Учные из Национальной лаборатории имени Лоуренса Ливермора (LLNL), Национальных лабораторий Сандиа и Университета штата Орегон впервые успешно удержали атом плутония внутри молекулы, называемой ионом Кеггина. Результаты опубликованы в журнале Inorganic Chemistry.
«Это важное достижение позволяет нам наблюдать и анализировать атомную структуру плутония в условиях, которые раньше были недоступны», — заявляют исследователи.
Плутоний — серебристо-серый радиоактивный металл, открытый чуть меньше века назад. Он обладает почти 20 изотопами, которые отличаются скоростью распада и периодом полураспада. Из-за своих уникальных свойств плутоний используется в ядерной энергетике, военных технологиях и исследованиях дальнего космоса. Чтобы создавать новые материалы и безопасно работать с этим элементом, учёным важно знать, как атом плутония взаимодействует с другими веществами на микроскопическом уровне.
Ученые приготовили раствор с чрезвычайно малым количеством плутония — всего шесть микрограммов (шесть миллионных долей грамма). Несмотря на такую крошечную дозу, атом надежно закрепили внутри «ячейки» Кеггина, словно зафиксировали редкий драгоценный камень в оправе.
Чтобы убедиться в стабильности и понять точное расположение атомов, применили несколько методов одновременно: рентгеновскую кристаллографию, которая показывает трехмерное расположение атомов; ядерный магнитный резонанс, позволяющий изучать взаимодействие атомных ядер с магнитными полями; оптическую спектроскопию и рентгеновское рассеяние. Все эти методы вместе позволили получить детальный «портрет» молекулы.
Необычная структура и ее значение
Сравнение с другими металлами, закрепленными в ионах Кеггина, показало необычный эффект. У ионов церия, гафния и тория металлы располагались параллельно, как ряды вагонов на путях. Плутоний же встал перпендикулярно, словно вагоны сошли с колеи. Это объясняет, почему его сложно предсказывать и моделировать, а также подчеркивает уникальные химические свойства элемента.
«Это открытие важно не только для плутония. Оно демонстрирует метод, который можно применять к другим сложным элементам периодической таблицы, чтобы изучать их свойства и создавать новые соединения», — говорят авторы исследования
Теперь исследователи могут безопаснее изучать реакционную способность плутония, проектировать новые материалы и получать данные, недоступные ранее. Такие исследования помогут в энергетике, медицине и материаловедении, ведь понимание поведения редких и сложных элементов на атомном уровне открывает новые горизонты для науки и технологий.
Физики проследили, как рентген разбивает атомы
Химики смогли аккуратно вытащить один атом из молекулы
Подписывайтесь и читайте «Науку» в Telegram