Un team internazionale di scienziati, guidato dall'Helmholtz Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), hanno trovato un nuovo composto di plutonio con un inaspettato, stato di ossidazione pentavalente, utilizzando l'ESRF, il sincrotrone europeo, Grenoble, Francia. Questa nuova fase del plutonio è solida e stabile, e può essere una fase transitoria nei depositi di scorie radioattive. I risultati sono pubblicati questa settimana in Angewandte Chemie come un documento molto importante (VIP).

I paesi di tutto il mondo stanno compiendo sforzi per migliorare la sicurezza dello stoccaggio dei rifiuti nucleari al fine di prevenire il rilascio di nuclidi radioattivi nell'ambiente. Plutonio, ha dimostrato di essere trasportato dalle acque sotterranee da siti contaminati per chilometri sotto forma di colloidi, che si formano per interazione con l'argilla, ossidi di ferro o materia organica naturale. Un team di scienziati guidati da HZDR studia la chimica degli attinidi in condizioni ambientali rilevanti, sintetizzando tali composti, e quindi studiando il loro comportamento elettronico e strutturale sia con metodi avanzati di raggi X di sincrotrone sia sperimentalmente che teoricamente.

L'ultimo documento del team internazionale mostra come un esperimento apparentemente andato storto porti a una svolta:la scoperta di una nuova forma stabile di plutonio.

Tutto è iniziato quando Kristina Kvashnina, fisico dell'HZDR e con sede presso la linea di luce ROBL presso l'European Synchrotron-ESRF (una linea di luce di proprietà e gestita dall'HZDR), e il suo team stavano cercando di creare nanoparticelle di biossido di plutonio utilizzando diversi precursori da studiare al ROBL. Quando hanno usato il precursore del Pu (VI), si sono resi conto che una strana reazione ha avuto luogo durante la formazione delle nanoparticelle di biossido di plutonio. "Ogni volta che creiamo nanoparticelle dagli altri precursori Pu(III), (IV) o (V) la reazione è molto rapida, ma qui abbiamo osservato uno strano fenomeno a metà strada, " spiega Kvashnina. Ha pensato che dovesse essere Pu (V), plutonio pentavalente, una forma mai osservata prima dell'elemento, dopo aver eseguito un esperimento di rilevamento della fluorescenza ad alta risoluzione di energia (HERFD) al bordo Pu L3 a ROBL.

"Una fase stabile di Pu(V)! - no, è impossibile, non esiste, la sintesi deve essere andata male, " disse il team di chimici, dell'Università statale di Mosca quando hanno esaminato i dati. "I chimici erano completamente increduli, ma i risultati sono stati abbastanza chiari, " aggiunge Kvashnina.

L'unico modo per essere certi dell'esistenza di questo composto pentavalente sarebbe quello di confermarlo utilizzando HERFD sul bordo Pu M4. Kvashnina spiega:"La nostra scelta della linea di luce è stata semplice:la linea di luce ESRF-ID26, perché è il posto migliore, per quanto riguarda l'intensità e la risoluzione energetica, dove è possibile eseguire studi di spettroscopia di assorbimento di raggi X ad alta risoluzione ad alta energia a basse energie. In effetti, l'esperimento HERFD del bordo Pu M4 è stato eseguito per la prima volta all'ID26. Al meglio delle nostre conoscenze, I dati HERFD al margine Pu M4 non sono mai stati riportati in letteratura e non sono mai stati sfruttati".

Gli esperimenti hanno confermato l'ipotesi iniziale, e una ripetizione tre mesi dopo ha persino dimostrato la stabilità a lungo termine della fase. Allo stesso tempo, i teorici in Svezia erano impegnati a fare previsioni sulle caratteristiche spettrali del bordo Pu M4, ei teorici di ROBL hanno identificato le specie di quella nuova fase. Alla fine tutto si è riunito ed è stata confermata la nuova fase Pu(V).

Molti scienziati lavorano alla previsione di ciò che accadrà alle scorie nucleari in milioni di anni. "È un compito difficile e sono possibili solo previsioni teoriche, ma l'esistenza di questa nuova fase solida Pu(V), che è stabile, bisognerà tenerne conto d'ora in poi. cambierà, di sicuro, le previsioni teoriche del comportamento del plutonio nell'ambiente in un periodo di milioni di anni, " conclude Kvashnina.