Тайните на радиоактивния „прометий“: Рядък земен елемент с мистериозни приложения

З а първи път учените разкриха важни свойства на мистериозното радиоактивно вещество прометий - почти осем десетилетия след откриването на неуловимия редкоземен елемент.

(Във видеото може да научите повече за: Свободен достъп до уранова мина с радиация)

Прометият е един от 15-те лантанидни елемента в дъното на периодичната таблица. Известни още като редкоземни метали, тези метали притежават редица полезни свойства, включително силен магнетизъм и необичайни оптични характеристики, което ги прави особено важни в съвременните електронни устройства. 

„Те се използват в лазерите; те са част от екраните на вашия смартфон. Използват се и в много силни магнити във вятърните турбини и електрическите превозни средства", казва пред Live Science Иля Поповс, служител в отдел „Изследвания и разработки“ в Националната лаборатория Оук Ридж (ORNL) и съавтор на новото изследване, публикувано в списание Nature. 

Оскъдни и трудни за изучаване

Самият прометий, който е открит от учени от ORNL през 1945 г., има няколко незначителни приложения в атомните батерии и диагностиката на рака. Но учените имат много ограничени познания за химическия състав на елемента, което не позволява по-широкото му използване. 

Secrets of radioactive 'promethium' — a rare earth element with mysterious applications — uncovered after 80-year search https://t.co/I6rsuwPL0a

— Live Science (@LiveScience) May 29, 2024

Изследването на радиоактивния елемент представлява предизвикателство от десетилетия, отчасти поради трудността да се осигури подходяща проба, казва пред Live Science членът на екипа Александър Иванов, също учен в ORNL.

„Прометият няма стабилен изотоп - всички те са радиоактивни, което означава, че с времето се разпадат в други елементи. Получавате този елемент чрез процес на делене, така че той е рядък и труден за изучаване“, каза Иванов.

ORNL е единственият производител в САЩ на прометий-147, изотоп на елемента с период на полуразпад от 2,6 години. Използвайки метод, разработен през миналата година, изследователите отделят този изотоп от отпадъчните потоци от ядрени реактори, създавайки възможно най-чистата проба за изследване.

След това екипът комбинира тази проба с лиганд - молекула, специално създадена да улавя метални атоми - за да образува стабилен комплекс във вода. Координиращата молекула, известна като PyDGA, образува девет прометиево-кислородни връзки, което дава на изследователите първата в историята възможност да анализират свойствата на връзките на прометиевия комплекс.

Самият анализ обаче не беше тривиален.

„Тъй като прометият е радиоактивен, след като се разпадне, той се трансмутира в съседния елемент, който е самарий. Така че ще имате малко количество замърсяване под формата на самарий“, каза Иванов. 

Затова екипът използва изключително специализирана техника, специфична за отделните елементи, наречена рентгенова абсорбционна спектроскопия на базата на синхротрон. Високоенергийни фотони, генерирани от ускорител на частици, бомбардираха прометиевия комплекс, за да се създаде картина на позициите на атомите и дължините на връзките. Фините разлики в дължините на метално-кислородните връзки позволиха на екипа да се съсредоточи върху ключовата прометиево-кислородна връзка, изключвайки замърсяването със самарий.

Тази информация позволи за първи път да се сравнят свойствата на прометия с други редкоземни комплекси. 

„Прометият беше последното парче от пъзела сред тези елементи“, каза Поповс.

"Лигандът предостави начин да се получи стабилен комплекс за всички лантаниди - същите съотношения на елементите и същия вид геометрия. Това позволи на екипа да „изследва основните физикохимични свойства на тези комплекси в цялата серия“, обясни още Поповс.

Лантанидите се срещат в природата като смеси от елементи, така че разбирането на периодичните тенденции, като например дължината на връзките и поведението при образуване на комплекси, помага на учените да разработят нови и по-ефективни методи за разделяне на тези ценни метали. 

Сега екипът на ORNL изследва прометий във вода, за да изгради по-ясна представа за координационната среда и химическото поведение на този необичаен елемент. 

„Надяваме се, че фундаменталните прозрения, които предоставяме, ще информират други учени как да разработят по-добри технологии за разделяне и може би ще стимулират по-голям интерес към изучаването му за други приложения“, казва Поповс.

Не пропускайте най-важните новини - последвайте ни в Google News Showcase