Des physiciens utilisant l’Installation européenne de rayonnement synchrotron ont créé un nouveau composé du plutonium (Pu) avec un état d’oxydation pentavalent inattendu – Pu (V). Ce nouveau composé est solide et stable, et pourrait représenter une phase transitoire dans les dépôts de déchets radioactifs.
Une nanoparticule de dioxyde de plutonium. Crédit photo : Kristina Kvashnina.
L’une des propriétés les plus fondamentales du comportement chimique du Pu est la variété de ses états d’oxydation (l’état d’oxydation est défini par le nombre d’électrons qui sont retirés des orbitales de valence d’un atome neutre).
Quatre états d’oxydation (de III à VI) peuvent coexister dans des conditions environnementales, les états (VII) et même (VIII) sont proposés pour être stables dans des conditions d’oxydation hautement alcalines.
Le Pu dans l’état d’oxydation pentavalent, Pu (V), possède trois électrons dans la coquille 5f, laissant les orbitales 6d vides.
“Tout a commencé lorsque nous avons essayé de créer des nanoparticules de dioxyde de plutonium en utilisant différents précurseurs”, a déclaré le Dr Kristina Kvashnina, physicienne au Helmholtz Zentrum Dresden-Rossendorf et basée à la ligne de faisceau ROBL du synchrotron européen, et ses collègues.
Lorsque les chercheurs ont utilisé le précurseur Pu (VI), ils se sont rendu compte qu’une étrange réaction avait lieu pendant la formation des nanoparticules de dioxyde de plutonium.
“Chaque fois que nous créons des nanoparticules à partir des autres précurseurs, Pu(III), (IV) ou (V), la réaction est très rapide, mais ici nous avons observé un phénomène bizarre à mi-chemin”, a expliqué le Dr Kvashnina.
“Nous avons compris qu’il devait s’agir de Pu (V), du plutonium pentavalent, une forme inédite de l’élément, après avoir réalisé une expérience de détection par fluorescence à haute résolution énergétique.”
Les expériences ultérieures ont confirmé les hypothèses initiales et ont même démontré la stabilité à long terme de la phase.
“C’est une tâche difficile et seules des prédictions théoriques sont possibles, mais l’existence de cette nouvelle phase solide de Pu(V), qui est stable, devra être prise en compte à partir de maintenant”, a déclaré le Dr Kvashnina.
“Cela changera, à coup sûr, les prédictions théoriques du comportement du plutonium dans l’environnement sur une période de plusieurs millions d’années.”
Les résultats ont été publiés dans la revue Angewandte Chemie.
