Επιστήμονες κατάφεραν να μελετήσουν για πρώτη φορά το μυστηριώδες στοιχείο «αϊνσταΐνιο»

Επιστήμονες κατάφεραν να μελετήσουν με επιτυχία το αϊνσταΐνιο (Einsteinium), ένα από τα βαρύτερα στοιχεία του περιοδικού πίνακα, για πρώτη φορά μετά από δεκαετίες. Αυτό το επίτευγμα φέρνει τους χημικούς πιο κοντά στην ανακάλυψη του λεγόμενου «νησιού σταθερότητας», όπου πιστεύεται ότι βρίσκονται ορισμένα από τα πιο βαριά και βραχύβια στοιχεία.

Το Υπουργείο Ενέργειας των Η.Π.Α. ανακάλυψε για πρώτη φορά το αϊνσταΐνιο το 1952 κατά τη δοκιμή της πρώτης πυρηνικής βόμβας υδρογόνου και ονομάστηκε έτσι προς τιμήν του Άλμπερτ Αϊνστάιν. Το στοιχείο δεν βρίσκεται στη φύση και μπορεί να παραχθεί μόνο

σε μικροσκοπικές ποσότητες χρησιμοποιώντας εξειδικευμένους πυρηνικούς αντιδραστήρες. Είναι επίσης δύσκολο να διαχωριστεί από άλλα στοιχεία, είναι εξαιρετικά ραδιενεργό και αυτοκαταστρέφεται γρήγορα, καθιστώντας εξαιρετικά δύσκολη τη μελέτη του.

Ερευνητές από το Εθνικό Εργαστήριο Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας, δημιούργησαν πρόσφατα ένα δείγμα 233 νανογραμμαρίων καθαρού αϊνσταϊνίου και πραγματοποίησαν τα πρώτα πειράματα από τη δεκαετία του 1970. Με αυτόν τον τρόπο κατάφεραν να αποκαλύψουν μερικές από τις θεμελιώδεις χημικές ιδιότητες του στοιχείου για πρώτη φορά.

Οι επιστήμονες ξέρουν ελάχιστα πράγματα για το αϊνσταΐνιο. «Είναι δύσκολο να παραχθεί λόγω της θέσης του στον περιοδικό πίνακα», δήλωσε ο συν-συγγραφέας Κόρεϊ Κάρτερ, επίκουρος καθηγητής στο Πανεπιστήμιο της Αϊόβα και πρώην επιστήμονας στο Berkeley Lab, στο Live Science.

Όπως και άλλα στοιχεία της ακτινίδης σειράς – μιας ομάδας 15 μεταλλικών στοιχείων που βρίσκονται στο κάτω μέρος του περιοδικού πίνακα – το αϊνσταΐνιο κατασκευάζεται  «βομβαρδίζοντας» ένα στοιχείο, στην συγκεκριμένη περίπτωση το κουρίο, με νετρόνια και πρωτόνια για τη δημιουργία βαρύτερων στοιχείων. Η ομάδα χρησιμοποίησε έναν εξειδικευμένο πυρηνικό αντιδραστήρα στο Εθνικό Εργαστήριο Oak Ridge στο Τενεσί, ένα από τα λίγα μέρη στον κόσμο όπου μπορεί να κατασκευαστεί το στοιχείο αυτό.

Ωστόσο, η αντίδραση έχει σχεδιαστεί για να παράγει το καλιφόρνιο – ένα εμπορικά σημαντικό στοιχείο που χρησιμοποιείται σε πυρηνικούς σταθμούς παραγωγής ενέργειας – και έτσι παράγει μια πολύ μικρή ποσότητα αϊνσταϊνίου ως υποπροϊόν. Η εξαγωγή ενός καθαρού δείγματος είναι δύσκολη λόγω της ομοιότητας των δύο στοιχείων, πράγμα που σημαίνει ότι οι ερευνητές παρήγαν ένα μικρό μόνο δείγμα einsteinium-254.

Ωστόσο, το επόμενο πρόβλημα που είχαν να αντιμετωπίσουν οι επιστήμονες ήταν να βρουν έναν τρόπο να το διατηρήσουν. Το Einsteinium-254 έχει χρόνο ημιζωής 276 ημερών – ο χρόνος που χρειάζεται δηλαδή για να αποσυντεθεί το μισό υλικό- και διασπάται σε berkelium-250, το οποίο εκπέμπει εξαιρετικά βλαβερή ακτινοβολία γάμμα. Ερευνητές στο Εθνικό Εργαστήριο του Los Alamos στο Νέο Μεξικό εκτύπωσαν τρισδιάστατα ειδική βάση για να αποθηκεύσουν το στοιχείο και να προστατεύσουν τους επιστήμονες του Berkeley Lab από την ακτινοβολία. Ωστόσο, η αποσύνθεση του στοιχείου δημιούργησε άλλα προβλήματα για τους ερευνητές. «Αποσυντίθεται συνέχεια, οπότε χάνετε το 7,2% της μάζας σας κάθε μήνα όταν το μελετάτε», είπε ο Κάρτερ. «Πρέπει να το λάβετε αυτό υπόψη όταν σχεδιάζετε τα πειράματα».

Εκπληκτικά αποτελέσματα

Το κύριο εύρημα της μελέτης ήταν η μέτρηση του μήκους του δεσμού του αϊνσταϊνίου- η μέση απόσταση δηλαδή, μεταξύ δύο συνδεδεμένων ατόμων – μια θεμελιώδης χημική ιδιότητα που βοηθά τους επιστήμονες να προβλέψουν πώς θα αλληλεπιδράσει με άλλα στοιχεία. Διαπίστωσαν ότι το μήκος του αντιβαίνει στη γενική τάση των στοιχείων που ανήκουν στην ίδια ομάδα. Αυτό είναι κάτι που δεν είχε αποδειχθεί στο παρελθόν.

Οι επιστήμονες διαπίστωσαν επίσης, ότι συγκριτικά με τα άλλα στοιχεία στη σειράς ακτινίδης, το αϊνσταΐνιο αντιδρά διαφορετικά όταν εκτίθεται στο φως, κάτι που ο Κάρτερ περιγράφει ως «ένα άνευ προηγουμένου φυσικό φαινόμενο». Απαιτούνται όμως περαιτέρω πειράματα για να προσδιοριστεί ο λόγος. «Οι μέθοδοι μας θα επιτρέψουν σε άλλους να ωθήσουν τα όρια μελετώντας άλλα στοιχεία με τον ίδιο τρόπο», δήλωσε ο Κάρτερ.

Η έρευνα της ομάδας θα μπορούσε επίσης να διευκολύνει την παραγωγή αϊνσταϊνίου στο μέλλον. Σε αυτήν την περίπτωση, θα μπορούσε ενδεχομένως να χρησιμοποιηθεί ως βάση για τη δημιουργία ακόμη βαρύτερων στοιχείων, συμπεριλαμβανομένων των μη ανακαλυφθέντων όπως το υποθετικό στοιχείο 119, που ονομάζεται unennenium. Ένας από τους απώτερους στόχους ορισμένων επιστημόνων είναι να ανακαλύψουν υποθετικά υπερβαριά στοιχεία που έχουν ημιζωή λεπτών ή και ημερών, που σημαίνει ότι «ζουν» σε αυτό το νησί σταθερότητας.

Η μελέτη δημοσιεύθηκε στις 3 Φεβρουαρίου στο περιοδικό «Nature».

ΠΗΓΗ: Livescience

www.ert.gr