从左起，第一作者Frankie White, Samantha Schrell，第一作者Nikki Thiele和Megan Simms首次使用单晶x射线衍射合成并表征了镭化合物。图片来源:Frankie White/ORNL，美国能源部

　　对弗兰基·怀特(Frankie White)来说，2023年初改变了他的生活——无论是在家里还是在工作上。

　　怀特是放射性同位素科学与技术部同位素科学与工程理事会同位素应用研究小组的研发助理，当时他正在接近一个重要的里程碑:利用单晶x射线衍射首次合成和表征镭化合物。

　　与此同时，他也在准备成为一名父亲。

　　今年2月，怀特和ORNL物理科学理事会化学科学部的同事尼基·蒂勒(Nikki Thiele)收到了他们建立支持他们研究的反应所需的镭。团队成员Sam Schrell和Megan Simms成功地合成了一种分子镭复合物，并使用单晶x射线衍射来表征其性质，然后认真记录他们的发现，最终将发表在同行评审的《自然化学》杂志上。

　　今年3月，他和妻子阿曼达迎来了他们的第一个孩子。

　　为了平衡初为人母和写作，怀特笑着说:“我没有睡觉。”他指出，他在儿子出生前的一个月里试图完成这篇论文。

　　有关镭的论文发表于2023年11月，当时他的儿子8个月大。那时，怀特正积极参与另一项开创性的研究，这次是作为一个由ornl领导的18名科学家组成的团队的一员，他们试图表征另一种同位素钷的特性。

　　怀特和蒂勒的研究揭示了镭的配位化学，这可以帮助科学家通过设计一种叫做螯合剂的分子来开发基于镭的癌症治疗方法，镭可以附着在螯合剂上，这样镭就可以直接输送到肿瘤部位。

　　关于镭如何与其他分子结合的信息很难获得，因为这种高放射性元素的数量很少。怀特和蒂勒发明了用钡结晶镭化合物的方法，钡在研究中经常被用作镭的替代品。这是第一次对镭结构的单晶进行分析。

　　Frankie White于2022年1月加入ORNL。图片来源:Genevieve Martin/ORNL，美国能源部

　　重要的是，他们的工作揭示了镭与钡的显著不同，因此使用钡设计的螯合剂并不总是最适合镭，正如研究人员之前所假设的那样。

　　怀特说:“一开始确实有点令人困惑。“这个反应并没有产生我们期望的化合物。晶体的形状和正常的不一样。我认为这些晶体甚至可能不含镭，因为它与我以前看到的太不一样了。”

　　出乎意料的结果使他们发表了令人兴奋的论文。

　　怀特说:“它最终比我们试图制造的东西更酷。”他计划在镭化学研究的基础上继续研究。“如果我们能够增加关于镭的化学行为的基础知识，其他研究人员将能够开发出他们需要的螯合剂，将其带到身体的其他部位。”

　　15年前，作为南阿拉巴马大学(University of South Alabama)的一名本科生，怀特正在接受一种不同类型的建筑训练:他一开始是建筑学专业的学生。

　　但怀特认为这不是他的职业道路，在寻找新的专业时，他发现自己喜欢化学——特别是重元素。

　　怀特不确定这种兴趣会把他的事业带向何方。他在南阿拉巴马大学(University of South Alabama)完成了生物化学学士学位，随后又获得了环境毒理学硕士学位。不久之后，他获得了佛罗里达州立大学无机化学博士学位。怀特在那里的重元素化学工作使他在洛斯阿拉莫斯国家实验室获得了为期一年半的博士后职位，随后在2020年至2022年期间成为全职科学家。

　　“我开始学生物化学是因为我对医学相关领域感兴趣，”怀特说，但后来他发现自己在攻读硕士和博士学位时从事的是纯无机化学。怀特研究的是金属元素的f块(代表“基本”)。作为元素周期表的一个子集，f-block包括两个系列:镧系元素(57-71号元素，其中只有钷是放射性的)和锕系元素(89-103号元素，通常是放射性的)。

　　最终，怀特在洛斯阿拉莫斯的工作提供了一条回到医学化学的道路。在洛斯阿拉莫斯，他研究了从传统医疗设备中提取镭的新方法，将其从金属中分离出来。随后，他进行了与钚生产有关的研究。

　　“我真的很喜欢洛斯阿拉莫斯，但我想家，在南方，”怀特说。作为阿拉巴马州莫比尔的本地人，他和阿曼达想要更亲近家人。

　　ORNL提供了合适的机会，怀特于2022年1月加入了该实验室。除了镭方面的工作，怀特还在研究钚生产和钷化学的工艺优化。

　　“这就是ORNL的好处:你可以涉足不同的领域，”怀特说。“你可以在生产和研究方面跨部门工作。合作很重要。”

　　这就是ORNL的好处:你可以把脚放在不同的地方。你可以在生产和研究方面跨部门工作。协作很重要。

　　——弗兰基·怀特

　　弗兰基·怀特(左)坐在为早期职业科学家提供卓越研究发展项目的办公室里。图片来源:Carlos Jones/ORNL，美国能源部

　　例如，在制备钷的化学复合体并首次使用x射线光谱学来了解这种稀有元素的性质的团队中，怀特不仅与多个ORNL主管部门的科学家合作，而且还与布鲁克海文国家实验室的科学家合作。研究人员利用ORNL的高通量同位素反应堆和放射化学工程开发中心合成和纯化了钷，并在布鲁克海文的国家同步加速器光源II上进行了x射线吸收光谱分析。计算和模拟在橡树岭领导计算设施进行。

　　这项研究发表在今年5月的《自然》(Nature)杂志上，具有开创性意义，因为1945年在橡树岭实验室发现的钷，在之前的信息匮乏中留下了镧系元素系列的空白。该团队的研究可能会导致分离镧系元素的改进、更简单的方法，镧系元素的用途从医疗到太空旅行的核电池都有。

　　“使用钷的最大障碍是从其他f元素中提纯它，”怀特说，他称这项研究“非常令人兴奋”。

　　怀特仍在探索自己的长期职业目标。他喜欢指导学生和管理团队，就像喜欢f元素研究一样。

　　“我喜欢为了一个更大的目标把人们聚集在一起，”怀特说。“我是一个善于交际的人。”

　　这也延伸到了他的个人生活中。

　　“我想尽我所能成为儿子最好的榜样，”他说。“我的父亲是我的榜样。”

　　除了与家人共度时光外，怀特还喜欢垒球、社交，并将自己的技能应用于烧烤。他说，这种烹饪热情让他既能发挥化学作用，也能发挥创造力。

　　“烧烤是一门艺术，”他说，“有时候化学反应也是一门艺术。”

　　UT-Battelle为美国能源部科学办公室管理ORNL，该办公室是美国物理科学基础研究的最大支持者。科学办公室正在努力解决我们这个时代的一些最紧迫的挑战。欲了解更多信息，请访问energy.gov/science。