Primele măsurători realizate de Einsteinium dezvăluie proprietăți neașteptate

Flacon de cuarț (9 mm diametru) conținând micro 300 micrograme solid 253Es. Lumina produsă este rezultatul radiațiilor intense de la 253E. Credit: Haire, RG, Departamentul Energiei al SUA

Experimentele oamenilor de știință din Berkeley Lab asupra acestui element extrem de radioactiv relevă câteva proprietăți neașteptate.

De când elementul 99 – einsteinium – a fost descoperit în 1952 în Departamentul Energetic al Laboratorului Național Lawrence Berkeley (Lab Berkeley) din rămășițele primei bombe cu hidrogen, oamenii de știință au efectuat foarte puține experimente cu acesta, deoarece este foarte dificil de creat și este extrem de radioactiv. O echipă de chimisti din Berkeley Lab a depășit aceste obstacole pentru a raporta primul studiu care caracterizează unele dintre proprietățile sale, deschizând ușa către o mai bună înțelegere a elementelor transuranice rămase din seria de actinide.

Publicat în revistă Natură, studiul, “Caracterizarea structurală și spectroscopică a unui complex Einsteinium”, a fost co-condus de omul de știință Berkeley Lab Rebecca Abergel și laboratorul național Los Alamos, om de știință Stosh Kozimor, și a implicat oameni de știință din două laboratoare, UC Berkeley și Universitatea Georgetown. studenți și studenți postdoctorali. Cu mai puțin de 250 de nanograme de element, echipa a măsurat prima distanță de legare a einsteiniei, o proprietate fundamentală a interacțiunilor unui element cu atomi și alte molecule.

Berkeley Lab Einsteinium Research

Oamenii de știință din laboratorul Berkeley, Jennifer Wacker (stânga), Leticia Arnedo-Sanchez, Korey Carter și Katherine Shield lucrează în laboratorul de chimie al Rebecca Abergel. Credit: Marilyn Sargent / Berkeley Lab

“Nu există prea multe cunoștințe despre einsteinium”, a spus Abergel, care conduce grupul de chimie a elementelor grele din Laboratorul Berkeley și este profesor asistent în cadrul Departamentului de Inginerie Nucleară din UC Berkeley. „Este o realizare extraordinară faptul că am reușit să lucrăm cu această cantitate mică de material și să facem chimie anorganică. Semnificativ este semnificativ deoarece cu cât înțelegem mai mult comportamentul său chimic, cu atât mai mult putem aplica această înțelegere dezvoltării de noi materiale sau tehnologii noi, nu neapărat doar cu einsteinium, ci și cu restul actinidelor. „Și putem stabili tendințe în tabelul periodic”.

De lungă durată și greu de realizat

Abergel și echipa ei au folosit echipamente experimentale care nu erau disponibile în urmă cu zeci de ani, când Einsteinium – Molecular Foundry a fost descoperită pentru prima dată la Berkeley Lab și Stanford Synchrotron Radiation Lightsource (SSRL) la SLAC National Accelerator Laboratory, ambele facilități pentru utilizatorii SLAC. DOE Office of Science – pentru a efectua fluorescența experimente de spectroscopie și spectroscopie de absorbție a razelor X.

Dar mai întâi, eșantionarea într-o formă utilizabilă a reprezentat aproape jumătate din luptă. „Această întreagă scrisoare este o serie lungă de evenimente nefericite”, a spus ea cu viclenie.

Materialul a fost realizat la Reactorul de filtrare cu izotopi de înaltă izotopă a Laboratorului Național Oak Ridge, una dintre puținele țări din lume capabile să producă einsteinium, care implică bombardarea țintelor curioase cu neutroni pentru a provoca un lanț lung de reacții nucleare. Prima problemă pe care au întâmpinat-o a fost că proba a fost contaminată cu o cantitate considerabilă de californiu, deoarece fabricarea einsteiniei pure într-o cantitate utilizabilă este extrem de dificilă.

Berkeley Lab Laboratory Research Group

Oamenii de știință din Berkeley Lab, Leticia Arnedo-Sanchez (stânga), Katherine Shield, Korey Carter și Jennifer Wacker au fost nevoiți să ia măsuri de precauție împotriva radioactivității, precum și a coronavirusului pentru a efectua experimente cu elementul rar, einsteinium. Credit: Marilyn Sargent / Berkeley Lab

Așa că au fost nevoiți să renunțe la planul inițial de a utiliza cristalografia cu raze X – care este considerat standardul de aur pentru obținerea de informații structurale asupra moleculelor extrem de radioactive, dar necesită o probă de metal pur – și, în schimb, au venit cu o nouă modalitate de eșantionare și de valorificare tehnici de cercetare a elementelor. Cercetătorii din Los Alamos au oferit asistență critică în acest pas prin proiectarea unui suport de eșantion care să se potrivească în mod unic provocărilor interne ale einsteiniei.

Apoi, lupta împotriva decăderii radioactive a fost o altă provocare. Echipa Berkeley Lab și-a efectuat experimentele cu einsteinium-254, unul dintre cei mai stabili izotopi ai elementului. Are un timp de înjumătățire de 276 de zile, care este timpul pentru ca jumătate din material să putrezească. Deși echipa a reușit să efectueze multe dintre experimentele dinaintea pandemiei coronavirusului, au avut planuri pentru experimentele ulterioare care au fost întrerupte datorită închiderilor legate de pandemie. Când au putut să se întoarcă la laboratorul lor vara trecută, cea mai mare parte a eșantionului a dispărut.

Distanța de conexiune și dincolo

Cu toate acestea, cercetătorii au reușit să măsoare o distanță de legare de einsteiniu și au descoperit, de asemenea, unele comportamente chimice fizice care erau diferite de cele așteptate din seria actinidelor, care sunt elementele din rândul de jos al tabelului periodic.

„Determinarea distanței de legătură poate să nu pară interesantă, dar este primul lucru pe care vrei să-l știi despre modul în care un metal se leagă de alte molecule. Ce fel de interacțiune chimică va avea acest element cu alți atomi și molecule? Tha Abergel.

Odată ce oamenii de știință au această imagine a aranjamentului atomic al unei molecule care include einsteiniu, ei pot încerca să găsească proprietăți chimice interesante și să-și îmbunătățească înțelegerea tendințelor periodice. „Luând această bucată de date, obținem o înțelegere mai bună și mai largă a modului în care se comportă întreaga serie de actinide. Și în acea serie, avem elemente sau izotopi care sunt utili pentru generarea de energie nucleară sau radiofarmaceutice “, a spus ea.

Tantalizant, această cercetare oferă, de asemenea, posibilitatea de a explora ceea ce este dincolo de marginea tabelului periodic și, eventual, de a descoperi un element nou. „Începem cu adevărat să înțelegem puțin mai bine ce se întâmplă la sfârșitul tabelului periodic, iar celălalt lucru este că puteți prevedea și o țintă einsteinie pentru descoperirea de noi elemente”, a spus Abergel. „Similar cu cele mai recente elemente care au fost descoperite în ultimii 10 ani, cum ar fi tennessina, care folosea o țintă de berkeliu, dacă ați fi capabil să izolați suficient einsteiniu pur pentru a face o țintă, ați putea începe să căutați alte elemente și să abordați (teoretizat) insula stabilității “, unde fizicienii nucleari au prezis că izotopii pot avea timp de înjumătățire de minute sau chiar zile, în loc de microsecunde sau mai puține perioade de înjumătățire care sunt comune în superelemente grele.

Referință: 3 februarie 2021, Natură.
DOI: 10.1038 / s41586-020-03179-3

Co-autori ai studiului au fost Korey Carter, Katherine Shield, Kurt Smith, Leticia Arnedo-Sanchez, Tracy Mattox, Liane Moreau și Corwin Booth de la Berkeley Lab; Zachary Jones și Stosh Kozimor de la Los Alamos National Laboratory; și Jennifer Wacker și Karah Knope de la Universitatea Georgetown. Cercetarea a fost susținută de Biroul Științei DOE.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Un model agresiv bazat pe piață pentru dezvoltarea energiei de cuplare

Conceptul ARC Fusion Pilot Plant a fost dezvoltat la MIT ca o demonstrație a potențialului magneților supraconductori de temperatură înaltă de a reduce costurile...

Sug este mai important în cercetare decât potrivirea corectă a măștilor de față COVID

O echipă de cercetători care studiază eficacitatea diferitelor tipuri de măști de față a constatat că este cea mai bună protecție împotriva acesteia COVID-19,...

ADN origami folosit pentru monitorizarea direcționării genelor CRISPR

Imagine cu microscopie electronică a brațelor rotorului ADN origami, „L” portocaliu slab atașat la particulele de culoare mov. Credit: Imagine datorită Julene Madariaga...

Tatuaje inteligente OLED: inginerii creează tatuaje care emit lumină

Echipamente pentru tatuaje OLED. Credit: Barsotti - Institutul italian de tehnologie Oamenii de știință de la UCL și IIT -Istituto Italiano di Tecnologia (Institutul...

Modelele lui Moiré facilitează descoperirea unor faze izolatoare noi neașteptate

Formarea modelului moire de către doi faguri în fagure. Credit: Microwave Nano-Electronics Lab, UC Riverside Un studiu condus de UC Riverside a observat faze...

Newsletter

Subscribe to stay updated.