Πέντε δεκαετίες χρειάστηκε να περιμένουν οι φυσικοί για να μπορέσουν να αποκαλύψουν την ταυτότητα του πλουτωνίου-239. Η δομή του σχάσιμου στοιχείου αναλύθηκε επιτέλους με τη βοήθεια της Φασματοσκοπίας Μαγνητικού Συντονισμού (nuclear magnetic resonance spectroscopy, NMR). Αμεση συνέπεια του επιτεύγματος, το οποίο δημοσιεύεται στην επιθεώτηση Science, αναμένεται να είναι η καλύτερη διαχείριση πυρηνικών αποβλήτων.

Οι δυσκολίες

Η Φασματοσκοπία Μαγνητικού Συντονισμού έχει χρησιμοποιηθεί για την ταυτοποίηση της μοριακής δομής πολλών στοιχείων, ιδιαιτέρως όσων ο πυρήνας έχει κβαντική στροφορμή (spin) μισού ακεραίου, πράγμα που συμβαίνει με το υδρογόνο και ισότοπα του άνθρακα. Ο πυρήνας του πλουτωνίου-239 ήταν ο τελευταίος με τέτοια κβαντική στροφορμή που είχε απομείνει να μελετηθεί. Ενας από τους βασικούς λόγους της καθυστέρησης είναι το γεγονός ότι το πλουτώνιο διαθέτει μια σειρά περίπλοκων μαγνητικών ιδιοτήτων οι οποίες παρεμποδίζουν τις μετρήσεις. Ενας εξίσου σοβαρός λόγος είναι οι περιορισμοί στη διαχείριση δυνητικά επικίνδυνου πυρηνικού υλικού.

Η «απόλυτη» ψύξη έδωσε την απάντηση

Προκειμένου να υπερνικήσουν τα προβλήματα που ανέκυπταν από τις μαγνητικές ιδιότητες του πλουτωνίου, ο Γεώργιος Κουτρουλάκης (Georgios Koutroulakis) και οι συνεργάτες του στο αμερικανικό Εθνικό Εργαστήριο Los Alamos στο Νέο Μεξικό, χρησιμοποίησαν σκόνη διοξειδίου του πλουτωνίου υψηλής καθαρότητας την οποία έψυξαν σε θερμοκρασία μόλις τεσσάρων βαθμών πάνω από το απόλυτο μηδέν. Η ψύξη αφενός αύξησε το παράθυρο χρόνου κατά το οποίο θα μπορούσαν να πραγματοποιήσουν μετρήσεις και αφετέρου σχεδόν εκμηδένισε τις μαγνητικές επιδράσεις.

Η αποκάλυψη της υπογραφής του ισοτόπου θα επιτρέψει πια στους φυσικούς να ανιχνεύουν το πλουτώνιο όταν αυτό βρίσκεται σε πυρηνικά καύσιμα ή απόβλητα. «Δυνητικά θα μπορούσε κανείς να λαμβάνει ένα μικρό δείγμα πυρηνικών αποβλήτων και με έναν ασφαλή και σχετικά φτηνό τρόπο να πληροφορείται την ακριβή σύστασή τους, έτσι ώστε να λαμβάνει τα κατάλληλα μέτρα αποθήκευσης ή χρήσης τους» σημείωσε ο κ. Κουτρουλάκης.