2021年3月25日
被称为锕系元素的重元素是医学、能源和国防的重要材料。但是，尽管第一批锕系元素是50多年前由伯克利实验室的亚博网站下载科学家发现的，但我们仍然不太了解它们的化学性质，因为这些高放射性元素（或同位素）只有少量它们每年都生产，价格昂贵，而且它们的放射性使它们难以安全处理和储存。
但这些阻碍锕系元素研究的巨大障碍可能有一天会成为过去。科学家在美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)和加州大学伯克利分校的演示了一个世界领先的电子显微镜如何形象锕系元素样品小作为一个毫微克(1000000000克)——一个量好几个数量级小于所需的常规方法。
他们的研究结果最近发表在自然传播这对共同资深作者Rebecca Abergel来说尤其重要，她在螯合剂(金属结合分子)方面的工作已经导致了癌症治疗、医学成像和对抗核威胁的医学对策等方面的新进展。
阿伯格尔是伯克利实验室化学科学部重元素化学项目的负责人，也是加州大学伯克利分校核工程助理教授。亚博老虎机网登录
“锕系元素的化学键仍有许多未解之谜。有了这种最先进的仪器，我们终于能够探测锕系化合物的电子结构，这将使我们能够完善应用于医药、能源和安全领域的各种系统的分子设计原则。”阿伯格尔说。
“我们证明，你可以用更少的材料（一纳克）工作，即使得不到更好的数据，也可以得到同样的数据，而不必投资于放射性材料专用仪器。”亚博网站下载共同资深作者、伯克利实验室分子铸造厂国家电子显微镜中心设备主任、加州大学伯克利分校材料科学与工程教授Andy Minor说。亚博网站下载亚博老虎机网登录
允许研究人员使用一纳克的锕系元素样品将大大降低使用以前方法进行实验的高成本。例如，一克锕系元素锫的价格高达令人瞠目结结的2700万美元。Minor补充说，一纳克的锕系元素样品也可以减少辐射暴露和污染风险。
在分子铸造厂原子分辨率电子显微镜0.5团队（透射电子畸变校正显微镜）的一组实验中，研究人员对伯克利和加利福尼亚的单个原子成像，以证明他们的方法所需的锕系材料少了多少。
在另一组使用电子能量损失谱（EELS）的实验中，研究人员惊奇地发现在伯克利厄姆发现了一种微弱的电子结构“旋轨道耦合”,一种能影响金属原子如何与分子结合的现象。
"这在以前从未被报道过，共同作者Peter Ercius说，他是分子铸造厂的职员科学家，负责监督0.5显微镜小组。“这就像大海捞针。我们能看到的真是太神奇了。”
联合首席作者亚历山大·穆勒（Alexander Müller）认为，伯克利实验室跨学科的“团队科学”方法汇集了电子显微镜、重元素化学、核工程和材料科学领域的世亚博老虎机网登录界顶级专家进行这项研究。亚博网站下载
“因为伯克利实验室吸引了来自各个科学领域的惊人的研究人员，这样的跨学科合作工作在这里很自然，”亚博老虎机网登录他说。"我个人认为这方面对这个项目非常有益。现在我们已经建立了这种方法，我们可以在锕系元素的研究中寻求许多新的方向。”Müller在研究期间是伯克利实验室分子铸造和加州大学伯克利分校材料科学与工程系的博士后学者。亚博网站下载亚博老虎机网登录
他现在是国际管理咨询公司卡尼（Kearney）在德国慕尼黑办事处的合伙人。
为研究制定的安全规程包括在专用实验室进行样品制备和对工作区域进行仔细调查。研究人员说，由于样品是用每一种同位素的极微量(1-10毫微克)制备的，因此对设备的污染危害也被降到最低。app亚博体育
研究人员希望将他们的方法应用于其他锕系元素的研究，包括锕、爱因斯坦和费米。
“我们从这些微量放射性元素中获得的信息越多，我们就越有能力为放射治疗癌症和其他有用的应用开发新材料。”亚博网站下载微小说。
该论文的合著者包括前伯克利实验室博士后学者Gauthier Deblonde（合著者），现在是劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的研究科学家，以及加州大学伯克利分校材料科学与工程系的研究生Steven Zeltmann。亚博网站下载亚博老虎机网登录
分子铸造厂是美国能源部伯克利实验室科学办公室的用户设施。亚博老虎机网登录
锫-249和锎-249氯化物起始材料由科学办公室的同位素计划提供。亚博网站下载亚博老虎机网登录
这项工作得到了美国能源部科学办公室的支持。亚博老虎机网登录美国国家科学基金会提供了额外的资金。亚博老虎机网登录
劳伦斯·伯克利国家实验室（Lawrence Berkeley National Laboratory）及其科学家成立于1931年，他们相信最大的科学挑战最好由团队来解决，因此获得了14项诺贝尔奖。今天，伯克利实验室的研究人员开发可持续能源和环境解决方案，创造有用的新材料，推进计算前沿，探索生命、物质和宇宙的奥秘。来自世界各地的科学家依靠实验室的设施进行他们自己的科学发现。伯克利实验室是一个多程序的国家实验室，由加利福尼亚大学为美国能源部的科学办公室管理。亚博网站下载亚博老虎机网登录
美国能源部科学办公室是美国物理科亚博老虎机网登录学基础研究的最大支持者，正在努力解决我们这个时代一些最紧迫的挑战。有关更多信息，请访问energy.gov/science。
资料来源：http://www.lbl.gov/