De actiniden - die chemische elementen op de onderste rij van het periodiek systeem - worden gebruikt in toepassingen variërend van medische behandelingen tot ruimteverkenning tot kernenergieproductie. Maar het doelelement zuiveren zodat het kan worden gebruikt, door verontreinigingen en andere elementen te scheiden, kan moeilijk en tijdrovend zijn.

Nu hebben onderzoekers van het Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) van het Department of Energy een nieuwe scheidingsmethode ontwikkeld die veel efficiënter is dan conventionele processen, de deur openen naar snellere ontdekking van nieuwe elementen, gemakkelijker opwerking van nucleaire brandstof, en, meest verleidelijke, een betere manier om actinium-225 te verkrijgen, een veelbelovende therapeutische isotoop voor de behandeling van kanker.

Het onderzoek, "Ultra-selectieve ligand-gedreven scheiding van strategische actiniden, " is gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie . De auteurs zijn Gauthier Deblonde, Abel Ricano, en Rebecca Abergel van de Chemical Sciences Division van Berkeley Lab. "De voorgestelde aanpak biedt een paradigmaverandering voor de productie van strategische elementen, ’ schreven de auteurs.

"Ons voorgestelde proces lijkt veel efficiënter dan bestaande processen, omvat minder stappen, en kan worden gedaan in waterige omgevingen, en vereist daarom geen agressieve chemicaliën, " zei Abergel, leider van de Heavy Element Chemistry-groep van Berkeley Lab. "Ik denk dat dit heel belangrijk is en voor veel toepassingen nuttig zal zijn."

Berkeley Lab is een van de weinige instellingen over de hele wereld die de nucleaire en chemische eigenschappen van de zwaarste elementen bestuderen. De meesten van hen waren, in feite, ontdekt in Berkeley Lab in de vorige eeuw. De groep van Abergel heeft eerder ontdekkingen gepubliceerd over berkelium en plutonium en behandelingen voor radioactieve besmetting.

Abergel merkte op dat de nieuwe scheidingsmethode scheidingsfactoren bereikt die vele orden van grootte hoger zijn dan de huidige state-of-the-art methoden. De scheidingsfactor is een maat voor hoe goed een element kan worden gescheiden van een mengsel. "Hoe hoger de scheidingsfactor, hoe minder verontreinigingen er zijn, "zei ze. "Als je een element zuivert, ga je vaak door de cyclus om verontreinigingen te verminderen."

Met een hogere scheidingsfactor, minder stappen en minder oplosmiddelen nodig, waardoor het proces sneller en kosteneffectiever wordt. Bijvoorbeeld, de wetenschappers toonden voor een van de drie systemen die ze zuiverden aan dat ze het proces konden terugbrengen van 25 stappen naar slechts twee stappen.

De onderzoekers van Berkeley Lab demonstreerden hun methode eerst op actinium-225, een isotoop van actinium die veelbelovende radiotherapeutische toepassingen heeft laten zien. Het werkt door kankercellen te doden, maar niet door gezonde cellen. door gerichte bezorging.

Het isotopenprogramma van DOE werkt actief aan het opvoeren van de productie van actinium-225 in het hele complex van op nationale laboratoria gebaseerde versnellers. Deze nieuwe scheidingsmethode zou een alternatief kunnen zijn voor de chemische processen die momenteel in ontwikkeling zijn. "Bij elk productieproces je moet de laatste isotoop zuiveren, "Abergel zei. "Onze methode kan direct na productie worden gebruikt, vóór distributie."

De twee andere actiniden die in dit onderzoek werden gezuiverd, waren plutonium en berkelium. Een isotoop van plutonium, plutonium-238, wordt gebruikt voor energieopwekking in robots die worden gestuurd om Mars te verkennen. Plutoniumisotopen zijn ook aanwezig in afval van kerncentrales, waar ze moeten worden gescheiden van het uranium om het uranium te recyclen.

als laatste, berkelium is belangrijk voor fundamenteel wetenschappelijk onderzoek. Een van de toepassingen ervan is als doelwit voor het ontdekken van nieuwe elementen.

Het proces is gebaseerd op het ongekende vermogen van synthetische liganden - kleine moleculen die metaalatomen binden - om zeer selectief te zijn bij het binden aan metaalkationen (positieve ionen) op basis van de grootte en lading van het metaal.

De volgende stap, zei Abergel, is om het gebruik van het proces op andere medische isotopen te onderzoeken. "Op basis van wat we hebben gezien, deze nieuwe methode kan echt worden gegeneraliseerd, zolang we verschillende ladingen hebben op de metalen die we willen scheiden, "Zei ze. "Het hebben van een goed zuiveringsproces zou alles gemakkelijker kunnen maken op het gebied van verwerking en beschikbaarheid na de productie."