Neues Molekül weckt Hoffnung für sicheren Umgang mit Atommüll

Forscher haben es nach vielen Jahren der Vorbereitung geschafft, ein neues Molekül mit einem der seltensten Elemente überhaupt her­zustellen. Der Durchbruch weckt dabei Hoffnung für einen si­che­re­ren Umgang mit dem problematischen Müll der Kernkraft.

Einkapseln in Kohlenstoff

Nach intensiver Planung und Vorbereitung erreichte eine winzige Probe des seltenen, radioaktiven Elements Berkelium das Lawrence Berkeley National Laboratory. Dabei handelt es sich um ein Transuran mit der Ordnungszahl 97. Die Wissenschaftler hatten lediglich 48 Stunden Zeit, um mit der Probe zu experimentieren, bevor sie durch die geringe Halbwertzeit unbrauchbar wurde.

Unter strengen Sicherheitsvorkehrungen arbeiteten rund 20 Forscher mit dem Berkelium, das in einer speziellen Schutzbox vor Luft und Feuchtigkeit abgeschirmt wurde. Durch eine chemische Reaktion kombinierten sie das Metall mit einer organischen Verbindung aus Kohlenstoff und Wasserstoff. Der entscheidende Moment kam, als das Lösungsmittel, das normalerweise rötlich gefärbt ist, sich plötzlich dunkelviolett verfärbte.


Dies zeigte den Forschern, dass sie ein völlig neues Molekül namens Berkelocen geschaffen hatten. Diese Verbindung stellt wissenschaftliche Annahmen über die Bindung von Kohlenstoff mit schweren Metallen infrage. Die Entdeckung könnte langfristig dazu beitragen, sicherere Methoden zur Entsorgung von nuklearem Abfall zu entwickeln, so ein in der Fachzeitschrift Science veröffentlichtes Paper.

Grob gesagt geht es hier darum, die schweren Atome radioaktiver Metalle in einen Ring aus Kohlenstoff-Atomen einzubetten, wodurch die Gefährlichkeit deutlich sinken würde. Allerdings wäre es noch ein weiter Weg, bevor ein entsprechendes Verfahren vom Labor-Experiment mit Berkelium auch auf andere Elemente übertragen werden könnte. Zusätzlich müsste es auch noch von wenigen Atomen auf große Mengen skaliert werden. Ob dies je gelingt, lässt sich aktuell nicht sagen.

Außergewöhnlicher Stoff

Berkelium wurde 1949 von dem renommierten Chemiker Glenn Seaborg an der University of California, Berkeley entdeckt und gehört zu den seltensten synthetischen Elementen. Seit 1967 wurde in den USA insgesamt nur etwa ein Gramm Berkelium produziert, vorwiegend am Oak Ridge National Laboratory in Tennessee. Für das Experiment am Berkeley Lab standen lediglich 0,3 Mikrogramm zur Verfügung - eine winzige Menge, die dennoch eine bahnbrechende Entdeckung ermöglichte.

Besonders herausfordernd war die hohe Luftempfindlichkeit und Radioaktivität des Elements. Erst nach erfolgreicher Kristallisation des neuen Moleküls und anschließender Analyse mittels Röntgenbeugungsspektroskopie konnten die Forscher sicher sein, dass sie eine bisher unbekannte molekulare Struktur entdeckt hatten. Die besondere Geometrie der Verbindung - ein Berkelium-Atom zwischen zwei achtringigen Kohlenstoffringen - erinnert an ein "Sandwich" und besitzt eine hohe Symmetrie, was für Chemiker von großem Interesse ist.


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