L'elemento radioattivo nettunio è uno dei principali componenti delle scorie nucleari. La spettrometria di massa può essere utilizzata per sondare la sua complessa struttura atomica, che è utile sia per il suo interesse intrinseco che per determinare la composizione isotopica dei rifiuti di nettunio.

Magdalena Kaja dell'Università Johannes Gutenberg di Magonza, in Germania, e i suoi colleghi hanno ora dimostrato un nuovo metodo di spettroscopia laser in grado di analizzare il potenziale di ionizzazione del nettunio in modo più preciso rispetto ai metodi precedenti. Questo lavoro è ora pubblicato su The European Physical Journal D .

Il nettunio, un metallo attinide, si trova accanto all'uranio nella tavola periodica con un numero atomico 93; quasi evidentemente, il suo nome deriva dal pianeta oltre Urano nel sistema solare, Nettuno. Ha non meno di 25 isotopi conosciuti. La maggior parte di questi hanno vita molto breve, ma il più stabile, il nettunio-237 ( ²³⁷ Np) ha un tempo di dimezzamento di oltre 2 milioni di anni. È in gran parte questo isotopo a renderlo così pericoloso come contaminante nucleare.

I campioni di isotopi di nettunio disponibili per questo tipo di analisi sono minuscoli:generalmente comprendono solo pochi atomi di un isotopo. "La ionizzazione a risonanza multifase utilizzando una sorgente laser ha dimostrato di essere la tecnica più utile a questo scopo, fornendo elevata sensibilità, specificità e precisione", spiega Kaja.

L'apparato all'avanguardia utilizzato da lei e dai suoi colleghi incorpora un sistema laser allo stato solido in titanio:zaffiro, una raffinata sorgente di ioni laser e un separatore di massa ad alta trasmissione.

I ricercatori hanno utilizzato questa tecnica per misurare l’energia di prima ionizzazione del nettunio:cioè l’energia necessaria per rimuovere un primo elettrone dal suo guscio elettronico più esterno, formando uno ione positivo. Il valore determinato, 6,265608(19) eV, concorda bene con i valori riportati in letteratura ma è più di 10 volte più preciso di qualsiasi altro.

"Ora miriamo ad estendere le nostre indagini agli isotopi rari del nettunio", aggiunge Kaja. Le tecniche possono essere utilizzate anche per rilevare e analizzare tracce di nettunio in contaminanti radioattivi.