En ny teknik som utvecklats av forskare i Tyskland kan mäta joniseringstillstånden för detta element mer exakt än tidigare, med konsekvenser för dess upptäckt och sanering i radioaktivt avfall.
Det radioaktiva grundämnet neptunium är en av huvudkomponenterna i kärnavfallet. Masspektrometri kan användas för att undersöka dess komplexa atomstruktur, vilket är av värde både för dess inneboende intresse och för att bestämma isotopsammansättningen av neptuniumavfall.
Magdalena Kaja vid Johannes Gutenberg University, Mainz, Tyskland, och hennes medarbetare har nu demonstrerat en ny metod för laserspektroskopi som kan analysera joniseringspotentialen hos neptunium mer exakt än tidigare metoder. Detta arbete är nu publicerat i The European Physical Journal D .
Neptunium, en aktinidmetall, sitter bredvid uran i det periodiska systemet med ett atomnummer på 93; nästan självklart kommer dess namn från planeten bortom Uranus i solsystemet, Neptunus. Den har inte mindre än 25 kända isotoper. De flesta av dessa är mycket kortlivade, men den mest stabila, neptunium-237 ( 237 Np) har en halveringstid på mer än 2 miljoner år. Det är till stor del denna isotop som gör den så farlig som en nukleär förorening.
Proverna av neptunium-isotoper som är tillgängliga för denna typ av analys är små:de består i allmänhet bara av ett fåtal atomer av en isotop. "Flerstegs resonansjonisering med hjälp av en laserkälla har visat sig vara den mest användbara tekniken för detta, vilket ger hög känslighet, specificitet och precision", förklarar Kaja.
Den toppmoderna apparaten som hon och hennes kollegor använde innehåller ett solid-state titan:safirlasersystem, en raffinerad laserjonkälla och en massseparator med hög transmission.
Forskarna använde denna teknik för att mäta den första joniseringsenergin av neptunium:det vill säga energin som behövs för att ta bort en första elektron från dess yttersta elektronskal och bilda en positiv jon. Värdet de fastställde, 6.265608(19) eV, stämmer väl överens med de värden som rapporterats i litteraturen men är mer än 10 gånger så exakt som någon av dem.
"Vi siktar nu på att utöka våra undersökningar till sällsynta neptunium-isotoper", tillägger Kaja. Teknikerna kan också användas för att detektera och analysera spår av neptunium i radioaktiva föroreningar.
Mer information: Magdalena Kaja et al, Resonant laser ionization of neptunium:research on excitation schemes and the first ionization potential, The European Physical Journal D (2024). DOI:10.1140/epjd/s10053-024-00833-7
Journalinformation: European Physical Journal D
Tillhandahålls av SciencePOD
