Een team van onderzoekers dat gebruikmaakt van de ISOLDE-kernfysica-faciliteit bij CERN heeft voor het eerst de zogenaamde elektronenaffiniteit van het chemische element astatine gemeten, het zeldzaamste natuurlijk voorkomende element op aarde. Het resultaat, beschreven in een artikel dat zojuist is gepubliceerd in Natuurcommunicatie , is belangrijk voor zowel fundamenteel als toegepast onderzoek. Naast toegang geven tot tot nu toe onbekende eigenschappen van dit element en het testen van theoretische modellen, de bevinding is van praktisch belang omdat astatine een veelbelovende kandidaat is voor het creëren van chemische verbindingen voor de behandeling van kanker door middel van gerichte alfatherapie.

De elektronenaffiniteit is de energie die vrijkomt wanneer een elektron wordt toegevoegd aan een neutraal atoom in de gasfase om een ​​negatief ion te vormen. Het is een van de meest fundamentele eigenschappen van een chemisch element. Samen met de ionisatie-energie, de energie die nodig is om een ​​elektron uit het atoom te verwijderen, het definieert verschillende andere eigenschappen van een element, zoals de elektronegativiteit - het vermogen van het element om gedeelde elektronen aan te trekken in chemische bindingen tussen atomen.

Hoewel astatine in de jaren veertig werd ontdekt, kennis van zijn eigenschappen is meestal gebaseerd op theoretische berekeningen of op extrapolatie van de eigenschappen van zijn verwanten in het periodiek systeem; astatine is een lid van de halogeenfamilie, waaronder chloor en jodium. Dit komt omdat astatine schaars is op aarde, en de kleine hoeveelheden van het element die in het laboratorium kunnen worden geproduceerd, verhinderen het gebruik van traditionele technieken om de eigenschappen ervan te meten. Een opmerkelijke uitzondering was een eerdere meting bij ISOLDE van de ionisatie-energie van het element.

In de nieuwe ISOLDE-studie astatine-atomen werden voor het eerst geproduceerd samen met andere atomen door een hoogenergetische bundel protonen van de Proton Synchrotron Booster af te vuren op een thorium-doelwit. De astatine-atomen werden vervolgens negatief geïoniseerd, en ionen van de isotoop ²¹¹ At werden geëxtraheerd en naar een speciaal meetapparaat gestuurd waarin laserlicht van afstembare energie op de ionen scheen om de energie te meten die nodig is om het extra elektron van de ²¹¹ Bij ion en verander het ion in een neutraal atoom.

Van deze meting is de ISOLDE-onderzoekers kregen een waarde van 2,415 78 eV voor de elektronenaffiniteit van astatine. deze waarde, wat overeenkomt met de waarde die de auteurs hebben afgeleid met behulp van geavanceerde theoretische berekeningen, geeft aan dat de elektronenaffiniteit van astatine de laagste van alle halogenen is, maar niettemin groter is dan die van alle andere elementen buiten de halogeenfamilie die tot nu toe zijn gemeten.

Alsof dat nog niet genoeg was, gebruikten de onderzoekers de afgeleide elektronenaffiniteit en de eerdere meting van de ionisatie-energie om verschillende andere eigenschappen van astatine te bepalen, zoals de elektronegativiteit ervan.

Deze eigenschappen zijn relevant voor onderzoeken naar het mogelijke gebruik van ²¹¹ Bij verbindingen in gerichte alfatherapie, een behandeling die alfastraling aan kankercellen levert. astatine ²¹¹ At is een ideale bron van alfastraling, maar de meeste ²¹¹ Bij verbindingen die worden onderzocht, hebben ze last van de snelle afgifte van ²¹¹ Bij negatieve ionen, die gezonde cellen zouden kunnen beschadigen voordat de verbindingen de kankercellen bereiken.

"Onze resultaten kunnen worden gebruikt om onze kennis van deze afgiftereactie en de stabiliteit van de ²¹¹ Bij verbindingen die worden overwogen voor gerichte alfatherapie, " zegt hoofdauteur van de studie David Leimbach. "Bovendien, onze bevindingen effenen de weg naar metingen van de elektronenaffiniteit van elementen zwaarder dan astatine, mogelijk van de superzware elementen, die één atoom tegelijk worden geproduceerd."

"Met het huidige resultaat we sluiten een 10-jarige onderzoeksinspanning af bij ISOLDE om de fundamentele eigenschappen van astatine te bepalen, de ionisatie-energie en de elektronenaffiniteit, die ons uiteindelijk in staat stelden om de elektronegativiteit van astatine af te leiden, " voegt Sebastian Rothe toe, hoofdauteur van de eerdere ISOLDE-studie.