Mô phỏng nguyên tố đất hiếm promethium trong một lọ được bao quanh bởi phối tử hữu cơ. Các nhà khoa học ORNL đã phát hiện ra những đặc điểm tiềm ẩn của promethium, mở ra con đường nghiên cứu các nguyên tố lanthanide khác. (Ảnh: Jacquelyn DeMink, Thomas Dyke, Bộ Năng lượng Mỹ)
Lần đầu tiên, các nhà khoa học đã tiết lộ những đặc tính quan trọng của chất phóng xạ bí ẩn promethium - gần tám thập kỷ sau khi nguyên tố đất hiếm khó nắm bắt này được phát hiện.
Promethium là một trong 15 nguyên tố lanthanide ở cuối bảng tuần hoàn. Còn được gọi là đất hiếm, những kim loại này thể hiện một số đặc tính hữu ích, bao gồm từ tính mạnh và đặc tính quang học khác thường, khiến chúng đặc biệt quan trọng trong các thiết bị điện tử hiện đại.
Ilja Popovs, nhân viên nghiên cứu và phát triển tại Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge (ORNL) và đồng tác giả của một nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Nature cho biết: “Chúng được sử dụng trong tia laser, là một phần của màn hình điện thoại thông minh của bạn. Chúng cũng được sử dụng trong nam châm rất mạnh trong tua-bin gió và xe điện”.
Khan hiếm và khó nắm bắt
Bản thân Promethium, được các nhà khoa học ORNL phát hiện vào năm 1945, có một số ứng dụng nhỏ trong pin nguyên tử và chẩn đoán ung thư. Nhưng các nhà khoa học hiểu biết rất hạn chế về tính chất hóa học của nguyên tố này. Thành viên nhóm Alexander Ivanov, cũng là nhà khoa học nghiên cứu và phát triển tại ORNL, cho biết, việc nghiên cứu nguyên tố phóng xạ đã đặt ra thách thức kéo dài hàng thập kỷ, một phần do khó khăn trong việc đảm bảo mẫu phù hợp.
Ivanov nói: “Promethium không có đồng vị ổn định – tất cả chúng đều có tính phóng xạ, nghĩa là chúng đang phân hủy [thành các nguyên tố khác] theo thời gian. Bạn có được nguyên tố này thông qua quá trình phân hạch, vì vậy nó rất khan hiếm và khó nghiên cứu”.
ORNL là nhà sản xuất promethium-147 duy nhất, một đồng vị của nguyên tố này có chu kỳ bán rã phóng xạ là 2,6 năm. Sử dụng một phương pháp được phát triển vào năm ngoái, các nhà nghiên cứu đã tách đồng vị này khỏi dòng chất thải của lò phản ứng hạt nhân, tạo ra mẫu tinh khiết nhất có thể để nghiên cứu.
Sau đó, nhóm nghiên cứu kết hợp mẫu này với phối tử – một phân tử được thiết kế đặc biệt để bẫy các nguyên tử kim loại – để tạo thành một phức hợp ổn định trong nước. Phân tử phối hợp, được gọi là PyDGA, đã hình thành chín liên kết promethium-oxy, mang đến cho các nhà nghiên cứu cơ hội đầu tiên để phân tích các đặc tính liên kết của phức hợp promethium.
Nhà nghiên cứu Ivanov nói: “Bởi vì promethium có tính phóng xạ nên một khi nó phân rã, nó sẽ chuyển hóa thành nguyên tố lân cận, đó là samarium. Vì vậy, bạn sẽ có một lượng ô nhiễm nhỏ ở dạng samarium."
Hiện nay, nhóm ORNL đang nghiên cứu promethium trong nước để xây dựng một bức tranh rõ ràng hơn về môi trường phối hợp và hành vi hóa học của nguyên tố bất thường này.
