Хироши Ясуока и его коллеги из Лос-Аламосской национальной лаборатории (США) с помощью оксида плутония(IV) высокой чистоты впервые в истории получили ЯМР-спектр плутония-239, сообщает «Компьюлента» со ссылкой на публикацию в журнале Science.
Изотопное содержание Pu-239 в образце составило приблизительно 94%. Учёные работали со стандартным импульсным ЯМР-спектрометром, правда, при температуре 4 К. Путём проб и ошибок они установили, что в таких условиях чистый сигнал ядра плутония обнаруживается в магнитном поле прибора с индукцией 5,8 Тл при постоянной радиочастоте 16,5 МГц. Положительным моментом, наконец-то сработавшим в пользу учёных, оказался тот факт, что оксид плутония(IV) имеет немагнитное основное состояние, что позволило избежать неприятных парамагнитных эффектов.
Оптимизируя параметры ЯМР-эксперимента, исследователи смогли установить гиромагнитное (магнитомеханическое) соотношение (отношение магнитного дипольного момента ядра к его угловому моменту). Этот показатель необходим для расчёта разницы энергий между спиновыми состояниями +1/2 и –1/2, а также для установления резонансной чистоты ядра в специфическом химическом окружении. Зная всё это, становится возможным определить структуру по ЯМР-спектру.
Следует напомнить, что плутоний и его соединения обладают сложной химией. Элемент способен принимать самые разные степени окисления, причём четыре из них существуют в равновесии в растворе. Но и этого мало: плутоний образует многочисленные нестехиометрические оксидные фазы; даже тот оксид, что использовался в рассматриваемой работе, являлся субстехиометрической формой. В результате г-н Ясуока и его коллеги получили два разных сигнала в ЯМР-спектре для своего оксида, которые как раз принадлежали атомам плутония в различных кислородных окружениях.
Плутоний - единственное вещество, для которого параметры ЯМР до сих пор оставались неизвестными. Специалисты утверждают, что это открытие будет иметь далеко идущие последствия и в перспективе поможет изучить все процессы, происходящие с ядерными отходами и, возможно, разработать методы безопасной их ликвидации.
Отмечается, что ученые всего мира бились над раскрытием этого «секрета плутония» последние 50 лет, хотя само явление ядерного магнитного резонанса было открыто еще в 30-е годы прошлого века. Первую полезную «отдачу» от своего открытия специалисты собираются получить уже скоро: пусть решение задачи об утилизации ядерных отходов – это дело будущего, но зная параметры ядерного магнитного резонанса для плутония, ученые уже сейчас могут точно определить для каждого образца отходов, как их максимально безопасно хранить.