Les actinides, ces éléments chimiques de la rangée inférieure du tableau périodique, sont utilisés dans des applications allant des traitements médicaux à l'exploration spatiale en passant par la production d'énergie nucléaire. Mais purifier l'élément cible pour qu'il puisse être utilisé, en séparant les contaminants et autres éléments, peut être difficile et prendre du temps.

Aujourd'hui, des chercheurs du Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) du ministère de l'Énergie ont mis au point une nouvelle méthode de séparation bien plus efficace que les procédés conventionnels, ouvrir la porte à une découverte plus rapide de nouveaux éléments, un retraitement plus facile du combustible nucléaire, et, le plus appétissant, une meilleure façon d'atteindre l'actinium-225, isotope thérapeutique prometteur pour le traitement du cancer.

La recherche, « Séparation ultra-sélective des actinides stratégiques par le ligand, " a été publié dans la revue Communication Nature . Les auteurs sont Gauthier Deblonde, Abel Ricano, et Rebecca Abergel de la division des sciences chimiques du Berkeley Lab. « L'approche proposée propose un changement de paradigme pour la production d'éléments stratégiques, " ont écrit les auteurs.

"Le processus que nous proposons semble être beaucoup plus efficace que les processus existants, implique moins d'étapes, et peut être fait dans des environnements aqueux, et ne nécessite donc pas de produits chimiques agressifs, " dit Abergel, chef du groupe de chimie des éléments lourds du Berkeley Lab. "Je pense que cela est vraiment important et sera utile pour de nombreuses applications."

Berkeley Lab est l'une des rares institutions à travers le monde à étudier les propriétés nucléaires et chimiques des éléments les plus lourds. La plupart d'entre eux étaient, En réalité, découvert à Berkeley Lab au siècle dernier. Le groupe d'Abergel a déjà publié des découvertes sur le berkelium et le plutonium et des traitements pour la contamination radioactive.

Abergel a noté que la nouvelle méthode de séparation atteint des facteurs de séparation qui sont de plusieurs ordres de grandeur plus élevés que les méthodes de pointe actuelles. Le facteur de séparation est une mesure de la façon dont un élément peut être séparé d'un mélange. "Plus le facteur de séparation est élevé, moins il y a de contaminants, ", a-t-elle déclaré. "Habituellement, lorsque vous purifiez un élément, vous effectuez plusieurs fois le cycle pour réduire les contaminants."

Avec un facteur de séparation plus élevé, moins d'étapes et moins de solvants sont nécessaires, rendre le processus plus rapide et plus rentable. Par exemple, les scientifiques ont démontré pour l'un des trois systèmes qu'ils ont purifiés qu'ils pouvaient réduire le processus de 25 étapes à seulement deux étapes.

Les chercheurs du Berkeley Lab ont d'abord démontré leur méthode sur l'actinium-225, un isotope de l'actinium qui a montré des applications radio-thérapeutiques très prometteuses. Il agit en tuant les cellules cancéreuses mais pas les cellules saines, grâce à une livraison ciblée.

Le programme Isotope du DOE travaille activement à l'accélération de la production d'actinium-225 dans l'ensemble du complexe d'accélérateurs nationaux en laboratoire. Cette nouvelle méthode de séparation pourrait être une alternative aux procédés chimiques en cours de développement. "Avec n'importe quel processus de production, vous devez purifier l'isotope final, " Abergel a déclaré. "Notre méthode pourrait être utilisée juste après la production, avant diffusion."

Les deux autres actinides purifiés dans cette étude étaient le plutonium et le berkelium. Un isotope du plutonium, plutonium-238, est utilisé pour la production d'électricité dans les robots envoyés pour explorer Mars. Les isotopes du plutonium sont également présents dans les déchets produits dans les centrales nucléaires, où ils doivent être séparés de l'uranium afin de recycler l'uranium.

Dernièrement, Le berkelium est important pour la recherche scientifique fondamentale. L'une de ses utilisations est comme cible pour la découverte de nouveaux éléments.

Le processus repose sur la capacité sans précédent des ligands synthétiques - de petites molécules qui se lient aux atomes métalliques - d'être hautement sélectifs dans la liaison aux cations métalliques (ions positifs) en fonction de la taille et de la charge du métal.

L'étape suivante, dit Abergel, est d'explorer l'utilisation du procédé sur d'autres isotopes médicaux. "D'après ce que nous avons vu, cette nouvelle méthode peut vraiment être généralisée, tant que nous avons des charges différentes sur les métaux que nous voulons séparer, ", a-t-elle déclaré. " Disposer d'un bon processus de purification pourrait tout faciliter en termes de traitement de post-production et de disponibilité. "