Wetenschap
Het onderzoeken van de atomaire structuur van neptunium met laserspectroscopie
Een nieuwe techniek ontwikkeld door onderzoekers in Duitsland kan de ionisatietoestanden van dit element nauwkeuriger meten dan voorheen, met gevolgen voor de detectie en sanering ervan in radioactief afval.
Het radioactieve element neptunium is een van de belangrijkste componenten van kernafval. Massaspectrometrie kan worden gebruikt om de complexe atomaire structuur ervan te onderzoeken, wat zowel waardevol is vanwege het intrinsieke belang ervan als voor het bepalen van de isotopensamenstelling van neptuniumafval.
Magdalena Kaja van de Johannes Gutenberg Universiteit, Mainz, Duitsland, en haar collega's hebben nu een nieuwe methode van laserspectroscopie gedemonstreerd die het ionisatiepotentieel van neptunium nauwkeuriger kan analyseren dan eerdere methoden. Dit werk is nu gepubliceerd in The European Physical Journal D .
Neptunium, een actinidemetaal, staat naast uranium in het periodiek systeem met een atoomnummer van 93; bijna vanzelfsprekend is de naam afgeleid van de planeet voorbij Uranus in het zonnestelsel, Neptunus. Er zijn maar liefst 25 isotopen bekend. De meeste hiervan hebben een zeer korte levensduur, maar de meest stabiele, neptunium-237 ( 237 Np) heeft een halfwaardetijd van meer dan 2 miljoen jaar. Het is grotendeels deze isotoop die hem zo gevaarlijk maakt als nucleaire verontreiniging.
De monsters van neptuniumisotopen die beschikbaar zijn voor dit soort analyses zijn klein:ze bevatten doorgaans slechts enkele atomen van een isotoop. "Het is bewezen dat meerstapsresonantie-ionisatie met behulp van een laserbron hiervoor de meest bruikbare techniek is, die een hoge gevoeligheid, specificiteit en precisie oplevert", legt Kaja uit.
Het ultramoderne apparaat dat zij en haar collega's gebruikten, omvat een solid-state titanium:saffierlasersysteem, een verfijnde laserionenbron en een massascheider met hoge transmissie.
De onderzoekers gebruikten deze techniek om de eerste ionisatie-energie van neptunium te meten:dat wil zeggen de energie die nodig is om een eerste elektron uit de buitenste elektronenschil te verwijderen en zo een positief ion te vormen. De waarde die ze hebben bepaald, 6,265608(19) eV, komt goed overeen met de waarden die in de literatuur worden vermeld, maar is meer dan tien keer zo nauwkeurig als elk van deze waarden.
"We willen ons onderzoek nu uitbreiden naar zeldzame neptuniumisotopen", voegt Kaja toe. De technieken kunnen ook worden gebruikt om sporen van neptunium in radioactieve contaminanten op te sporen en te analyseren.