Vedci vytiahli z jadrového odpadu jeden z najvzácnejších prvkov sveta. Dosiahli čistotu až 99,93 %

Americké Oak Ridge National Laboratory dokázalo z odpadového prúdu vznikajúceho pri výrobe kalifornia 252 získať extrémne vzácne izotopy fermia, einsteinia a berkélia. Najlepší výsledok dosiahli pri fermiu 257, ktorého výsledný materiál mal chemickú čistotu takmer 99,93 %. Pri einsteiniu zároveň dokázali pri každom separačnom cykle zachytiť približne 95 % dostupného materiálu.

Nejde pritom o bežný odpad z jadrovej elektrárne ani o tony vyhoreného paliva. Materiál vzniká ako vedľajší produkt pri špeciálnej výrobe rádioizotopu kalifornium 252 v americkom laboratóriu ORNL, ktoré je podľa samotnej inštitúcie jeho jediným producentom v západnom svete.

Fermia vzniká tak málo, že ho voľným okom neuvidíš

Množstvá, s ktorými výskumníci pracujú, sú extrémne malé. Jedna výrobná kampaň Cf 252 vytvorí miligramy berkélia 249, mikrogramy einsteinia 253 a 254 a iba pikogramy fermia 257. Jeden pikogram predstavuje bilióntinu gramu.

Práve preto je každá strata pri separácii problémom. Fermium 257 má navyše polčas rozpadu približne 100,5 dňa, takže ani po jeho získaní nemajú vedci neobmedzený čas na experimenty.

Fermium má protónové číslo 100 a v prírode sa v použiteľných množstvách prakticky nevyskytuje. Prvýkrát ho vedci identifikovali v troskách po teste prvej termonukleárnej bomby v roku 1952, keď intenzívny tok neutrónov vytvoril dovtedy neznáme ťažké prvky. Periodická tabuľka

Vedci zmenili živicu a výrazne zlepšili separáciu

Najväčším technickým problémom nie je iba malé množstvo cieľového prvku. Einsteinium a fermium treba dostať zo zmesi, ktorá stále obsahuje mikrogramy veľmi rádioaktívneho kalifornia 252.

Tím vedený rádiochemikom Cristianom Celisom Barrosom preto upravil existujúce chromatografické separačné postupy. Pri einsteiniu optimalizoval podmienky tak, aby sa čo najefektívnejšie oddelilo od kalifornia. Výsledkom bola 95 percentná výťažnosť einsteinia pri každom prechode separačnou kolónou, čo bolo výrazne viac než pri starších kampaniach.

Pri fermiu výskumníci zmenili typ živice v separačnej kolóne, aby lepšie oddelili Fm 257 od izotopov einsteinia. Výsledný materiál dosiahol takmer 99,93 percentnú chemickú čistotu. Samotní vedci pritom zdôrazňujú, že nevymysleli nový fyzikálny princíp. Cieľom bolo proces zjednodušiť, zvýšiť jeho účinnosť a zároveň znížiť radiačnú záťaž pracovníkov.

Niekoľko atómov môže stačiť na objav nového prvku

Takéto množstvá vyzerajú zanedbateľne, no vo výskume superťažkých prvkov majú mimoriadnu hodnotu. ORNL už v minulosti dodalo berkélium 249, ktoré vedci použili pri objave prvku 117, dnes známeho ako tennessine. Rádioizotopy z Oak Ridge prispeli aj k objavom alebo potvrdeniu fleróvia, moskóvia, livermória a oganessónu.

Oak Ridge National Laboratory

Práve preto má laboratórium o produkty prakticky postarané ešte pred ich vznikom. Výskumné tímy potrebujú jednotlivé atómy na experimenty, pri ktorých skúmajú chémiu najťažších prvkov periodickej tabuľky a hranice stability atómových jadier.

Podobný princíp využívania materiálu, ktorý by inak skončil ako odpad, sa objavuje aj v širšom jadrovom výskume. Na FonTechu sme už písali o európskom projekte, ktorý chce z jadrového odpadu získavať hodnotné lantanoidy. V prípade Oak Ridge je však cieľ ešte špecializovanejší: nejde o priemyselné kilogramy surovín, ale o mikroskopické množstvá prvkov, ku ktorým sa vedci inak takmer nemajú ako dostať.

Fermium zatiaľ nemá praktické využitie. Práve preto ho chcú skúmať

ORNL otvorene priznáva, že praktické použitie fermia dnes nie je známe. Jeho izotopy by v budúcnosti mohli nájsť využitie v medicíne alebo priemysle, no zatiaľ ide predovšetkým o základný výskum.

Najbližšia výrobná kampaň kalifornia 252 je plánovaná na rok 2027 a tím chce pri nej separáciu ešte zefektívniť. Pri materiáli, ktorého celá produkcia sa meria v pikogramoch, totiž môže aj malé percento navyše znamenať podstatne viac atómov dostupných pre experimenty.

Čítajte viac z kategórie: Novinky