.Unlocking the Mystery of Promethium: The Rare Earth Element Without Stable Isotopes
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.Unlocking the Mystery of Promethium: The Rare Earth Element Without Stable Isotopes
안정 동위 원소가 없는 희토류 원소, 프로메튬의 미스터리 풀기
미국 에너지부 제공2025년 4월 2일댓글 유기 리간드로 둘러싸인 프로메튬 유기 리간드로 둘러싸인 바이알에 담긴 희토류 원소 프로메튬을 보여주는 개념 예술. 과학자들은 프로메튬의 숨겨진 특징을 발견하여 다른 란타넘족 원소에 대한 연구의 길을 열었습니다. 출처: Jacquelyn DeMink, 미술; Thomas Dyke, 사진;
ORNL, 미국 에너지부 과학자들은 최초로 프로메튬 배위 복합체를 특성화해 란타넘족 원소에 대한 이해를 높이는 데 기여했습니다. 희토류 원소인 프로메튬은 안정된 동위 원소가 없다는 점에서 독특합니다. 그 결과, 끊임없이 붕괴되어 연구하기 어렵습니다. 이 연구에서 과학자들은 동위 원소 프로메튬-147의 순수한 샘플을 성공적으로 분리하고 분자와 결합하여 물에서 안정된 복합체를 형성했습니다.
그런 다음 X선 흡수 분광법을 사용하여 화합물의 구조를 분석하고 화학적 결합을 조사했습니다. 프로메튬에 대한 수요는 페이스메이커, 유도 미사일, 통신 장비 및 기타 기술과 같은 장치에 전원을 공급하는 발광 페인트, 조명 및 핵 배터리에서의 응용 분야로 인해 증가하고 있습니다. 또한 방사성 영상 및 암 치료에 사용할 수 있는 잠재력을 보여줍니다. 프로메튬은 화학적으로 유사하고 분리하기 어려운 15가지 금속 원소로 구성된 란타넘족 계열의 일부입니다. 프로메튬의 화학적 특성을 이해하면 분리 방법을 개선하고 새로운 응용 분야로의 문을 열어 더 순수하고 더 많은 양의 원소를 생산할 수 있습니다.
현재 에너지부 동위원소 프로그램은 프로메튬-147의 유일한 세계 생산자입니다. 프로메튬과 유기 분자의 결합 과학자들은 프로메튬과 유사한 원소와 화합물을 형성하는 것으로 알려진 유기 분자를 사용하여 수용액에서 프로메튬과 결합시켰습니다. 이를 통해 안정된 화합물이 생성되어 연구자들은 X선 흡수 분광법을 사용하여 프로메튬과 연결된 산소 원자 사이의 결합 길이를 측정할 수 있었습니다.
연구자들은 프로메튬 복합체의 전자 구조를 연구하여 프로메튬의 화학적 및 물리적 특성과 이러한 특성이 다른 란타넘족 원소와 어떻게 다른지에 대한 새로운 정보를 제공할 수 있었습니다. 프로메튬과 다른 란타넘족 원소의 차이점은 과학자들이 란타넘족 계열에서 원자 번호가 증가함에 따라 원소와 분자 간의 결합이 짧아진다는 것을 알게 되었기 때문에 특히 중요합니다. 61번 원소인 프로메튬까지 말입니다.
프로메튬과 원자 번호가 더 높은 란타넘족 원소의 경우 이온 반경의 수축이 느려지고 결합 길이가 더 느린 속도로 감소합니다. 이 화학을 이해하면 프로메튬 생산을 늘리는 데 필요한 더 나은 분리 방법을 찾을 수 있습니다.
참고문헌: Darren M. Driscoll, Frankie D. White, Subhamay Pramanik, Jeffrey D. Einkauf, Bruce Ravel, Dmytro Bykov, Santanu Roy, Richard T. Mayes, Lætitia H. Delmau, Samantha K. Cary, Thomas Dyke, April Miller, Matt Silveira, Shelley M. VanCleve, Sandra M. Davern, Santa Jansone-Popova, Ilja Popovs 및 Alexander S. Ivanov의 "용액에서 프로메튬 복합체 관찰", 2024년 5월 22일, Nature . DOI: 10.1038/s41586-024-07267-6
이 연구는 주로 에너지부(DOE) 과학국, 기초 에너지 과학국의 화학, 지구과학 및 생명과학부, 재료과학 및 공학부의 리간드 합성, 란타넘족 착물화 연구, 결정화 공정, 분광 분석 및 시뮬레이션 노력을 위한 공동 후원을 받았습니다. 프로메튬 샘플의 생산, 정제 및 준비는 과학국 내의 동위원소 연구개발 및 생산국에서 관리하는 DOE 동위원소 프로그램에서 지원했습니다. 단결정 X선 회절 데이터 수집 및 정제는 DOE 과학국, 기초 에너지 과학국의 화학, 지구과학 및 생명과학부에서 지원했습니다.
메모 2504040435_소스1.분석중【】
양성자 원소기반 물질은 msbase에 속한다. 그런데 중성자 원소 기반 물질도 존재한다. 그러나 중성자 구조체(보기4.) 기반은 msbase+oss(중성자 구조체)를 통한 msoss 암흑물질이 나타난다. 이런 물질이 보통물질계에 존재하는지 여부는 모르겠으나 존재해야만 보통물질계가 역 정의역(*) 될듯 하다. 어허.
보기4.
sample msoss
zxdxybzyz
zxdzxezxz
xxbyyxzz
zybzzfxzy
cadccbcdc
cdbdcbdbb
xzezxdyyx
zxezybzyy
bddbcbdca
_【2】원소 61 프로메튬은 란타넘족에 속하는 희토류 원소이다. ‘제3의 불’이라고 하는 핵분열 생성물 속에서 발견됐기 때문에 희귀하게 방사성 동위원소만 존재한다. 다만 가장 안정한 동위원소의 반감기가 2.6년정도로 짧다. 물론 우주에는 수많은 자연 핵분열이 행해져 엄청나게 많지만, 지구 지각에 존재하는 프로메튬의 최대량은 고작 600g으로, 이 중 우라늄의 자발적 핵분열에 의해 생성되는 양이 560g이다.
반감기가 약 500경 년인 유로퓸-151의 알파붕괴로도 12g 정도가 생성된다. 드물게 네오디뮴이 우주선을 조사받아 극미량이 생성되기도 한다. 이를 응용해 우라늄-235, 238 또는 네오디뮴-146에 중성자를 쬐어 프로메튬-147을 만들 수 있다.
현재까지 g 단위로 생산하는 나라는 러시아뿐이다. 실제론 활용성 때문에 반감기가 2.623년에 불과한 147Pm만 생산된다. 프로메튬 147은 안전한 알파선 붕괴만 하므로 발광 페인트에 쓰이는데, 반감기가 2.6년으로 짧아서 몇 년 지나면 빛이 흐려진다.
물론 야광물질로 더 오래 쓸 수 있는 반감기가 긴 것들이 대체 되고 있다. 발광 페인트용으로는 반감기가 12.3년쯤 되는 삼중수소에 밀린다. 물론 발광용으로 영구히 쓸수 있는 물질은 보기4. 중성자 구조체를 이용하면 된다. 문제는 그게 암흑물질일 가능성 때문에 발광별에서 찾아야 할듯 하다. 어허.
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