Une nouvelle technique développée par des chercheurs allemands peut mesurer les états d'ionisation de cet élément plus précisément qu'auparavant, avec des implications pour sa détection et sa remédiation dans les déchets radioactifs.
L'élément radioactif neptunium est l'un des principaux composants des déchets nucléaires. La spectrométrie de masse peut être utilisée pour sonder sa structure atomique complexe, ce qui est intéressant à la fois pour son intérêt intrinsèque et pour déterminer la composition isotopique des déchets de neptunium.
Magdalena Kaja de l'Université Johannes Gutenberg de Mayence, en Allemagne, et ses collègues ont démontré une nouvelle méthode de spectroscopie laser capable d'analyser le potentiel d'ionisation du neptunium plus précisément que les méthodes précédentes. Ce travail est maintenant publié dans The European Physical Journal D .
Le neptunium, un métal actinide, se trouve à côté de l'uranium dans le tableau périodique avec un numéro atomique de 93 ; De toute évidence, son nom dérive de la planète située au-delà d'Uranus dans le système solaire, Neptune. Il ne possède pas moins de 25 isotopes connus. La plupart d'entre eux ont une durée de vie très courte, mais le plus stable, le neptunium-237 ( 237 Np) a une demi-vie de plus de 2 millions d'années. C'est en grande partie cet isotope qui le rend si dangereux en tant que contaminant nucléaire.
Les échantillons d'isotopes du neptunium disponibles pour ce type d'analyse sont minuscules :ils ne contiennent généralement que quelques atomes d'un isotope. "L'ionisation par résonance en plusieurs étapes utilisant une source laser s'est avérée être la technique la plus utile pour cela, offrant une sensibilité, une spécificité et une précision élevées", explique Kaja.
L'appareil de pointe qu'elle et ses collègues ont utilisé intègre un titane à l'état solide :un système laser saphir, une source d'ions laser raffinée et un séparateur de masse à haute transmission.
Les chercheurs ont utilisé cette technique pour mesurer la première énergie d’ionisation du neptunium :c’est-à-dire l’énergie nécessaire pour retirer un premier électron de sa couche électronique la plus externe, formant ainsi un ion positif. La valeur qu'ils ont déterminée, 6,265608(19) eV, concorde bien avec les valeurs rapportées dans la littérature mais est plus de 10 fois plus précise que n'importe laquelle d'entre elles.
"Nous souhaitons désormais étendre nos recherches aux isotopes rares du neptunium", ajoute Kaja. Ces techniques peuvent également être utilisées pour détecter et analyser des traces de neptunium dans des contaminants radioactifs.
Plus d'informations : Magdalena Kaja et al, Ionisation laser résonante du neptunium :enquête sur les schémas d'excitation et le premier potentiel d'ionisation, The European Physical Journal D (2024). DOI :10.1140/epjd/s10053-024-00833-7
Informations sur le journal : Journal physique européen D
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