Depuis une quinzaine d'années, nous menons au CEA des études théoriques destinées à comprendre la solvatation et la complexation en milieu aqueux et organique des éléments lanthanides (Ln) et actinides (An) à différents degrés d'oxydation. Ces recherches sont menées au CEA pour des applications dans le domaine du retraitement du combustible nucléaire usé, de la toxicologie nucléaire et de l'imagerie médicale par résonance magnétique (IRM).
Un des objectifs est de simuler quantitativement les phénomènes dynamiques impliqués (échanges de molécules d'eau, etc.) ainsi que les grandeurs thermodynamiques associées lors de la complexation d'ions Ln ou An avec des molécules organiques en solution. Nos travaux sont basés sur des simulations de dynamique moléculaire classique utilisant un champ de forces polarisable (AMOEBA). Compte tenu de la nature des éléments étudiés et de la nécessité d'avoir une démarche prédictive, les champs de forces “classiques” ne sont pas adaptés et des développements méthodologiques sont nécessaires. Notre approche est basée sur un nombre limité de paramètres transférables et dérivés à partir de calculs ab initio uniquement, sans inclure de données expérimentales. Les paramètres pour les éléments 4f et 5f sont obtenus à partir de données fondamentales de référence telles que les polarisabilités dipolaires atomiques et les courbes d'énergie potentielle pour des dimères ion-eau ou ion-ligand. Les problèmes spécifiques posés par les ions lanthanides et actinides et les solutions théoriques proposées seront présentés. Les résultats porteront sur la structure des couches d'hydratation, la dynamique et les enthalpies libres d'hydratation de cations lanthanides et actinides.
Ce projet collaboratif regroupe des équipes du CEA, de l'UPMC, de l'Université de Strasbourg, de l'Ecole Polytechnique et de l'Université d'Austin (USA).
| Type : | : | affiche |
| Mots-Clés | : | lanthanide ; actinide ; champ de forces polarisable ; dynamique moléculaire |
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