Nový objev zářícího plutonia otevírá cestu k likvidaci jaderného odpadu

Plutonium je již mnoho let součástí jaderně-energetických strategií v mnoha zemích, ale vědci neustále odkrývají nová tajemství na pozadí tohoto složitého prvku a nacházejí nové možnosti jak pomocí těžších prvků „vyčistit“ jaderných odpad.

Nový výzkum profesora Thomase Albrecht-Schmitta z Floridské státní univerzity ukazuje, že se plutonium nechová přesně tak, jak se vědci dosud domnívali. Nálezy pomohou v úsilí celého jeho týmu, vyvinout technologií na likvidaci jaderného odpadu.

Albrecht-Schmitt a jeho tým výzkumníků studovali plutonium – prvek označován v periodické tabulce prvků „Pu“ – již více než dvacet let, aby pochopili, jak se chemicky chová a jak se liší od lehčích prvků jako železo, či nikl. K jejich překvapení se plutoniová organická sloučenina, kterou jeho tým syntetizoval v laboratoři, chovala stejně jako sloučeniny vytvořené s lehčími prvky.

„Co činí objev tak zajímavým je materiál – spíše než, že by byl velice složitý nebo exotický – je jeho struktura opravdu velmi jednoduchá,“ říká Albrecht-Schmitt. „Vaše představivost šílí a vy si říkáte Wow!, mohu udělat takovou sloučeninu s mnoha odlišnými typy těžkých prvků. Využít například ostatní těžké prvky jako je uran nebo třeba berkelium.“

Tým pozoroval, že elektrony neustále cestují dozadu a dopředu mezi dvěma odlišnými plutoniovými ionty. Pohyb elektronů mezi dvěma pozitivními ionty je činnost, která se obvykle děje mezi ionty lehkých prvků jako železo, což je důvod, proč jsou lehčí prvky častěji využívány v biologii pro dosažení chemických reakcí.

Tým Albrecht-Schmitta si okamžitě uvědomil, že se s těmito sloučeninami, které vyrobili v laboratoři, děje něco unikátního, jednoduše kvůli jejich barvě.

Barevně zářící plutonium

„Plutonium vytváří divoce pulzující barvy. Dokáže být fialové, zářit krásnými odstíny růžové, nebo nabývat velmi temné černomodré. Tato sloučenina je hnědá, jako nádherná tabulka tmavé čokolády. Když jsme uviděli tuto barvu, věděli jsme, že se tu děje něco elektronicky neobvyklého,“ tvrdí Albrecht-Schmitt.

Práce Albrecht-Schmitta je součástí jeho celkové laboratorní „mise“ pro lepší pochopení těžkých prvků na okraji periodické tabulky. Minulý rok obdržel od Amerického ministerstva energetiky, 10 miliónů dolarů pro vytvoření nového výzkumného centra Energy Frontier, které se zaměří na urychlení vědeckého úsilí pro likvidaci jaderného odpadu.

Aby bylo možné vyvinout materiály, které dokáží zachytit (a uvěznit) plutonium, musíte nejdříve pochopit elektronické vlastnosti plutonia na té nejzákladnější úrovni,“ uvádí Albrecht-Schmitt. „Takže to znamená vytvářet velmi jednoduché sloučeniny, jejichž vlastnosti jsou detailně charakterizovány a pochopit experimentálně i teoreticky všechny jevy, které pozorujete.“

Albrecht-Schmitt a jeho výzkumný tým provádí podobnou práci i na sloučeninách prvků Kalifornia a Berkelia, které patří mezi nejtěžší prvky, se kterými lze pracovat v radiologické laboratoři.

Zdroj úvodní fotografie: Florida State University