Separationsangst ikke mere:En hurtigere teknik til at rense elementer

Aktiniderne - de kemiske grundstoffer på den nederste række af det periodiske system - bruges i applikationer lige fra medicinske behandlinger til rumudforskning til atomenergiproduktion. Men at rense målelementet, så det kan bruges, ved at adskille forurenende stoffer og andre elementer, kan være svært og tidskrævende.

Nu har forskere ved Department of Energy's Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) udviklet en ny separationsmetode, der er langt mere effektiv end konventionelle processer, åbner døren til hurtigere opdagelse af nye elementer, lettere oparbejdning af nukleart brændsel, og, mest fristende, en bedre måde at opnå actinium-225, en lovende terapeutisk isotop til kræftbehandling.

Forskningen, "Ultra-selektiv ligand-drevet adskillelse af strategiske aktinider, " er blevet offentliggjort i tidsskriftet Naturkommunikation . Forfatterne er Gauthier Deblonde, Abel Ricano, og Rebecca Abergel fra Berkeley Labs Chemical Sciences Division. "Den foreslåede tilgang tilbyder en paradigmeændring for produktionen af ​​strategiske elementer, " skrev forfatterne.

"Vores foreslåede proces ser ud til at være meget mere effektiv end eksisterende processer, involverer færre trin, og kan udføres i vandige miljøer, og kræver derfor ikke skrappe kemikalier, sagde Abergel, leder af Berkeley Labs Heavy Element Chemistry-gruppe. "Jeg tror, ​​det er virkelig vigtigt og vil være nyttigt til mange applikationer."

Berkeley Lab er en af ​​en håndfuld institutioner rundt om i verden, der studerer de tungeste grundstoffers nukleare og kemiske egenskaber. De fleste af dem var, faktisk, opdaget på Berkeley Lab i det sidste århundrede. Abergels gruppe har tidligere offentliggjort opdagelser om berkelium og plutonium og behandlinger for radioaktiv forurening.

Abergel bemærkede, at den nye separationsmetode opnår separationsfaktorer, der er mange størrelsesordener højere end de nuværende avancerede metoder. Separationsfaktoren er et mål for, hvor godt et grundstof kan adskilles fra en blanding. "Jo højere separationsfaktoren er, jo færre forurenende stoffer er der, " sagde hun. "Normalt når du renser et element, vil du gå gennem cyklussen mange gange for at reducere forurenende stoffer."

Med en højere separationsfaktor, færre trin og færre opløsningsmidler er nødvendige, gør processen hurtigere og mere omkostningseffektiv. For eksempel, forskerne demonstrerede for et af de tre systemer, de rensede, at de kunne reducere processen fra 25 trin til kun to trin.

Berkeley Lab-forskerne demonstrerede deres metode først på actinium-225, en isotop af actinium, der har vist meget lovende radioterapeutiske anvendelser. Det virker ved at dræbe kræftceller, men ikke raske celler, gennem målrettet levering.

DOE's isotopprogram arbejder aktivt på at øge produktionen af ​​actinium-225 i hele komplekset af nationale laboratoriebaserede acceleratorer. Denne nye separationsmetode kunne være et alternativ til kemiske processer, der i øjeblikket er under udvikling. "Med enhver produktionsproces, du skal rense den endelige isotop, " sagde Abergel. "Vores metode kunne bruges lige efter produktionen, før distribution."

De to andre aktinider renset i denne undersøgelse var plutonium og berkelium. En isotop af plutonium, plutonium-238, bruges til strømproduktion i robotter, der sendes for at udforske Mars. Plutoniumisotoper er også til stede i affald, der genereres på atomkraftværker, hvor de skal adskilles fra uranet for at genanvende uranen.

Til sidst, berkelium er vigtigt for grundvidenskabelig forskning. En af dens anvendelser er som et mål for opdagelse af nye elementer.

Processen er afhængig af syntetiske liganders hidtil usete evne - små molekyler, der binder metalatomer - til at være meget selektive i binding til metalliske kationer (positive ioner) baseret på metallets størrelse og ladning.

Det næste skridt, sagde Abergel, er at udforske at bruge processen på andre medicinske isotoper. "Baseret på hvad vi har set, denne nye metode kan virkelig generaliseres, så længe vi har forskellige ladninger på de metaller, vi vil adskille, " sagde hun. "At have en god oprensningsproces tilgængelig kunne gøre alt lettere med hensyn til efterproduktion og tilgængelighed."