L’étude des matières radioactives est très difficile en raison des risques potentiels pour la santé qu’elles présentent pour les scientifiques. Le coût est également un obstacle majeur, certains radio-isotopes coûtant plus de 10 000 dollars par microgramme (ou 10 milliards de dollars par gramme). Certains radio-isotopes ne peuvent pas être produits en quantités suffisantes, ce qui les rend difficiles à étudier en détail avec les techniques actuelles. Les scientifiques ont récemment développé une nouvelle approche pour récolter des informations chimiques détaillées sur les isotopes stables radioactifs et/ou enrichis. La nouvelle approche est beaucoup plus efficace, nécessitant 1 000 fois moins de matériel que les méthodes de pointe précédentes. Il offre cette efficacité sans perte de qualité des données.
Un article décrivant cette approche est publié dans la revue Chimie inorganique.
La nouvelle méthode exploite les ligands polyoxométalates (POM, c’est-à-dire les cages d’oxydes métalliques moléculaires), une classe de molécules qui a jusqu’à présent été largement négligée pour les applications de radiochimie. Les propriétés intrinsèques des POM permettent aux scientifiques de former facilement des composés où les POM forment des liaisons chimiques avec les radio-isotopes ciblés, puis de cristalliser ces composés, puis de les étudier avec une grande variété de techniques spectroscopiques tout en n’utilisant que quelques microgrammes de matériau, par rapport à plusieurs milligrammes ou plus pour les méthodes précédentes.
Dans leurs démonstrations, des scientifiques du Lawrence Livermore National Laboratory et de l’Oregon State University ont synthétisé trois nouveaux composés de curium et déterminé leurs structures détaillées par diffraction des rayons X monocristallins (SCXRD), ainsi que les propriétés électroniques, magnétiques et vibrationnelles via Raman, absorbance, spectroscopie de fluorescence et de résonance magnétique nucléaire. Les chercheurs ont également obtenu des composés équivalents avec l’américium. Pour le contexte, les isotopes du curium sont non seulement radiotoxiques, mais aussi rares et coûteux à produire. En conséquence, seuls environ 10 composés curium-ligand ont été isolés et caractérisés à l’aide de SCXRD depuis la découverte de cet élément en 1944.
Grâce à la nouvelle méthode proposée, les scientifiques pourront sonder les propriétés chimiques d’éléments rares et radioactifs comme jamais auparavant. Les nouvelles recherches sont particulièrement importantes pour étudier la chimie des actinides. Ce sont les éléments trouvés au bas du tableau périodique, tels que l’actinium, l’américium et le curium. La plupart des actinides ne peuvent être produits qu’en quantités infimes dans des installations spécifiques telles que le réacteur isotopique à haut flux du ministère de l’Énergie. Les scientifiques en savent relativement peu sur la chimie de ces éléments. En savoir plus à leur sujet peut profiter à des domaines allant de la médecine du cancer à l’énergie nucléaire en passant par la synthèse de nouveaux éléments.
La nouvelle méthode basée sur le POM permettra d’étendre la chimie des actinides tout en respectant les contraintes actuelles de coût et de faible disponibilité des isotopes de recherche. Les scientifiques pourraient également appliquer cette stratégie pour offrir une nouvelle perspective sur la chimie de certains des éléments les plus rares et les plus toxiques sur Terre, qui ne pouvaient pas être étudiés avec les méthodes précédentes.
Plus d’information:
Christopher A. Colla et al, Complexation contrastée des lanthanides trivalents et des actinides par les polyoxométalates via la RMN à l’état de solution, Chimie inorganique (2022). DOI : 10.1021/acs.inorgchem.2c04014