Jacob Hoover
0 
2649
506
Met protonenstralen en lasers hebben natuurkundigen voor het eerst een van de belangrijkste geheimen van het zeldzaamste van nature voorkomende element op aarde onthuld: astatine.
Astatine is een "halogeen", wat betekent dat het chemische eigenschappen deelt met fluor, chloor, broom en jodium (alle elementen die typisch binden met metalen om zouten te vormen). Maar met 85 protonen is het zwaarder dan lood en is het buitengewoon zeldzaam op aarde - de zeldzaamste van de elementen die van nature in de aardkorst voorkomen, volgens het boek van scheikundige John Emsley uit 2011 "Nature's Building Blocks" (Oxford University Press). Het vormt zich uit rottend uranium en thorium, en de meest stabiele versie, of isotoop, (astatine-210 genaamd) heeft een halfwaardetijd van slechts 8,1 uur - dus als je er 's ochtends een voorraad van zou vinden, zou de helft ervan verdwenen zijn tegen de avond.
Het is zo zeldzaam dat onderzoekers er tot voor kort nooit genoeg van hadden verzameld om te testen hoe het interageert met elektronen. Dat is een probleem, deels omdat een van zijn radioactieve isotopen, astatine-211, het potentieel heeft om nuttig te zijn bij kankertherapieën. Maar onderzoekers wisten niet zeker hoe waarschijnlijk het is om elektronen aan te trekken en negatieve ionen te vormen, die schadelijk kunnen zijn voor gezonde cellen. Een nieuw artikel verandert dat.
Het project om astatine te begrijpen vond plaats bij ISOLDE, het onderdeel van het CERN-onderzoekscentrum voor deeltjesfysica van de Europese Unie dat zich richt op het afblazen van protonenbundels tegen hete en zware doelen gemaakt van verschillende chemische elementen.
Verwant:De 18 grootste onopgeloste mysteries in de natuurkunde
Voor deze inspanning schoten de onderzoekers de protonen af op een doelwit gemaakt van atomen van thorium, een onstabiel element met 90 protonen. Dat leverde een paar nieuwe atomen op, waaronder astatine-211.
Door de astatine-211 uit de rest van de atomen te filteren, bouwden de onderzoekers een voldoende grote voorraad van de altijd rottende radioactieve stof om te gebruiken in hun laserexperimenten. Gericht licht kan de elektronen op een atoom omslaan, waardoor onderzoekers nauwkeurig hun gedrag kunnen meten.
In een eerder artikel, gepubliceerd in 2013 in het tijdschrift Nature Communications, heeft het ISOLDE-team de ionisatie-energie van astatine gemeten: hoe moeilijk het is om een elektron uit het atoom te verwijderen. Nu, in een paper van 30 juli, ook gepubliceerd in Nature Communications, berekenden ze de elektronenaffiniteit: hoe gemakkelijk de isotoop nieuwe elektronen aantrekt.
VERWANT-De mysterieuze fysica van 7 alledaagse dingen
-7 vreemde feiten over quarks
-Wat is dat? Uw natuurkundige vragen beantwoord
De ionisatie-energie was ongeveer 9,31752 elektronvolt. De elektronenaffiniteit is ongeveer 2,41579 elektronvolt. Samen vormen die twee getallen een compleet beeld van hoe het zware, zeldzame element in wisselwerking staat met elektronen. (Het zal jaren duren voordat de volledige praktische implicaties van die cijfers worden begrepen, maar het precies bepalen ervan is een grote hindernis die wordt overwonnen.)
Verwant: De kleinste deeltjes van de natuur (infographic)
ISOLDE trompetterde het resultaat als bevestiging van theoretisch modelleerwerk dat tegelijkertijd in het lab aan de gang was. Het onmiddellijke gevolg van dit resultaat zou kunnen zijn voor kankeronderzoek, zei ISOLDE. Astatine-211 geeft bij het vervallen alfadeeltjes vrij, radioactieve weerhaken bestaande uit protonen en neutronen die kankercellen kunnen doden. Maar om te bepalen hoe radioactieve astatinezouten in kankertherapieën moeten worden gebruikt, is een diep begrip vereist van hoe het element negatieve ionen creëert. Omdat astatine elektronen van moleculen in gezonde cellen in het lichaam vasthoudt, verandert het ze in negatieve ionen, die gezonde cellen kunnen beschadigen. Onderzoekers hebben een nauwkeurig begrip van dat proces nodig om de beste therapieën te kunnen leveren.
Uiteindelijk, zei ISOLDE, zouden hun technieken het mysterie van de superzware kunnen ontrafelen - elementen die slechts kortstondig in kleine hoeveelheden in laboratoria voorkomen met eigenschappen die wetenschappers nauwelijks begrijpen..
Zie alle reacties (0)