Ученые нашли инновационный способ хранения ядерных отходов

Исследователи из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли синтезировали и охарактеризовали первую органометаллическую молекулу с тяжелым элементом беркелием — беркелоцен. Это открытие предоставляет новые данные о химическом поведении актинидов и может повлиять на решение проблем с хранением ядерных отходов.

Работа опубликована в журнале Science.

Органометаллические молекулы, в которых ион металла окружен углеродным каркасом, широко известны для ранних актинидов, таких как уран (92-й элемент), но крайне редки для более тяжелых элементов, включая беркелий (97-й элемент).

«Это первый случай, когда удалось получить доказательства существования химической связи между беркелием и углеродом», — пояснил Стефан Минасян, ученый из отдела химических наук Berkeley Lab и один из четырех ведущих авторов исследования.

Беркелий был открыт в 1949 году в лаборатории в Беркли легендарным ядерным химиком Гленном Сиборгом, который в 1951 году получил Нобелевскую премию по химии. Однако изучать этот элемент крайне сложно из-за его высокой радиоактивности и ограниченного количества — ежегодно в мире производится лишь несколько миллиграммов этого элемента.

Чтобы преодолеть эти сложности, команда ученых под руководством Минасяна, а также Полли Арнольд и Ребекки Абергель, разработала специальные боксы для синтеза в условиях, исключающих контакт с воздухом и влагой. В эксперименте использовалось всего 0,3 миллиграмма изотопа беркелий-249, предоставленного Национальным центром разработки изотопов США.

С помощью рентгеновской кристаллографии ученые подтвердили структуру молекулы: ион Bk(IV) оказался симметрично зажатым между двумя кольцами углерода. Молекула получила название «беркелоцен» по аналогии с «ураноценом» — органометаллическим соединением урана, синтезированным в 1960-х годах.

Теоретический анализ, проведенный Йохеном Аутшбахом из Университета Буффало, показал, что центральный атом беркелия имеет стабильное состояние окисления +4. Это удивило ученых, так как ранее считалось, что беркелий будет вести себя аналогично лантаноиду тербию.

Полученные данные дают более точное представление о поведении актинидов в периодической таблице, что поможет в решении проблем, связанных с хранением и утилизацией ядерных отходов.