Gyles Lewis
0 
1699
16
Fysiker har för första gången låst upp en av nyckelhemligheterna för det sällsyntaste naturligt förekommande elementet på jorden: astatin med protonstrålar och lasrar..
Astatin är en "halogen", vilket betyder att den delar kemiska egenskaper med fluor, klor, brom och jod (alla element som vanligtvis binder till metaller för att bilda salter). Men med 85 protoner är det tyngre än bly och är utomordentligt sällsynt på jorden - det sällsynta av elementen som förekommer naturligt i jordskorpan, enligt kemist John Emsleys bok från 2011 "Nature's Building Blocks" (Oxford University Press). Det bildas av förfallande uran och thorium, och dess mest stabila version, eller isotop, (kallad astatine-210) har en halveringstid på bara 8,1 timmar - så om du hittade en stash av det på morgonen, skulle hälften av det vara borta vid kvällen.
Det är så sällsynt att forskare fram till nyligen aldrig lyckats samla tillräckligt med det för att testa hur det interagerar med elektroner. Det är ett problem, delvis på grund av att en av dess radioaktiva isotoper, astatine-211 har potential att vara användbar i cancerterapier. Men forskare var inte säkra på hur troligt det är att locka till sig elektroner och bilda negativa joner, vilket kan vara skadligt för friska celler. Ett nytt papper förändrar det.
Projektet för att förstå astatin ägde rum vid ISOLDE, den del av EU: s flaggskepp CERN-partikelfysikforskningscenter som fokuserar på sprängning av protonstrålar mot heta och tunga mål gjorda av olika kemiska element.
Relaterad:De 18 största olösta mysterierna inom fysik
För denna ansträngning sköt forskarna protonerna mot ett mål gjorda av atomer av thorium, ett instabilt element med 90 protoner. Det producerade en smadrande av nya atomer, inklusive astatine-211.
Genom att filtrera astatine-211 från resten av atomerna byggde forskarna ett tillräckligt stort lager av det alltid förfallna radioaktiva ämnet för att använda i sina laserförsök. Fokuserat ljus kan slå runt elektronerna på en atom, så att forskare kan göra exakta mätningar av deras beteende.
I ett tidigare papper, som publicerades 2013 i tidskriften Nature Communications, mätte ISOLDE-teamet joniseringsenergin för astatin: hur svårt det är att ta bort en elektron från atomen. Nu, i ett papper från 30 juli, som också publicerades i Nature Communications, beräknade de dess elektronaffinitet: hur lätt isotopen lockar till sig nya elektroner.
RELATERAD-Den mystiska fysiken i sju dagliga saker
-7 konstiga fakta om kvarkar
-Vad är det? Dina fysiska frågor besvarade
Joniseringsenergin var cirka 9.31752 elektronvolter. Elektronaffiniteten är cirka 2.41579 elektronvolter. Tillsammans bildar de två siffrorna en fullständig bild av hur det tunga, sällsynta elementet interagerar med elektroner. (Det kommer att ta flera år att förstå de fullständiga praktiska implikationerna av dessa nummer, men att exakt bestämma dem är ett stort hinder.)
Relaterad: Naturens minsta partiklar (infographic)
ISOLDE trumpat resultatet som bekräftelse av teoretiskt modelleringsarbete som hade pågått samtidigt i labbet. Den omedelbara konsekvensen av detta resultat kan vara för cancerforskning, sade ISOLDE. Astatine-211 släpper alfapartiklar när det sönderfaller, radioaktiva kolhydrater som består av protoner och neutroner som kan döda cancerceller. Men att bestämma hur man använder radioaktiva astatinsalter i cancerterapier kräver en djup förståelse för hur elementet skapar negativa joner. När astatin drar elektrononer från molekyler i friska celler i kroppen, förvandlas det till negativa joner, vilket kan skada friska celler. Forskare behöver en exakt förståelse av den processen för att leverera de bästa terapierna.
Så småningom, sade ISOLDE, kunde deras tekniker låsa upp superhungarnas mysterium - element som endast finns kort i laboratorier i små mängder med egenskaper som forskare knappt förstår alls.
Se alla kommentarer (0)