Los actínidos, los elementos químicos de la fila inferior de la tabla periódica, se utilizan en aplicaciones que van desde tratamientos médicos hasta exploración espacial y producción de energía nuclear. Pero purificando el elemento objetivo para que pueda usarse, separando contaminantes y otros elementos, puede ser difícil y llevar mucho tiempo.

Ahora, los investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía (Berkeley Lab) han desarrollado un nuevo método de separación que es mucho más eficiente que los procesos convencionales. abriendo la puerta a un descubrimiento más rápido de nuevos elementos, un reprocesamiento más sencillo del combustible nuclear, y, más tentador, una mejor manera de obtener actinio-225, un isótopo terapéutico prometedor para el tratamiento del cáncer.

La investigación, "Separación ultraselectiva de actínidos estratégicos impulsada por ligandos, "ha sido publicado en la revista Comunicaciones de la naturaleza . Los autores son Gauthier Deblonde, Abel Ricano, y Rebecca Abergel de la División de Ciencias Químicas de Berkeley Lab. "El enfoque propuesto ofrece un cambio de paradigma para la producción de elementos estratégicos, "escribieron los autores.

"Nuestro proceso propuesto parece ser mucho más eficiente que los procesos existentes, implica menos pasos, y se puede realizar en ambientes acuosos, y por lo tanto no requiere productos químicos agresivos, "dijo Abergel, líder del grupo de Química de Elementos Pesados ​​de Berkeley Lab. "Creo que esto es realmente importante y será útil para muchas aplicaciones".

Berkeley Lab es una de las pocas instituciones de todo el mundo que estudian las propiedades nucleares y químicas de los elementos más pesados. La mayoría de ellos fueron, De hecho, descubierto en Berkeley Lab en el siglo pasado. El grupo de Abergel ha publicado anteriormente descubrimientos sobre berkelio y plutonio y tratamientos para la contaminación radiactiva.

Abergel señaló que el nuevo método de separación logra factores de separación que son muchos órdenes de magnitud más altos que los métodos actuales de última generación. El factor de separación es una medida de qué tan bien se puede separar un elemento de una mezcla. "Cuanto mayor sea el factor de separación, cuantos menos contaminantes haya, ", dijo." Por lo general, cuando purifica un elemento, pasa por el ciclo muchas veces para reducir los contaminantes ".

Con un factor de separación más alto, se necesitan menos pasos y menos disolventes, haciendo que el proceso sea más rápido y rentable. Por ejemplo, los científicos demostraron para uno de los tres sistemas que purificaron que podían reducir el proceso de 25 pasos a solo dos.

Los investigadores del laboratorio de Berkeley demostraron su método primero en actinio-225, un isótopo de actinio que ha mostrado aplicaciones radioterapéuticas muy prometedoras. Actúa matando las células cancerosas pero no las células sanas. a través de la entrega dirigida.

El programa de isótopos del DOE está trabajando activamente para aumentar la producción de actinio-225 en todo el complejo de aceleradores nacionales basados ​​en laboratorios. Este nuevo método de separación podría ser una alternativa a los procesos químicos actualmente en desarrollo. "Con cualquier proceso de producción, necesitas purificar el isótopo final, ", Dijo Abergel." Nuestro método podría utilizarse inmediatamente después de la producción, antes de la distribución ".

Los otros dos actínidos purificados en este estudio fueron plutonio y berkelio. Un isótopo de plutonio, plutonio-238, se utiliza para la generación de energía en robots que se envían a explorar Marte. Los isótopos de plutonio también están presentes en los desechos generados en las centrales nucleares, donde deben separarse del uranio para reciclar el uranio.

Finalmente, El berkelio es importante para la investigación científica fundamental. Uno de sus usos es como objetivo para el descubrimiento de nuevos elementos.

El proceso se basa en la capacidad sin precedentes de los ligandos sintéticos (moléculas pequeñas que se unen a átomos de metal) para ser altamente selectivos en la unión a cationes metálicos (iones positivos) según el tamaño y la carga del metal.

El siguiente paso, dijo Abergel, es explorar el uso del proceso en otros isótopos médicos. "Según lo que hemos visto, este nuevo método realmente se puede generalizar, siempre que tengamos diferentes cargas sobre los metales que queremos separar, "Tener un buen proceso de purificación disponible podría hacer todo más fácil en términos de disponibilidad y procesamiento de postproducción".