Sondando a estrutura atômica dos neptúnios com espectroscopia a laser
O separador de massa usado nos experimentos. Verde:trajetória iônica; azul e violeta, raios laser. Crédito:The European Physical Journal D (2024). DOI:10.1140/epjd/s10053-024-00833-7 Uma nova técnica desenvolvida por investigadores na Alemanha pode medir os estados de ionização deste elemento com mais precisão do que antes, com implicações para a sua detecção e remediação em resíduos radioactivos.
O elemento radioativo neptúnio é um dos principais componentes dos resíduos nucleares. A espectrometria de massa pode ser usada para sondar sua complexa estrutura atômica, que é valiosa tanto por seu interesse intrínseco quanto para determinar a composição isotópica dos resíduos de neptúnio.
Magdalena Kaja, da Universidade Johannes Gutenberg, Mainz, Alemanha, e seus colegas demonstraram agora um novo método de espectroscopia a laser que pode analisar o potencial de ionização do neptúnio com mais precisão do que os métodos anteriores. Este trabalho está agora publicado no The European Physical Journal D .
O netúnio, um metal actinídeo, fica ao lado do urânio na tabela periódica com um número atômico de 93; quase evidentemente, seu nome deriva do planeta além de Urano no sistema solar, Netuno. Possui nada menos que 25 isótopos conhecidos. A maioria deles tem vida muito curta, mas o mais estável, o neptúnio-237 (
237
Np) tem meia-vida de mais de 2 milhões de anos. É em grande parte este isótopo que o torna tão perigoso como contaminante nuclear.
As amostras de isótopos de neptúnio disponíveis para este tipo de análise são minúsculas:geralmente compreendem apenas alguns átomos de um isótopo. “A ionização por ressonância em múltiplas etapas usando uma fonte de laser provou ser a técnica mais útil para isso, proporcionando alta sensibilidade, especificidade e precisão”, explica Kaja.
O aparelho de última geração que ela e seus colegas usaram incorpora um sistema de laser de safira de titânio em estado sólido, uma fonte de íons de laser refinada e um separador de massa de alta transmissão.
Os pesquisadores usaram esta técnica para medir a primeira energia de ionização do neptúnio:isto é, a energia necessária para remover um primeiro elétron de sua camada eletrônica mais externa, formando um íon positivo. O valor determinado, 6,265608(19) eV, concorda bem com os valores relatados na literatura, mas é mais de 10 vezes mais preciso que qualquer um deles.
“Nosso objetivo agora é estender nossas investigações a isótopos raros de neptúnio”, acrescenta Kaja. As técnicas também podem ser usadas para detectar e analisar vestígios de neptúnio em contaminantes radioativos.
