Кафедра радиохимии и прикладной экологии УрФУ

После образования в 1949 году в Уральском политехническом институте Физико-технического факультета, была создана общенаучная кафедра химии и технологии редких элементов (ХТРЭ), которую возглавил организатор факультета и его первый декан Е. И. Крылов. Поскольку физтех предназначался для подготовки инженеров «ядерного» профиля, то необходимость преподавания радиоактивности как комплексной проблемы была очевидной. Первые лекции по радиометрии и радиохимии были прочитаны уральским электрохимиком М. В. Смирновым, владевшим редкими по тем временам навыками применения радиоактивных изотопов в научных исследованиях[4]. Практикум по этим курсам был организован в лаборатории, входившей в состав кафедры ХТРЭ. В 1951 году на базе этой лаборатории и была учреждена кафедра радиохимии[5].

Научная деятельность на кафедре радиохимии началась во второй половине 50-х годов и была связана с научным направлением в прикладной радиохимии и радиоэкологии, созданным профессором С. А. Вознесенским[6]. В организованной им проблемной лаборатории, где помимо её основного штата сотрудничали преподаватели кафедр радиохимии и физико-химических методов анализа, проводились исследования по концентрированию и обезвреживанию радиоактивных отходов техногенного происхождения, а именно: самой непредсказуемой их разновидностью — нетехнологическими отходами (банно-прачечные стоки, трапные и дезактивационные воды и т. п.)[7]. Применительно к таким объектам опытом создания очистных схем технология ещё не располагала. Прикладная радиоэкология начиналась с нуля, и пионерские работы в этой области были выполнены именно С. А. Вознесенским и его учениками (Л. И. Басковым, П. Ф. Долгих и А. А. Константиновичем) ещё на комбинате «Маяк» в Озерске в начале 50-х годов. Первые авторские свидетельства, подтверждающие приоритет в области флотационного метода обезвоживания гидроксида железа (коллективный сорбент продуктов деления тяжелых ядер), датированы маем 1960 г. (Ю. В. Егоров, В. Л. Золотавин, В. В. Пушкарев, Е. В. Ткаченко) и августом 1961 г. (В. Ф. Багрецов, Ю. В. Егоров, Н. Н. Калугина, В. М. Николаев, В. Д. Пузако, В. В. Пушкарев, Е. В. Ткаченко). Таким образом, с приходом С. А. Вознесенского на физико-технический факультет открылись смысл и перспектива исследований в мало изученной и совсем «непрестижной» области прикладной радиохимии и радиоэкологии, — в технологии обезвреживания радиоактивных стоков атомной промышленности[8][9].

В 60-х и 70-х годах на кафедре проводились исследования в области синтеза селективных неорганических сорбентов класса гидроксидов, ряда других трудно растворимых соединений и фаз переменного состава, предназначенных для выделения, разделения и концентрирования радиоактивных микрокомпонентов из водных растворов различного происхождения как с технологическими, так и с аналитическими целями.

Проблема обезвреживания жидких радиоактивных отходов, объединившая в своё время кафедральную модель, способствовала развитию и других прикладных направлений со сходной организацией сорбционных систем. Параллельно возник интерес у коллектива кафедры радиохимии к тонкослойным покрытиям, которые проводились по тематике технологии полупроводниковых материалов. Руководитель этого научного направления, заведующий кафедрой физической и коллоидной химии Г. А. Китаев увидел в методе меченых атомов надежное средство изучения механизма образования тонких слоев неорганических материалов. Это обстоятельство привело к многолетнему сотрудничеству радиохимиков с коллективом кафедры Г. А. Китаева (основная доля исследований в этом направлении была выполнена Н. Д. Бетенековым). Таким образом, тонкие слои различных неорганических сорбентов (оксиды, халькогениды, соединения класса солей и т. п.) при тщательном изучении обнаруживали свойства, интересные не только в электрофизическом отношении, но и как селективные сорбенты, применимые в экспрессной аналитике. Методики, первоначально предназначавшиеся для исследования морской воды, при определённой модификации оказались пригодными и для водных растворов другого состава (некоторые технологические растворы, пресные воды открытых водоемов). Эти методики были широко использованы во время ликвидации аварии на ЧАЭС, а также при обследовании зоны Восточно-Уральского радиоактивного следа. Более того, выяснилось, что предварительная обработка поверхностей различных материалов (в первую очередь пластмасс, в частности фторпластов) позволяла склеивать обработанные таким образом конструкции, что оказалось востребованным в космическом машиностроении (В. И. Попов).
Применение тонкослойных сорбентов оказалось оправданным и успешным в ряде аналитических и технологических задач. ТНС были внедрены в Институте химии ДВО РАН, Лаборатории ядерных реакций ОИЯИ (г. Дубна) и Российском филиале ядерного центра (ВНИИТФ, г. Снежинск). На Кадамжайском сурьмяном комбинате (Узбекистан) с помощью ТНС было налажено сорбционное извлечение золота. По всем трем направлениям синтеза и применения тонкослойных композиционных материалов сотрудники кафедры радиохимии в 70-х и 80-х годах получили несколько десятков авторских свидетельств, в результате чего кафедра неоднократно отмечалась как лучший изобретательский коллектив в УПИ[10].

В последующие 30 лет научные интересы кафедры были в основном сосредоточены на проблемах радиоэкологии (радиохимия океана и пресных вод открытых водоемов в различных регионах СССР, России и СНГ, включая зону аварии на ЧАЭС)[11][12]. Однако, новая перспектива применения методов тонкослойной сорбционной технологии открылась недавно в связи с задачами селективного извлечения из растворов гомогенных импульсных ядерных реакторов некоторых радионуклидов, востребованных в практике медицинской радиологии. С 2009 года, учитывая сложившиеся современные тенденции в области радиохимии и радиоэкологии, было принято решение дополнить официальное название кафедры в соответствии с сформировавшейся проблематикой. Таким образом, современное наименование кафедры — кафедра Радиохимии и прикладной экологии.
В настоящее время кафедра радиохимии и прикладной экологии УрФУ, оставаясь единственным вузовским коллективом на Урале, где прививаются навыки работы с радиоактивными веществами в «открытом виде», преподает радиохимию, радиоэкологию и общую экологию на всех специальностях физико-технического факультета и по постановлению Правительства Свердловской области создает межвузовскую учебно-научную лабораторию радиоэкологии. На кафедре продолжаются исследования в области радиохимии сорбционных систем, радиоаналитики и радиоэкологии биогеоценозов, загрязненных природными и искусственными радионуклидами. Недавно кафедра включилась в международную программу, связанную с медико-биологическими задачами производства и использования радионуклидов. За годы своего существования на кафедре обучалось около 3 тысяч химиков-технологов, около 5 тысяч инженеров физических и других специальностей, также кафедра обеспечивает экологическое образование студентов всех специальностей физико-технологического и радиотехнического институтов.

Программы подготовки бакалавров и магистров, реализуемые кафедрой, построены с учетом потребностей конкретных предприятий и организаций на основе глубоких фундаментальных знаний, обеспечивающих адаптацию выпускников к различным сферам деятельности.

• Синтез и исследование свойств селективных сорбентов

Разработаны физико-химические основы синтеза тонкослойных и поверхностно-модифицированных сорбентов на основе плоских и пористых носителей (сополимера стирола с дивинилбензолом, полипропилена, полиэтилентерефталата, природной и технической целлюлозы, гидратированных оксидов, алюмосиликатов). Способы синтеза сорбентов защищены авторскими свидетельствами СССР, прошли лабоpаторные и полупромышленные испытания, внедрены на предприятиях и в научно-исследовательских институтах. Разработана технология гранулирования природных алюмосиликатов, получен патент РФ. Области применения сорбентов: переработка жидких отходов предприятий, очистка загрязнённых поллютантами природных вод, в том числе и питьевой воды, анализ природных вод и технологических растворов, реабилитации загрязнённых почв и введение их в сельскохозяйственное использование.

• Разработка сорбционных методов обезвреживания природных вод и технологических растворов, содержащих загрязнители различного происхождения

Изготовлены и испытаны опытные образцы фильтров индивидуального пользования для очистки питьевой воды, проведена их санитарно-гигиеническая аттестация. Разработанные кафедрой сорбенты и фильтры, позволяют решать проблемы организации радиационного мониторинга окружающей среды и ликвидации последствий непредвиденных аварийных ситуаций на предприятиях химической и радиохимической промышленности, атомных станциях. Фильтры могут быть использованы на станциях водоочистки и водоподготовки, а также любыми организациями, заинтересованными в локальных средствах очистки и дезактивации питьевой воды, населением радоноопасных территорий и зон, подвергшихся аварийному радиационному заражению.

• Разработка методик контроля, анализа и мониторинга объектов окружающей среды

Знание физико-химических и сорбционных свойств неорганических сорбентов позволило pазработать методы концентpирования и pазделения pедких, pассеянных и радиоактивных элементов из пpиродных и производственных pастворов, а также pяд новых способов экспрессного pадиохимического анализа природных и технологических объектов. Способы экспрессного pадиохимического анализа на отдельные pадионуклиды защищены авторскими свидетельствами, использованы научно-исследовательскими организациями и pекомендованы к использованию в химических службах Военно-морского флота.

• Моделирование физико-химического поведения микрокомпонентов в техногенных системах и объектах окружающей среды

Эти задачи в настоящее время интересует не только технологов и аналитиков, но и специалистов в области прикладной экологии, токсикологии и др. Приемы концентрирования и разделения веществ, находящихся в разбавленных и сложных по составу растворах, являются основными операциями современных технологий, так как именно эти процессы определяют успешность переработки многокомпонентного (полиметаллического) сырья, технологии особо чистых веществ и материалов с точно дозированными примесями, обезвреживания отходов. Учеными кафедры проведено теоретическое и экспериментальное моделирование межфазного распределения микрокомпонентов с учётом влияния форм состояния. Методы выделения и концентрирования микрокомпонентов применены при решении ряда аналитических и технологических задач.

• Разработка технологий получения радионуклидов для научных и медицинских целей

В последние десятилетия спрос на молибден-99 (99Mo) на мировом рынке изотопной продукции постоянно возрастает, так как его дочерний нуклид 99mTc за последние 30 лет остается наиболее широко используемым в ядерной медицине радионуклидом. Кафедра радиохимии разработала технологию селективного выделения 99Mo из облученных сернокислых растворов с применением неорганических сорбентов. Разработанные технические решения обеспечивают высокую степень извлечения 99Mo (не менее 90 %), минимальные потери делящихся материалов (0.01 %), радионуклидную чистоту 99Mo, соответствующую международным стандартам. На технологию получен патент США. Совместно с ФГУП "ПО «Маяк» разработана технология выделения 99Мо из азотнокислых растворов, образующихся после растворения облучённой нейтронами в канале ядерного реактора урановой мишени, получен патент РФ.

Студенты и аспиранты кафедры радиохимии и прикладной экологии принимают активное участие в научно-исследовательской деятельности кафедры[25][26]. По результатам научных работ в соавторстве со студентами опубликовано более 200 статей и тезисов докладов. Научные доклады студентов представлены на Российских и международных конференциях.

Проведение международных научных конференций и учебно-методических семинаров позволяет обмениваться результатами фундаментальных и прикладных исследований, содействует профессиональному росту и развитию творческой активности сотрудников, студентов и аспирантов, способствует повышению роли научной работы в образовательном процессе и подготовке конкурентноспособных не только в России, но и за рубежом выпускников[27].

• История кафедры
• Неофициальная страничка кафедры
• О кафедре: научные направления (недоступная ссылка)
• Подготовка кадров в сфере экологической безопасности
• 60-летнему юбилею кафедры радиохимии и прикладной экологии посвящается (недоступная ссылка)