بعد بحث استمر 80 سنة.. العلماء يحلون لغز عنصر البروميثيوم النادر

البروميثيوم هو أحد عناصر اللانثانيد الخمسة عشر الموجودة في أسفل الجدول الدوري. تُعرف هذه المعادن أيضًا باسم الأتربة النادرة، ولها عدد من الخصائص المفيدة، بما في ذلك المغناطيسية القوية والخصائص البصرية غير العادية، مما يجعلها ذات أهمية خاصة في الأجهزة الإلكترونية الحديثة.

يقول إيليا بوبوفز، عضو فريق البحث والتطوير في مختبر أوك ريدج الوطني (ORNL): “يستخدم البروميثيوم في أجهزة الليزر، وهو جزء من شاشات الهواتف الذكية. كما أنه يستخدم في مغناطيسات قوية جدًا في توربينات الرياح والمركبات الكهربائية”. شارك في تأليف دراسة جديدة نشرت في مجلة الطبيعة.

البروميثيوم نفسه، الذي اكتشفه علماء ORNL في عام 1945، له بعض التطبيقات البسيطة في البطاريات الذرية وتشخيص السرطان. لكن العلماء لديهم فهم محدود للغاية لكيمياء العنصر، مما يحول دون استخداماته على نطاق أوسع.

وقال ألكسندر إيفانوف، عضو الفريق، لموقع Live Science: إن دراسة العنصر المشع كانت تحديًا دام عقودًا، ويرجع ذلك جزئيًا إلى صعوبة الحصول على عينة مناسبة.

قال إيفانوف: “لا يحتوي البروميثيوم على نظير مستقر. وجميعها مشعة، مما يعني أنها تتحلل إلى عناصر أخرى مع مرور الوقت. ويتم الحصول على هذا العنصر من خلال عملية الانشطار، لذا فهو نادر وصعب الدراسة.

المنتج الوحيد للبروميثيوم-147، وهو نظير للعنصر ذو نصف عمر مشع يبلغ 2.6 سنة. وباستخدام طريقة تم تطويرها العام الماضي، قام الباحثون بفصل هذا النظائر عن تيارات نفايات المفاعلات النووية، مما أدى إلى إنشاء أنقى عينة ممكنة للدراسة.

قام الفريق بدمج هذه العينة مع جزيء مصمم خصيصًا لاحتجاز ذرات المعدن، وتشكيل مركب مستقر في الماء. قام الجزيء المنسق، المعروف باسم PyDGA، بتشكيل تسع روابط بين البروميثيوم والأكسجين، مما أعطى الباحثين أول فرصة على الإطلاق لتحليل خصائص الترابط لمجمع البروميثيوم.

ومع ذلك، فإن التحليل في حد ذاته لم يكن مسألة تافهة.

وقال إيفانوف: “نظرًا لأن البروميثيوم مشع، فإنه بمجرد اضمحلاله، يتحول إلى العنصر المجاور، وهو السماريوم”. “لذلك سيكون لديك كمية صغيرة من التلوث على شكل سماريوم.”

استخدم الفريق تقنية عالية التخصص خاصة بالعناصر تسمى التحليل الطيفي لامتصاص الأشعة السينية المعتمد على السنكروترون. قصفت الفوتونات عالية الطاقة الناتجة عن مسرع الجسيمات مجمع البروميثيوم لبناء صورة لمواقع الذرات وأطوال الروابط. سمحت الاختلافات الدقيقة في أطوال روابط فلز الأكسجين للفريق بالتركيز على الرابطة الرئيسية بين البروميثيوم والأكسجين، مع استبعاد أي سماريوم ملوث.

والأهم من ذلك أن هذه المعلومات أتاحت لأول مرة مقارنة خصائص البروميثيوم مع المجمعات الأرضية النادرة الأخرى.

وقال بوبوفز: “نأمل أن تساعد الأفكار الأساسية التي نقدمها العلماء الآخرين في كيفية تصميم تقنيات فصل أفضل، وربما يمكن أن تحفز المزيد من الاهتمام بدراستها لتطبيقات أخرى”.