Havaintokohteena harvinaisin alkuaine

Euroopan hiukkasfysiikan tutkimuskeskuksessa CERNissä on saatu ensimmäisen kerran mitattua harvinaisen, halogeeneihin lukeutuvan radioaktiivisen alkuaineen astatiinin eli astaatin ionisaatiopotentiaali. Alkuaineen ionisaatiopotentiaali kertoo energiamäärän, joka tarvitaan yhden elektronin irrottamiseen atomista eli sen muuttamiseen positiivisesti varatuksi ioniksi. Ionisaatiopotentiaalin suuruus liittyy myös alkuaineen kemialliseen reaktiivisuuteen ja sen muodostamien yhdisteiden pysyvyyteen. Astatiinia arvioidaan olevan luonnossa ainoastaan joitakin kymmeniä grammoja, mutta CERNissä alkuainetta pystytään valmistamaan keinotekoisesti suuntaamalla energinen protonisuihku uraanikohtioon. Hiukkastörmäyksen tuloksena syntyy erilaisia alkuaineita. Ionisaatiopotentiaalin mittaukseen käytettiin tekniikkaa, joka tunnetaan yksinkertaisesti laserresonanssi-ionisaatiospektroskopiana. 2000 celsiusasteen lämpötilassa olevaan eri alkuaineista koostuvaan kaasuun kohdistetaan lasersäteitä, jotka ionisoivat osan atomeista. Positiivisesti varautuneet ionit erotellaan sähkö- ja magneettikenttien avulla, jolloin saadaan aikaan yhden ainoan alkuaineen yhdestä ainoasta isotoopista koostuva ionisuihku. Tällä menetelmällä CERNin tutkijat saivat mitattua ISOLDE-koelaitteistolla astatiinin ionisaatiopotentiaaliksi 9,31751 elektronivolttia.

Saavutus oli merkittävä, sillä astatiini oli viimeinen luonnossa esiintyvä alkuaine, jolle kyseistä mittausta ei ollut aiemmin onnistuttu tekemään. Harvinaisuudestaan huolimatta astatiinia voidaan mahdollisesti käyttää syövän säteilyhoidoissa. Nyt tehtyjen havaintojen toivotaan olevan myös avuksi, kun tutkijat tarkentavat superraskaiden alkuaineiden rakennetta ennustavia teorioita. Tällä hetkellä raskaimman tunnetun alkuaineen järjestysluku on 117. Astatiini, järjestysluvultaan 85, löydettiin vuonna 1931 ja sitä valmistettiin keinotekoisesti ensimmäisen kerran vuonna 1940, kun vismuttikohtiota pommitettiin alfahiukkasilla eli heliumytimillä. Edelliset astatiinista tehdyt spektrimittaukset ovat vuodelta 1964, jolloin havaittiin 70 nanogramman suuruisesta näytteestä lähtevää ultraviolettisäteilyä. Astatiini on hyvin epävakaa alkuaine ja sen pitkäikäisimmänkin isotoopin puoliintumisaika on 8,1 tuntia. Tutkimus on julkaistu Nature Communications -verkkolehdessä.


Juttuja samasta aiheesta