Ett team av forskare som använder ISOLDE-kärnfysiska anläggningen vid CERN har för första gången mätt den så kallade elektronaffiniteten för det kemiska elementet astatin, det sällsynta naturligt förekommande elementet på jorden. Resultatet, beskrivs i en tidning som just publicerades i Naturkommunikation , är viktigt för både grundläggande och tillämpad forskning. Förutom att ge tillgång till hittills okända egenskaper hos detta element och låta teoretiska modeller testas, fyndet är av praktiskt intresse eftersom astatin är en lovande kandidat för skapandet av kemiska föreningar för cancerbehandling genom riktad alfa -terapi.

Elektronaffiniteten är den energi som frigörs när en elektron läggs till en neutral atom i gasfasen för att bilda en negativ jon. Det är en av de mest grundläggande egenskaperna hos ett kemiskt element. Tillsammans med joniseringsenergin, energin som krävs för att ta bort en elektron från atomen, den definierar flera andra egenskaper hos ett element, såsom dess elektronegativitet - elementets förmåga att attrahera delade elektroner i kemiska bindningar mellan atomer.

Även om astatin upptäcktes på 1940 -talet, kunskap om dess egenskaper har mestadels baserats på teoretiska beräkningar eller på extrapolering från egenskaperna hos dess släktingar i det periodiska systemet; astatin är medlem i halogenfamiljen, som inkluderar klor och jod. Detta beror på att astatin är knappt på jorden, och de små mängderna av elementet som kan produceras i laboratoriet förhindrar användning av traditionella tekniker för att mäta dess egenskaper. Ett anmärkningsvärt undantag var en tidigare mätning vid ISOLDE av elementets joniseringsenergi.

I den nya ISOLDE -studien, astatinatomer producerades först tillsammans med andra atomer genom att avfyra en högenergistråle av protoner från Proton Synchrotron Booster mot ett thoriummål. Astatinatomerna joniserades sedan negativt, och joner av isotopen ²¹¹ At extraherades och skickades till en speciell mätanordning där laserljus av avstämbar energi lyste på jonerna för att mäta den energi som krävs för att extrahera den extra elektronen i ²¹¹ Vid jon och förvandla jonen till en neutral atom.

Från denna mätning, forskarna från ISOLDE erhöll värdet 2,415 78 eV för elektronaffiniteten hos astatin. Detta värde, som överensstämmer med det värde som författarna härledde med hjälp av toppmoderna teoretiska beräkningar, indikerar att elektronaffiniteten för astatin är den lägsta av alla halogener men ändå är större än för andra element utanför halogenfamiljen som har mätts hittills.

Om det inte var nog fortsatte forskarna med att använda den härledda elektronaffiniteten och den tidigare mätningen av joniseringsenergin för att bestämma flera andra egenskaper hos astatin, till exempel dess elektronegativitet.

Dessa egenskaper är relevanta för studier som undersöker möjlig användning av ²¹¹ Vid föreningar i riktad alfa -terapi, en behandling som levererar alfa -strålning till cancerceller. Astat ²¹¹ At är en idealisk källa för alfastrålning men de flesta ²¹¹ Vid föreningar som undersöks lider av snabb frisättning av ²¹¹ Vid negativa joner, som kan skada friska celler innan föreningarna når cancercellerna.

"Våra resultat kan användas för att förbättra vår kunskap om denna frisättningsreaktion och stabiliteten hos ²¹¹ Vid föreningar som övervägs för riktad alfabehandling, "säger huvudförfattare till studien David Leimbach." Dessutom våra fynd banar väg för mätningar av elektronaffiniteten hos element som är tyngre än astatin, eventuellt av de överjordiska elementen, som produceras en atom i taget. "

"Med det nuvarande resultatet, vi avslutar en 10-årig forskningsinsats på ISOLDE för att fastställa de grundläggande egenskaperna hos astatin, joniseringsenergin och elektronaffiniteten, som tillsammans slutligen gjorde det möjligt för oss att härleda astatins elektronegativitet, "tillägger Sebastian Rothe, huvudförfattare till den tidigare ISOLDE -studien.