Vova Krasen
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Mit Protonenstrahlen und Lasern haben Physiker zum ersten Mal eines der Schlüsselgeheimnisse des seltensten natürlich vorkommenden Elements der Erde entdeckt: Astat.
Astatin ist ein "Halogen", was bedeutet, dass es chemische Eigenschaften mit Fluor, Chlor, Brom und Jod teilt (alle Elemente, die typischerweise mit Metallen unter Bildung von Salzen binden). Mit 85 Protonen ist es jedoch schwerer als Blei und auf der Erde außerordentlich selten - das seltenste der Elemente, die in der Erdkruste auf natürliche Weise vorkommen, so John Emsleys 2011 erschienenes Buch "Nature's Building Blocks" (Oxford University Press). Es entsteht aus zerfallendem Uran und Thorium, und seine stabilste Version oder das stabilste Isotop (Astatin-210 genannt) hat eine Halbwertszeit von nur 8,1 Stunden. Wenn Sie also morgens einen Vorrat davon finden würden, wäre die Hälfte davon verschwunden bis zum Abend.
Es ist so selten, dass es Forschern bis vor kurzem nie gelungen war, genug davon zu sammeln, um zu testen, wie es mit Elektronen interagiert. Dies ist ein Problem, zum Teil, weil Astat-211, eines seiner radioaktiven Isotope, das Potenzial hat, bei Krebstherapien nützlich zu sein. Die Forscher waren sich jedoch nicht sicher, wie wahrscheinlich es ist, Elektronen anzuziehen und negative Ionen zu bilden, die für gesunde Zellen schädlich sein könnten. Ein neues Papier ändert das.
Das Projekt zum Verständnis von Astatin fand bei ISOLDE statt, dem Teil des CERN-Forschungszentrums für Teilchenphysik der Europäischen Union, das sich auf das Strahlen von Protonenstrahlen gegen heiße und schwere Ziele aus verschiedenen chemischen Elementen konzentriert
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Zu diesem Zweck feuerten die Forscher die Protonen auf ein Ziel aus Thoriumatomen, einem instabilen Element mit 90 Protonen. Dies führte zu einigen neuen Atomen, einschließlich Astatin-211.
Die Forscher filterten das Astat-211 aus dem Rest der Atome und bauten einen ausreichend großen Vorrat an der immer zerfallenden radioaktiven Substanz auf, um sie für ihre Laserexperimente zu verwenden. Fokussiertes Licht kann die Elektronen eines Atoms umklopfen und es Forschern ermöglichen, ihr Verhalten präzise zu messen.
In einem früheren Artikel, der 2013 in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlicht wurde, hat das ISOLDE-Team die Ionisierungsenergie von Astatin gemessen: Wie schwierig es ist, ein Elektron aus dem Atom zu entfernen. In einem Artikel vom 30. Juli, der ebenfalls in Nature Communications veröffentlicht wurde, berechneten sie nun ihre Elektronenaffinität: Wie leicht das Isotop neue Elektronen anzieht.
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Die Ionisierungsenergie betrug etwa 9,31752 Elektronenvolt. Die Elektronenaffinität beträgt etwa 2,41579 Elektronenvolt. Zusammen bilden diese beiden Zahlen ein vollständiges Bild davon, wie das schwere, seltene Element mit Elektronen interagiert. (Es wird Jahre dauern, bis die vollständigen praktischen Auswirkungen dieser Zahlen verstanden sind, aber ihre genaue Bestimmung ist eine große Hürde.)
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ISOLDE trompete das Ergebnis als Bestätigung der theoretischen Modellierungsarbeiten, die zur gleichen Zeit im Labor durchgeführt wurden. Die unmittelbare Folge dieses Ergebnisses könnte für die Krebsforschung sein, sagte ISOLDE. Astat-211 setzt beim Zerfall Alpha-Partikel frei, radioaktive Widerhaken aus Protonen und Neutronen, die Krebszellen abtöten können. Die Bestimmung der Verwendung radioaktiver Astatinsalze in Krebstherapien erfordert jedoch ein tiefes Verständnis dafür, wie das Element negative Ionen erzeugt. Wenn Astatin Elektronen von Molekülen in gesunden Zellen des Körpers abfängt, wandelt es sie in negative Ionen um, die gesunde Zellen schädigen können. Forscher benötigen ein genaues Verständnis dieses Prozesses, um die besten Therapien zu liefern.
Schließlich, so ISOLDE, könnten ihre Techniken das Geheimnis der Superschweren aufdecken - Elemente, die in Laboratorien nur in kurzen Mengen in winzigen Mengen mit Eigenschaften existieren, die Wissenschaftler kaum verstehen.
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