Gli attinidi, quegli elementi chimici nella riga inferiore della tavola periodica, sono utilizzati in applicazioni che vanno dai trattamenti medici all'esplorazione dello spazio alla produzione di energia nucleare. Ma purificando l'elemento bersaglio in modo che possa essere utilizzato, separando i contaminanti e altri elementi, può essere difficile e richiedere molto tempo.

Ora i ricercatori del Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) del Dipartimento dell'Energia hanno sviluppato un nuovo metodo di separazione che è molto più efficiente dei processi convenzionali, aprendo la porta alla scoperta più rapida di nuovi elementi, più facile ritrattamento del combustibile nucleare, e, più allettante, un modo migliore per ottenere attinio-225, un promettente isotopo terapeutico per il trattamento del cancro.

La ricerca, "Separazione ultra-selettiva guidata da ligando di attinidi strategici, " è stato pubblicato sulla rivista Comunicazioni sulla natura . Gli autori sono Gauthier Deblonde, Abele Ricano, e Rebecca Abergel della divisione di scienze chimiche del Berkeley Lab. "L'approccio proposto offre un cambio di paradigma per la produzione di elementi strategici, " scrivono gli autori.

"Il nostro processo proposto sembra essere molto più efficiente dei processi esistenti, comporta meno passaggi, e può essere fatto in ambienti acquosi, e quindi non richiede prodotti chimici aggressivi, " disse Abergel, capo del gruppo di chimica degli elementi pesanti di Berkeley Lab. "Penso che questo sia davvero importante e sarà utile per molte applicazioni".

Berkeley Lab è una delle poche istituzioni in tutto il mondo che studiano le proprietà nucleari e chimiche degli elementi più pesanti. La maggior parte di loro erano, infatti, scoperto al Berkeley Lab nel secolo scorso. Il gruppo di Abergel ha precedentemente pubblicato scoperte su berkelio e plutonio e trattamenti per la contaminazione radioattiva.

Abergel ha osservato che il nuovo metodo di separazione consente di ottenere fattori di separazione di molti ordini di grandezza superiori rispetto agli attuali metodi all'avanguardia. Il fattore di separazione è una misura di quanto bene un elemento può essere separato da una miscela. "Più alto è il fattore di separazione, meno contaminanti ci sono, " ha detto. "Di solito quando si purifica un elemento si passa attraverso il ciclo molte volte per ridurre i contaminanti."

Con un fattore di separazione più elevato, sono necessari meno passaggi e meno solventi, rendendo il processo più veloce ed economico. Per esempio, gli scienziati hanno dimostrato per uno dei tre sistemi che hanno purificato che potevano ridurre il processo da 25 passaggi a soli due passaggi.

I ricercatori del Berkeley Lab hanno prima dimostrato il loro metodo su attinio-225, un isotopo dell'attinio che ha mostrato applicazioni radioterapeutiche molto promettenti. Funziona uccidendo le cellule cancerose ma non le cellule sane, attraverso consegne mirate.

Il programma Isotope del DOE sta lavorando attivamente per aumentare la produzione di attinio-225 in tutto il complesso di acceleratori nazionali basati su laboratori. Questo nuovo metodo di separazione potrebbe essere un'alternativa ai processi chimici attualmente in fase di sviluppo. "Con qualsiasi processo produttivo, devi purificare l'isotopo finale, " Abergel ha detto. "Il nostro metodo potrebbe essere utilizzato subito dopo la produzione, prima della distribuzione".

Gli altri due attinidi purificati in questo studio erano plutonio e berkelio. Un isotopo del plutonio, plutonio-238, viene utilizzato per la generazione di energia nei robot inviati per esplorare Marte. Gli isotopi di plutonio sono presenti anche nei rifiuti prodotti nelle centrali nucleari, dove devono essere separati dall'uranio per riciclare l'uranio.

Infine, il berkelio è importante per la ricerca scientifica fondamentale. Uno dei suoi usi è come bersaglio per la scoperta di nuovi elementi.

Il processo si basa sulla capacità senza precedenti dei ligandi sintetici, piccole molecole che legano gli atomi di metallo, di essere altamente selettivi nel legarsi ai cationi metallici (ioni positivi) in base alle dimensioni e alla carica del metallo.

Il prossimo passo, disse Abergel, consiste nell'esplorare l'utilizzo del processo su altri isotopi medici. "In base a ciò che abbiamo visto, questo nuovo metodo può davvero essere generalizzato, fintanto che abbiamo cariche diverse sui metalli che vogliamo separare, "ha detto. "Avere a disposizione un buon processo di purificazione potrebbe rendere tutto più semplice in termini di elaborazione e disponibilità della post-produzione".