Sondering af neptuniums atomstruktur med laserspektroskopi

En ny teknik udviklet af forskere i Tyskland kan måle ioniseringstilstande af dette grundstof mere præcist end før, med implikationer for dets påvisning og rensning i radioaktivt affald.

Det radioaktive grundstof neptunium er en af ​​hovedkomponenterne i nukleart affald. Massespektrometri kan bruges til at undersøge dens komplekse atomstruktur, som er af værdi både for dens iboende interesse og til at bestemme isotopsammensætningen af ​​neptunium-affald.

Magdalena Kaja ved Johannes Gutenberg Universitetet, Mainz, Tyskland, og hendes medarbejdere har nu demonstreret en ny metode til laserspektroskopi, der kan analysere ioniseringspotentialet af neptunium mere præcist end tidligere metoder. Dette arbejde er nu offentliggjort i The European Physical Journal D .

Neptunium, et aktinidmetal, sidder ved siden af ​​uran i det periodiske system med et atomnummer på 93; næsten indlysende, dets navn stammer fra planeten hinsides Uranus i solsystemet, Neptun. Den har ikke færre end 25 kendte isotoper. De fleste af disse er meget kortlivede, men den mest stabile, neptunium-237 ( ²³⁷ Np) har en halveringstid på mere end 2 millioner år. Det er i høj grad denne isotop, der gør den så farlig som en nuklear forurening.

Prøverne af neptunium-isotoper, der er tilgængelige til denne type analyse, er små:de omfatter generelt kun nogle få atomer af en isotop. "Flertrinsresonansionisering ved hjælp af en laserkilde har vist sig at være den mest nyttige teknik til dette, hvilket giver høj følsomhed, specificitet og præcision," forklarer Kaja.

Det avancerede apparat, som hun og hendes kolleger brugte, inkorporerer et solid-state titanium:safirlasersystem, en raffineret laserionkilde og en højtransmissionsmasseseparator.

Forskerne brugte denne teknik til at måle den første ioniseringsenergi af neptunium:det vil sige den energi, der er nødvendig for at fjerne en første elektron fra dens yderste elektronskal og danne en positiv ion. Den værdi, de bestemte, 6.265608(19) eV, stemmer godt overens med værdierne rapporteret i litteraturen, men er mere end 10 gange så præcis som nogen af ​​dem.

"Vi sigter nu mod at udvide vores undersøgelser til sjældne neptunium-isotoper," tilføjer Kaja. Teknikkerne kan også bruges til at detektere og analysere spor af neptunium i radioaktive forurenende stoffer.

Flere oplysninger: Magdalena Kaja et al., Resonant laserionisering af neptunium:undersøgelse af excitationsskemaer og det første ioniseringspotentiale, The European Physical Journal D (2024). DOI:10.1140/epjd/s10053-024-00833-7

Journaloplysninger: European Physical Journal D

Leveret af SciencePOD