Ученые смогли впервые за 80 лет исследовать свойства прометия

Ученые раскрыли важнейшие свойства загадочного радиоактивного вещества прометия — почти через 80 лет после его открытия. Прометий - один из 15 лантаноидов в нижней части периодической таблицы Менделеева. Эти редкоземельные металлы обладают рядом полезных свойств, включая сильный магнетизм и необычные оптические характеристики, что делает их особенно важными в современных электронных устройствах.

"Они используются в лазерах, они есть в ваших смартфонах. Они также используются в очень сильных магнитах в ветряных турбинах и электромобилях ", - рассказывает Илья Поповс, сотрудник по исследованиям и разработкам Национальной лаборатории Окриджа (ORNL) и соавтор нового исследования, опубликованного в журнале Nature.

Сам прометий, который был обнаружен учеными ORNL в 1945 году, до сих пор имел очень ограниченное применение в атомных батареях и диагностике рака. Проблема заключалась в том, что ученые имеют очень ограниченное представление о химии этого элемента.

"У прометия нет стабильного изотопа - все они радиоактивны, а это означает, что со временем они распадаются на другие элементы", - отмечает член команды Александр Иванов, также специалист по исследованиям и разработкам в ORNL.

ORNL является единственным в США производителем прометия-147, изотопа элемента с периодом радиоактивного полураспада 2,6 года. Используя метод, разработанный в прошлом году, исследователи выделили этот изотоп из потоков отходов ядерных реакторов, создав максимально чистый образец для исследования.

Затем команда объединила этот образец с лигандом — молекулой, специально разработанной для улавливания атомов металла, — чтобы сформировать стабильный комплекс в воде. Координирующая молекула, известная как PyDGA, образовала девять связей прометий-кислород, что дало исследователям первую в истории возможность проанализировать связующие свойства комплекса прометия.

"Поскольку прометий радиоактивен, после распада он превращается в соседний элемент - самарий, - сказал Иванов. - Таким образом, образец будет загрязнен самарием".

Поэтому команда использовала чрезвычайно специализированный, специфичный для конкретного элемента метод, называемый синхротронной рентгеновской спектроскопией поглощения. Высокоэнергетические фотоны, генерируемые ускорителем частиц, бомбардировали комплекс прометия, создавая картину расположения атомов и длин связей. Затем небольшие различия в длинах связей металл-кислород позволили команде сосредоточиться на ключевой связи прометий-кислород, исключив любой загрязняющий самарий.

Эта работа впервые позволила сравнить свойства прометия с другими редкоземельными металлами.

"Прометий был последним фрагментом головоломки среди этих элементов", - отмечает Поповс. 

Лантаноиды встречаются в природе в виде смесей элементов, поэтому понимание периодических тенденций, таких как длина связей и поведение при образовании комплексов, помогает ученым разрабатывать новые и более эффективные методы разделения этих ценных металлов.

Сейчас команда ORNL изучает прометий в воде, чтобы составить более четкую картину координационной среды и химического поведения этого необычного элемента.