки и координаты базисных атомов), позволяет на основе рассчитанных характеристик полиэдров Вороного-Дирихле проводить анализ выборок любого объема. Очень важно, что использованный метод кристаллохимического анализа однозначно и объективно выявляет в структуре кристаллов не только все сильные межатомные взаимодействия, эквивалентные химическим связям, но и слабые невалентные взаимодействия, которые влияют на физико-химические свойства веществ. Поскольку систематический анализ влияния природы и валентного состояния атомов актинидов на важнейшие особенности структуры кристаллов их соединений, в частности, на геометрические и топологические параметры комплексов АОn (A - актинид, О – кислород) до сих пор не проводился, то выполняемый проект как по масштабам исследования, так и по ожидаемым результатам является пионерским.
2. Области и масштабы использования полученных результатов
2.1. Полученные на данном этапе сведения о химическом составе и структуре новых соединений урана, америция и кюрия могут быть использованы для выявления количественных корреляций состав – структура – свойство, а также для однозначной идентификации соединений в многофазных системах. Установленные физико-химические характеристики новых соединений урана, америция и кюрия могут использоваться в справочной литературе и специализированных базах данных по неорганической химии, координационной химии и радиохимии, а также могут учитываться при разработке методов направленного синтеза гетеролигандных комплексов заданного состава и при совершенствовании химических методов переработки актинид-содержащих веществ или материалов. После дополнительных исследований на основе бинарных соединений, образующихся в системах A-X, где А – кюрий или америций, а Х – Au, Cu, Ru, Tc или Со, могут быть разработаны новые перспективные источники альфа-излучения для использования в космической технике.
2.2. Полученные результаты исследований использованы в рабочих программах спецкурсов «Избранные главы кристаллохимии» и «Основы радиохимии», которые преподаются студентам химического факультета, специализирующимся на кафедре неорганической химии СамГУ. В процессе лабораторных занятий по курсу «Основы радиохимии» студенты непосредственно осваивают важнейшие методы синтеза и исследования свойств соединений уранила и на конкретных примерах знакомятся с физико-химическими методами их идентификации. С выполняемым проектом непосредственно связаны темы семи курсовых работ студентов 3 и 4 курса, а также темы пяти дипломных работ студентов 5 курса и трех готовящихся кандидатских диссертаций. Кроме того, благодаря данному проекту удалось запланировать в июле 2010 г. прохождение производственно-технологической практики в лабораториях ГНЦ «НИИАР» для пяти студентов химфака СамГУ. За отчетный период по результатам исследований, выполненных в рамках проекта, студенты 3-5 курсов успешно выступили с шестью докладами на научных конференциях разного уровня (один доклад занял первое место на Самарской областной научной конференции студентов).
2.3. Поскольку мультимедийные учебники по основам радиохимии и кристаллохимии актинидов в настоящее время в мире отсутствуют, то запланированное в рамках данного проекта создание такого учебника с учетом существующих тенденций развития высшего образования имеет несомненный инновационный характер и будет способствовать созданию условий для повышения качества подготовки студентов. Финансовая поддержка молодых исследователей (студентов, аспирантов и докторантов), участвующих в проекте, является дополнительным стимулом и позволяет им значительно больше времени уделять научно-исследовательской работе, открывая дополни-тельные жизненные перспективы. В частности, в настоящее время пять студентов пятого курса, принимающих участие в проекте, намерены продолжить свое обучение в аспирантуре. Поэтому имеются основания надеяться, что заинтересованное и активное участие всех сотрудников НОЦ, участвующих в работе по проекту, позволит не только достичь, но и превысить заданные индикаторы и показатели.

3. Выводы
Результаты, полученные на втором этапе, дают основание надеяться, что все запланированные по проекту работы будут выполнены своевременно и в полном объеме.
Развернуть
3
06.07.2010 - 22.11.2010
В соответствии с техническим заданием на третьем этапе работ проведен синтез кристаллических фаз, существующих в многокомпонентных водно-солевых системах UO22+ - Rz+ - Yz- - L, где R – одно или двухвалентные катионы, L – электронейтральные лиганды, а Y – ацидолиганды, в том числе селенит-, селенат-, оксалат-, изотиоцианат-ионы; изучено взаимодействие в бинарных системах An –X, где An – Am или Cm, а Х – Au, Cu, Ru, Tc или Со и впервые построены фазовые диаграммы их состояния; разработаны методики синтеза новых соединений урана, америция и кюрия, изучено влияния интенсивного альфа-облучения на стабильность кристаллической структуры полученных интерметаллидов америция и кюрия. Для новых соединений урана определены ИК спектроскопические, термографические и кристаллографические характеристики, получены монокристаллы, пригодные для рентгеноструктурного анализа, и установлена структура кристаллов. В результате проведенного патентного исследования выявлены охранные документы и материалы, которые могут быть использованы в качестве аналогов.
Развернуть
4
01.01.2011 - 20.09.2011
1. Анализ и выявление взаимосвязей между составом, строением и свойствами соединений шестивалентного урана;
2. Анализ стереоэффекта неподеленной электронной пары на строение и свойства соединений урана;
3. Анализ и выявление взаимосвязей между составом, строением и свойствами соединений америция, кюрия;
4. Проведение дополнительных патентных исследований и подготовка заявок на патенты.
Развернуть

Программа

Программа "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009 - 2013 годы

Программное мероприятие

1.1 Проведение научных исследований коллективами научно-образовательных центров
Продолжительность работ
2010 - 2012, 26 мес.
Бюджетные средства
3,5 млн
профинансировано
Продолжительность работ
2009 - 2011, 22 мес.
Бюджетные средства
1,5 млн
Организация
ГЕОХИ РАН
профинансировано
Продолжительность работ
2012 - 2013, 14 мес.
Бюджетные средства
1,18 млн
Организация
ООО "ЭкоНаноСистемы"
профинансировано
Тема
Новые методы выделения, разделения и определения актинидов и исследование их поведения в природных и техногенных системах в связи с проблемой реабилитации загрязненных территорий.
Продолжительность работ
2008, 3 мес.
Бюджетные средства
1,2 млн
Количество заявок
1
Тема
Новые наноструктурированные материалы, полученные на основе металлоорганических соединений.
Продолжительность работ
2008, 3 мес.
Бюджетные средства
1,2 млн
Количество заявок
3
Тема
Исследование влияния низкомолекулярных соединений на регуляцию метаболизма человека.
Продолжительность работ
2011 - 2012, 21 мес.
Бюджетные средства
18 млн
Количество заявок
10
Тема
Скрининг биологически активных соединений, обладающих нейропротективными свойствами
Продолжительность работ
2014 - 2016, 28 мес.
Бюджетные средства
77,8 млн
Количество заявок
2
Тема
Разработка гидрометаллургических технологий получения металлического марганца и его соединений из бедного и труднообогатимого сырья.
Продолжительность работ
2008 - 2010, 26 мес.
Бюджетные средства
150 млн
Количество заявок
1