Un team internazionale di fisici presso l'impianto radioactive-beam ISOLDE al CERN hanno per la prima volta misurato il potenziale di ionizzazione dell'elemento radioattivo raro "astato". Il valore dell'astato, pubblicato sulla rivista Nature Communications, potrebbe aiutare i chimici a sviluppare applicazioni dell'elemento in radioterapia, e servirà come punto di riferimento per le teorie che predicono la struttura di elementi super-pesanti.
Il potenziale di ionizzazione di un elemento è l'energia necessaria per rimuovere un elettrone dall'atomo, trasformandosi quindi in uno ione. Questa misura è legata alla reattività chimica di un elemento e, indirettamente, alla stabilità dei suoi legami chimici nei composti. L'astato si verifica naturalmente solo in tracce sulla Terra, ma i fisici ISOLDE possono creare isotopi artificiali dell'astato da reazioni protone-indotte e utilizzando laser di lunghezza d'onda-sintonizzabili per studiare la loro struttura atomica attraverso una tecnica nota come spettroscopia a risonanza a ionizzazione laser in-source.
Fasci di protoni ad alta energia provenienti dal CERN Proton Synchrotron Booster vengono sparati contro bersagli di uranio. Le collisioni producono una doccia di elementi chimici, che si diffondono all'interno di una cavità metallica a 2000°C. Fasci laser rilucenti di lunghezza d'onda prescelte in queste cavità risultano in ionizzazione selettiva di alcuni degli atomi neutri all'interno. Un campo elettrico estrae gli ioni caricati positivamente, che sono inviati tramite magneti sintonizzabili, configurato per consentire la trasmissione di solo una massa prescelta.
Il risultato è un fascio di ioni puri di un isotopo che viene inviato ad un rivelatore. Applicando questa tecnica, mentre avviene accuratamente la scansione delle lunghezze d'onda del laser, i fisici ISOLDE hanno misurato il potenziale di ionizzazione di astato che è di 9,31,751 mila elettronvolt. La misura colma una lacuna di vecchia data nella tavola periodica, astato è l'ultimo elemento presente in natura per cui questa struttura fondamentale è rimasta sconosciuta.
L'elemento è di particolare interesse perché gli isotopi dell'astato sono candidati alla creazione di radiofarmaci per il trattamento del cancro mediante terapia alpha mirata. "Nessuno dei molti isotopi di breve durata utilizzati in medicina esiste in natura, ma devono essere artificialmente prodotti da reazioni nucleari", dice Bruce Marsh del resonance ionization laser ion source (RILIS) a ISOLDE.
"I possibili isotopi medici dell'astato non sono così diversi a questo riguardo. La differenza dell'astato è che la sua scarsità in natura rende difficile lo studio da esperimenti, ed è per questo che la misurazione di una delle proprietà fondamentali è un risultato significativo". Il valore sperimentale dell'astato serve anche per le teorie di benchmarking che predicono le proprietà atomiche e chimiche di elementi super-pesanti, in particolare l'elemento 117 di recente scoperta, un omologo astato.
"La spettroscopia laser In-source oggi è un metodo più sensibile per studiare le proprietà atomiche degli isotopi esotici di breve durata", dice Valentin Fedosseev leader del team Rilis. "E' adatto per esplorare gli spettri di elementi prodotti artificialmente, come quelli super-pesanti. Il successo in questo studio di astato ha aggiunto la fiducia per analoghi progetti avviati recentemente al GANIL, in Francia e in JINR, Russia". Leggere il documento: "Misurazione del primo potenziale di ionizzazione di astato mediante spettroscopia di ionizzazione laser"
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| Schema dei percorsi di ionizzazione indagati |
Fonte: CERN
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