藝術家對在測量含錒系元素樣品的共振非彈性 X 射線散射過程中出現的信號 (r) 的印象。 (圖片：S. Lehchanska/自然)
2 月 11 日，卡爾斯魯厄理工學院(KIT)的國際研究團隊在《自然通訊》上發表了一項重要研究成果，他們開發了一種全新的方法來研究錒系元素。該方法為理解這些重放射性元素的電子結構和鍵合特性提供了獨特的視角，有望支持更好的放射治療方法的開發，并有助于更深入地了解錒系化合物在環境和核廢料處理過程中的行為。
錒系元素包括元素周期表中的14種元素，如釷、鈾、镎、钚和镅等。這些元素的原子擁有90到103個電子，其中5f軌道中的電子受到量子力學現象和復雜電子相互作用的影響尤為強烈，導致它們展現出一些特殊且有時難以預測的特性。
盡管已有多種測量方法用于研究錒系元素化合物的電子結構，但這些方法的信息價值有限。為此，KIT核廢料管理研究所(INE)的研究人員采用了一種特殊的測量技術——“M4共振非彈性X射線散射”，詳細研究了錒系化合物中相對高能量、以往被忽視的信號。通過熟練測量和評估該信號，研究人員能夠更深入地理解錒系原子的電子結構和鍵合行為。
該方法首先揭示了化合物中錒系原子上5f電子的數量，進而通過稍微修改的測量裝置確定了錒系元素原子如何利用5f電子與其他原子結合。這一發現為通過實驗驗證理論計算和計算機模型提供了可能，對于預測含錒系元素化合物在地殼、鈾礦開采或最終儲存庫中的行為至關重要。
此次研究得益于KIT光源產生的X射線，該光源使得研究人員能夠在非常小的物質量(通常只有千分之一克)上進行實驗。INE的研究人員在處理和測量放射性錒系元素方面擁有豐富經驗，他們表示，研究成果歸功于KIT光源的獨特條件以及進行長時間測量的可能性。此外，該方法也可在世界各地的其他同步加速器上使用。
此次研究還得到了海德堡大學理論物理研究所的Michelangelo Tagliavini和Maurits W. Haverkort教授以及來自INE的Harry Ramanantoanina的大量計算支持。同時，來自美國、法國和瑞士的研究人員也為卡爾斯魯厄的科學家提供了樣品支持。
