Fizikai pagaliau pričiupo ir astatį – rečiausią natūralų cheminį elementą Žemėje

Tyrėjai galų gale išmatavo astačio jonizacijos potencialą – energijos kiekį, kurio reikia iš astačio atomo atplėšti vieną elektroną.

Šis pasiekimas papildė D. Mendelejevo sudarytą periodinę cheminių elementų sistemą, nes astatis iki šiol buvo paskutinis natūraliai gamtoje susidarantis elementas, kurio ši savybė (jonizacijos potencialas) nebuvo žinoma. 85 protonus ir 85 elektronus turintis astačio atomas yra radioaktyvus. Radioaktyvaus skilimo pusperiodis – vos 8,1 valandos (po tiek laiko medžiagos lieka dvigubai mažiau). 1953 m. fantastikos rašytojas Aizekas Azimovas (Isaac Asimov) paskaičiavo, kad Žemėje astačio iš viso yra tik 0,07 gramo.

Siekdami įvertinti astačio jonizacijos potencialą, fizikai CERN laboratorijos Radioaktyvių jonų spinduliuotės įrenginyje ISOLDE (Isotope Separator On Line-Detector) didelės energijos protonų spindulių pliūpsniais į uraną (kuris turi 92 protonus ir elektronus) susintetino dirbtinių astačio izotopų (atomų su skirtingu neutronų skaičiumi). Per protonų dalelių ir urano atomo susidūrimus susidarė daug naujų dalelių, iš kurių keletas buvo astačio atomai.

Kitas eksperimentą atlikusių fizikų žingsnis – įvairaus bangos ilgio lazerio spinduliais atakuoti astačio atomus, mėginant juos jonizuoti. Izoliuodami astačio jonus ir išmatavę, kokio ilgio bangos lazerio spinduliai juos sukūrė, mokslininkai nustatė astačio jonizacijos potencialą – 9,31751 elektronvoltų. Palyginimui, vandenilio jonizacijos potencialas yra 13,6 elektronvoltų.

Šis astačio įvertis pasitarnaus tyrinėjant egzotinių supersunkių cheminių elementų, kurie natūraliai gamtoje nesusidaro, ypatybes. Pavyzdžiui, tyrėjai nori palyginti astačio savybes su naujai atrasto 117-ojo elemento (jis buvo susintetintas 2010 m. Rusijos Branduolinių tyrimų institute) savybėmis. 117-asis elementas yra antras sunkiausias mokslo istorijoje sukurtas cheminis elementas, kuris, beje, periodinėje lentelėje yra astačio kaimynas (astatis įsikūręs vienu periodu aukščiu), o tai reiškia, kad 117-asis elementas turėtų pasižymėti panašiomis į astatį savybėmis.

„Lazerinė spektroskopija (angl. – in-source laser spectroscopy) dabar yra jautriausias metodas tyrinėti trumpaamžių egzotinių izotopų atomines savybes, – pasakoja ISOLDE projekto tyrimų vadovas Valentinas Fedosejevas. – Šis metodas puikiausiai tinka tyrinėti platų dirbtinai susintetinamų elementų (taip pat ir supersunkių) spektrą.“

Atradimas atvers galimybes mokslininkams vystyti medicinines dirbtinio astačio perspektyvas – šis elementas gali būti naudingas taikant radioterapinį (jis dar vadinamas ir alfa terapija) gydymą.

„Nė vienas iš daugybės medicinoje naudojamų trumpaamžių izotopų gamtoje neegzistuoja savaime. Jie sintetinami dirbtiniu būdu, – aiškina V. Fedosejevo kolega Briusas Maršas (Bruce Marsh). – Galimi medicininiai astačio izotopai šiuo aspektu niekuo nesiskiria. Vienintelis skirtumas – jo retumas gamtoje nepaprastai apsunkina eksperimentinį šio elemento tyrinėjimą. Todėl vienos iš fundamentaliųjų astačio savybių įvertinimas yra reikšmingas pasiekimas.“