Plutonium har länge varit en del av många länders kärnenergistrategier, men forskare låser fortfarande upp mysterierna bakom detta komplicerade element och ser hur de kan använda tyngre, kärnkraftselement för att sanera kärnavfall.

Nu, ny forskning av professor Thomas Albrecht-Schmitt vid Florida State University visar att plutonium inte riktigt fungerar som forskarna trodde att det gjorde. Resultaten kommer att bidra till hans teams ansträngningar att utveckla teknik för att sanera kärnavfall.

Verket publicerades idag i Naturkemi .

Albrecht-Schmitt och ett team av forskare har studerat plutonium – Pu på grundämnenas periodiska system – i nästan två decennier för att förstå hur det beter sig kemiskt, och hur det skiljer sig från lättare grundämnen som järn eller nickel. Till Albrecht-Schmitts förvåning, en plutonium-organisk hybridförening som hans team satte ihop i labbet betedde sig ungefär som föreningar gjorda med lättare element.

"Vad som gör denna upptäckt så intressant är att materialet - snarare än att vara riktigt komplicerat och riktigt exotiskt - verkligen är riktigt enkelt, " sa Albrecht-Schmitt. "Din fantasi går vild, och du tänker 'Wow, Jag skulle kunna göra den klassen av sammansättningar med många andra typer av tunga grundämnen.' Jag skulle kunna använda andra tunga grundämnen som uran eller kanske till och med berkelium."

Teamet observerade att elektroner pendlade fram och tillbaka mellan två olika plutoniumjoner.

Rörelsen av elektroner mellan två positiva joner är en handling som vanligtvis sker mellan joner av lättare element som järn, vilket är anledningen till att lättare grundämnen ofta används inom biologin för att åstadkomma kemiska reaktioner.

Albrecht-Schmitt sa att hans team omedelbart insåg att det var något unikt med föreningen de hade konstruerat i labbet helt enkelt på grund av dess färg.

"Plutonium gör vild, levande färger, " sa Albrecht-Schmitt. "Det kan vara lila, det kan vara dessa vackra rosa. Det kan vara så här supermörkt svartblått. Denna förening var brun, som en vacker brun chokladkaka. När vi såg den färgen, vi visste att något var elektroniskt ovanligt med det."

Albrecht-Schmitts arbete är en del av hans labbs övergripande uppdrag att bättre förstå de tyngre grundämnena längst ner i det periodiska systemet. Förra året, han fick 10 miljoner dollar från Department of Energy för att bilda ett nytt Energy Frontier Research Center som kommer att fokusera på att påskynda vetenskapliga ansträngningar för att sanera kärnavfall.

"För att utveckla material som säger fälla plutonium, du måste först förstå på den mest grundläggande nivån, plutoniums elektroniska egenskaper, " sa Albrecht-Schmitt. "Så det betyder att man gör väldigt enkla föreningar, karakterisera dem i utsökt detalj och förstå både experimentellt och teoretiskt alla egenskaper du observerar."

Albrecht-Schmitt och hans forskargrupp har utfört liknande arbete på grundämnena californium och berkelium.