Forscher benötigen einen besseren Weg, um einzelne Schwermetallelemente, sogenannte Aktinide, zu extrahieren, um ein reineres Produkt zu erhalten. Im Jahr 2018 entdeckten Forscher, dass das Aktinid Berkelium, wenn es oxidiert wird, in Lösungen mit hohem Salpetersäuregehalt keine negativ geladenen Ionen bildet, wie es andere Aktinide tun. Dies bedeutete, dass eine Anionenaustauschersäule Berkelium durch Absorbieren anderer Aktiniden mit negativ geladenen Ionen abtrennen konnte.
Dieses System bewegt in hochkonzentrierter Salpetersäure gelöstes Berkelium durch eine Reihe von Säulen. Die obere Säule blockiert negativ geladene Verunreinigungen. Die untere Säule sammelt Berkelium, während positiv geladene Verunreinigungen passieren. Salpetersäure strippt dann gereinigtes Berkelium von der unteren Säule. Dies produzierte das bisher reinste Bk-249 der Welt.
Die Extraktion einzelner Aktinide ist für die Verbesserung des Kernbrennstoffrecyclings und der Entsorgung von Nuklearabfällen unerlässlich. Diese neue Methode ist viel schneller als der vorherige Ansatz und dauert nur acht Tage im Vergleich zu acht Wochen. Es ist auch einfacher, sauberer und ergibt ein reineres Produkt. Dies könnte auf die Produktion von schweren Aktiniden angewendet werden.
Wenn der Zustand von Berkelium eine chemische Bindung zulässt, kann es direkt aus einer Mischung anderer Aktinide extrahiert werden. Dies ist nützlich, wenn Forscher nur Berkelium aus einer komplexen Lösung wünschen. Darüber hinaus könnte diese Methode auf andere Trennungen angewendet werden – zum Beispiel seltenes Einsteinium und Fermium.
Durch das Ersetzen der ursprünglichen Mehrfachtrocknungs- und Mehrsäulenläufe durch einen einzigen Doppelsäulenlauf führt die neue Methode zur Reinigung von Berkelium zu einer historisch hohen radiochemischen Reinheit des Endprodukts – 97,25 Prozent Reinheit im Vergleich zu 93,9 Prozent bei der vorherigen Methode . Der neue Prozess ist außerdem wesentlich schneller und einfacher und lässt weniger Raum für Fehler. Anstatt empfindliche pH-Einstellungen, Temperaturkontrolle und Tropfenzählungen zu benötigen, erreicht das neue Verfahren die Trennung von Metallionen durch einfache Operationen bei Raumtemperatur.
Berkelium, das erste Mitglied der zweiten Hälfte der Aktinidenreihe, kann verwendet werden, um mehr über das Verhalten schwerer Elemente zu erfahren, deren Studien durch sehr kurze Halbwertszeiten, sehr hohe Radioaktivität und sehr knappe Verfügbarkeit begrenzt sind. Derzeit wird Berkelium hauptsächlich in der Schwerelementforschung eingesetzt.
Beispielsweise spielte sein stabilstes Isotop, Bk-249, eine bedeutende Rolle bei der Entstehung des superschweren Elements 117, Tennessin. Bk-249, ein Nebenprodukt der Californium-252-Produktion im Oak Ridge National Laboratory, wurde von einer internationalen Forschungskooperation mit einem Calcium-48-Strahl bestrahlt, um ein halbes Dutzend Atome des Elements Tennessin zu erzeugen.
Die Forschung ist veröffentlicht in der Zeitschrift für Radioanalytik und Kernchemie.
Mehr Informationen:
Miting Du, Anwendungen einer Doppelsäulentechnik bei Aktinidentrennungen, Zeitschrift für Radioanalytik und Kernchemie (2022). DOI: 10.1007/s10967-022-08501-z