原子能院建成国内首个锕系元素化合物低温光谱研究实验平台

近日，原子能院放射化学研究所建成国内首个锕系元素化合物低温光谱研究实验平台，并取得重要研究进展。该平台是具有世界领先水平的兼具样品制备、精确光谱测定与计算、结构和性能研究的锕系化合物与材料研究设施，提升了我国锕系化合物的基础研究能力和水平，为锕系化合物的后续相关基础和应用研究奠定了坚实基础。

低温光谱测定平台

锕系元素(不包含钍)化合物具有丰富的电子能级光谱和相关的振动能级耦合光谱，对这些光谱进行精确测定，可为锕系浓度分析、化合物表征、配位研究以及反应性能等相关应用科学研究提供关键信息。然而受到温度展宽效应的影响，锕系化合物的光谱在常温情况下会呈现较宽的谱峰，形成较大重叠，无法提供精细的能级信息。

相比于常温状态，温度展宽效应在低温状态下可被消除，谱峰将分裂成锐利的谱线，由此可有效区分光谱中的电子能级和振动能级，并与相关的物化性能明确关联。为此，放射化学研究所项目团队克服了洁净室改造、仪器调试、疫情影响等困难，成功建成国内首个锕系元素化合物低温光谱研究实验平台。该平台采用闭式液氦循环，可将锕系化合物样品降温到3.3K(开尔文)的低温;以窄线宽激光器作为光源、高分辨光谱仪作为探测器，可精细测定化合物的光谱;通过集成设计，实现了对同一低温样品进行荧光光谱及寿命、吸收光谱和拉曼光谱的测定，并建立了针对相关光源和探测器校准、仪器信号同步以及大量实验数据的独特处理方法。通过测定代表性铀酰化合物的低温吸收与荧光光谱，项目团队确定了电子跃迁与振动能级的相互耦合，并拓展了锕系元素激发态计算方法，阐明了锕系离子f-f(电子壳层)电子跃迁与锕酰离子振动耦合的理论机制。在此基础上，项目团队还通过在计算中引入一阶微扰方法，成功得出与电子跃迁能级耦合的不同振动能级。

基于院长期基础研究专项，原子能院培养了一批优秀青年人才，形成了一支专业的锕系化合物实验与理论基础研究团队。未来，项目团队将依托平台持续开展锕系化合物光谱能级测定及应用基础前沿研究。