Việc tổng hợp và nghiên cứu các hợp chất phóng xạ vẫn luôn là lĩnh vực có nhiều khó khăn do độc tính cao của các vật liệu, chi phí và sự khan hiếm của các đồng vị nghiên cứu. Mới đây, các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Livermore (LLNL) và các cộng tác viên tại Đại học Bang Oregon (OSU) đã phát triển một phương pháp mới để phân lập và nghiên cứu chi tiết một số nguyên tố hiếm và độc hại nhất trên Trái đất.
Các phương pháp tổng hợp truyền thống và nghiên cứu hóa học tập trung vào các phức hợp vô cơ hoặc hữu cơ nhỏ của đồng vị thường yêu cầu đến vài miligam mẫu cho mỗi lần thử. Số lượng miligam có vẻ không nhiều, nhưng đối với một số đồng vị, lượng này tương đương với nguồn cung hàng năm của thế giới. Một số đồng vị phóng xạ đặt, thời gian tồn tại quá ngắn hoặc quá độc để có thể nghiên cứu bằng các phương pháp truyền thống, khiến chúng nằm ngoài tầm với của các nhà nghiên cứu hóa học. Trong nghiên cứu mới, nhóm đã chứng minh rằng bằng cách tận dụng các tính chất hóa học cơ bản, chẳng hạn như trọng lượng phân tử và độ hòa tan, có thể tổng hợp các hợp chất của các nguyên tố hiếm/độc hại/phóng xạ/quý và mô tả chúng một cách chi tiết, trong khi chỉ cần sử dụng một lượng rất nhỏ cơ microgam. Phương pháp mới đòi hỏi vật liệu ít hơn 1.000 lần so với các phương pháp hiện đại trước đây, đại diện cho một công cụ đột phá để nâng cao kiến thức về các nguyên tố khó nghiên cứu nhất trên Trái đất.
Phương pháp mới được đề xuất có thể được sử dụng để khám phá và nghiên cứu nhiều hợp chất mới chứa các đồng vị hiếm, chẳng hạn như actinide và radiolanthanide – cho phép các nhà khoa học làm sáng tỏ xu hướng liên kết và có thể là xu hướng đồng vị trong bảng tuần hoàn. Nó cũng mang tới phương pháp khả thi để cô lập các hợp chất và nghiên cứu tính chất hóa học của các nguyên tố mà các phương pháp trước đây vẫn không thể tiếp cận được, chẳng hạn như actini, các nguyên tố transcaliforni,… Gauthier Deblonde, nhà khoa học và trưởng dự án của LLNL cho biết: “Tính đơn giản, hiệu quả và tính mô đun của phương pháp mới được đề xuất thật đáng kinh ngạc, nó làm giảm đáng kể mức độ phơi nhiễm bức xạ đối với con người, bảo tồn tài nguyên đồng vị của quốc gia và cắt giảm đáng kể chi phí”.
Hợp chất mới của curium (nguyên tố phóng xạ, quý hiếm và đắt) được chụp tại LLNL trong các thí nghiệm tinh thể học. Nhóm từ LLNL và OSU đã sử dụng cái gọi là “phối tử polyoxometalate” (POM) để thu giữ các đồng vị hiếm và tạo thành các tinh thể đủ lớn, ngay cả khi chỉ có 1-10 microgam đồng vị hiếm. Các tinh thể của hợp chất curium này không bị đổi màu dưới ánh sáng nhưng phát sáng đỏ hồng mạnh khi tiếp xúc với tia cực tím. (Nguồn: Gauthier Deblonde/LLNL).
Phương pháp này bao gồm các phối tử polyoxometalate nặng (POM) và cho phép hình thành, kết tinh, xử lý đơn giản và mô tả đặc tính cấu trúc và quang phổ chi tiết của các phức chất chứa các đồng vị hiếm bắt đầu chỉ từ 1–10 microgam. Một số cấu trúc nhiễu xạ tia X đơn tinh thể mới được tìm thấy, bao gồm ba hợp chất mới của curium. Đối với bối cảnh, các đồng vị curium không chỉ là chất độc phóng xạ mà còn hiếm và cực kỳ đắt tiền, đến mức chỉ có 10 phức hợp curium được phân lập và đặc trưng bởi nhiễu xạ tia X đơn tinh thể kể từ khi phát hiện ra nguyên tố này vào năm 1944. Cái mới phương pháp này cũng mang lại phép đo thực nghiệm đầu tiên về bán kính ion có tọa độ. Bản chất của các vật liệu tham gia vào nghiên cứu này có nhiều hạn chế, nhưng phương pháp mới đã khắc phục được chúng. Đủ để chúng ta có thể bắt đầu hiểu được tính chất hóa học của chúng và đánh giá cao chúng.
Nghiên cứu cũng tiết lộ rằng POM có những đặc tính rất thú vị so với các phân tử cổ điển. Ví dụ, nhóm nghiên cứu nhận ra rằng hầu hết các POM tạo ra các ion curium (tức là Cm3+) phát quang mạnh, phương pháp tiềm năng để phát hiện chúng ngay cả ở nồng độ rất thấp. Các phức hợp curium-POM khác nhau được thử nghiệm cho thấy sự phát xạ huỳnh quang mạnh, ở cả trạng thái rắn và trạng thái dung dịch. Các POM cũng tạo thành các phức hợp phát quang cao với nhiều nguyên tố khác như europium, terbi, dysprosi và samarium, mang lại một cách thuận tiện để nghiên cứu tính chất hóa học của chúng. Deblonde cho biết: “Nhóm nghiên cứu tiếp tục áp dụng phương pháp tiếp cận dựa trên POM mới của chúng tôi để mở khóa nghiên cứu về nhiều hợp chất actinide mới và vật liệu đồng vị hiếm”.
Từ khóa: Phóng xạ hiếm; curium; kỹ thuật đồng vị; hạt nhân;
– CMD&DND –
