Ny stabil form for plutonium opdaget

Et internationalt team af forskere, ledet af Helmholtz Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), har fundet en ny forbindelse af plutonium med en uventet, pentavalent oxidationstilstand, ved hjælp af ESRF, den europæiske synkrotron, Grenoble, Frankrig. Denne nye fase af plutonium er solid og stabil, og kan være en forbigående fase i depoter for radioaktivt affald. Resultaterne offentliggøres i denne uge i Angewandte Chemie som et meget vigtigt papir (VIP).

Lande over hele kloden gør en indsats for at forbedre sikkerheden ved opbevaring af nukleart affald for at forhindre udslip af radioaktive nuklider til miljøet. Plutonium, har vist sig at blive transporteret af grundvand fra forurenede steder i kilometer i form af kolloider, som er dannet ved interaktion med ler, jernoxider eller naturligt organisk stof. Et team af videnskabsmænd ledet af HZDR studerer kemien af ​​aktinider under miljømæssigt relevante forhold, ved at syntetisere sådanne forbindelser, og derefter studere deres elektroniske og strukturelle adfærd både med avancerede synkrotron røntgenmetoder eksperimentelt såvel som teoretisk.

Det seneste papir fra det internationale hold viser, hvordan et eksperiment, der tilsyneladende er gået galt, fører til et gennembrud:opdagelsen af ​​en ny stabil form for plutonium.

Det hele startede, da Kristina Kvashnina, fysiker fra HZDR og baseret på ROBL beamline ved European Synchrotron-ESRF (en beamline ejet og drevet af HZDR), og hendes team forsøgte at skabe plutoniumdioxid-nanopartikler ved hjælp af forskellige forstadier, der skulle studeres på ROBL. Da de brugte Pu (VI)-forløberen, de indså, at der fandt en mærkelig reaktion sted under dannelsen af ​​plutoniumdioxid-nanopartiklerne. "Hver gang vi skaber nanopartikler fra de andre forstadier Pu(III), (IV) eller (V) reaktionen er meget hurtig, men her observerede vi et underligt fænomen halvvejs, " forklarer Kvashnina. Hun regnede med, at det måtte være Pu (V), pentavalent plutonium, en aldrig-observeret-før-form af elementet, efter at have udført et højenergiopløsningsfluorescensdetektion (HERFD) eksperiment ved Pu L3-kanten ved ROBL.

"En stabil fase af Pu(V)! - nej, det er umuligt, det eksisterer ikke, syntesen må være gået galt, " sagde teamet af kemikere, fra Moscow State University, da de så på dataene. "Kemister var i fuldstændig vantro, men resultaterne var ret klare, " tilføjer Kvashnina.

Den eneste måde at være sikker på eksistensen af ​​denne pentavalente forbindelse ville være at bekræfte den ved hjælp af HERFD ved Pu M4-kanten. Kvashnina forklarer:"Vores valg af beamline var ligetil:ESRF-ID26 beamline, da det er det bedste sted, vedrørende intensitet og energiopløsning, hvor sådanne højenergiopløsnings røntgenabsorptionsspektroskopiundersøgelser ved lave energier kan udføres. Faktisk blev Pu M4 edge HERFD-eksperimentet udført ved ID26 for første gang. Så vidt vi ved, HERFD-data ved Pu M4-kanten er aldrig blevet rapporteret i litteraturen og aldrig blevet udnyttet."

Eksperimenterne bekræftede den oprindelige antagelse, og en gentagelse tre måneder senere viste endda fasens langsigtede stabilitet. På samme tid, teoretikere i Sverige havde travlt med at komme med forudsigelser om Pu M4-kantspektrale træk, og teoretikere fra ROBL identificerede arten af ​​den nye fase. Til sidst kom det hele sammen, og den nye Pu (V) fase blev bekræftet.

Mange forskere arbejder på at forudsige, hvad der sker med atomaffald om millioner år. "Det er en vanskelig opgave, og kun teoretiske forudsigelser er mulige, men eksistensen af ​​denne nye Pu(V) faste fase, som er stabil, skal tages i betragtning fra nu af. Det vil ændre sig, helt sikkert, de teoretiske forudsigelser af plutoniums adfærd i miljøet over en periode på millioner af år, " slutter Kvashnina.