Den 1 november 1952 kastade ett team av amerikanska forskare som arbetade för den amerikanska militären strömbrytaren på en märklig trevåningsbyggnad med kodnamnet "Ivy Mike". Det var världens första vätebomb, en ny sort av kärnvapen som var 700 gånger kraftfullare än atombomberna som släpptes över Japan.
Bombtestet ägde rum på en liten atoll vid namn Eniwetok på Marshallöarna i södra Stilla havet. När Ivy Mike detonerades släppte den 10,4 megaton explosiv kraft, ungefär motsvarande 10,4 miljoner ton TNT. Bomben som släpptes över Hiroshima producerade som jämförelse bara 15 kiloton (15 000 ton TNT).
Explosionen förångade Eniwetok-atollen totalt och producerade ett svampmoln 3 miles (4,8 kilometer) brett. Arbetare i skyddsdräkter samlade nedfallsmaterial från en grannö och skickade tillbaka det till Berkeley Lab i Kalifornien (nu Lawrence Berkeley National Laboratory) för analys. Där isolerade ett team av Manhattan Project-forskare under ledning av Albert Ghiorso bara 200 atomer av ett helt nytt grundämne innehållande 99 protoner och 99 elektroner.
1955 tillkännagav forskarna sin upptäckt för världen och döpte den efter sin vetenskapliga hjälte:einsteinium.
Innehåll
Einsteinium upptar atomnummer 99 i det periodiska systemet i sällskap med andra mycket tunga och radioaktiva grundämnen som kalifornium och berkelium. Vissa radioaktiva grundämnen, särskilt uran, finns i meningsfulla mängder i jordskorpan (med 2,8 miljondelar finns det mer uran under jorden än guld). Men även tyngre grundämnen, inklusive einsteinium, kan bara skapas på konstgjord väg genom att explodera en vätebomb eller genom att slå samman subatomära partiklar i en reaktor.
Vad gör ett grundämne radioaktivt? När det gäller einsteinium och dess grannar längst ner i det periodiska systemet, är det själva storleken på deras atomer, förklarar Joseph Glajch, en farmaceutisk kemist som har arbetat mycket med andra radioaktiva ämnen som används för medicinsk bildbehandling.
"När grundämnen får en viss storlek blir atomkärnan så stor att den sönderfaller", säger Glajch. "Vad som händer är att det spottar ut neutroner och/eller protoner och elektroner och sönderfaller ner till ett lägre elementärt tillstånd."
När radioaktiva grundämnen sönderfaller kastar de bort kluster av subatomära partiklar som tar formen av alfapartiklar, beta-partiklar, gammastrålar och annan strålning. Vissa typer av strålning är relativt ofarliga, medan andra kan orsaka skada på mänskliga celler och DNA.
När radioaktiva grundämnen sönderfaller bildar de också olika isotoper som har olika atomvikt. Ett grundämnes atomvikt beräknas genom att addera antalet neutroner i kärnan till antalet protoner. Till exempel var einsteinium som samlades in i södra Stilla havet 1952 en isotop som heter einsteinium-253, som har 99 protoner och 154 neutroner.
Men isotoper varar inte för evigt. De har var och en olika "halveringstid", vilket är den beräknade tiden för hälften av materialet att sönderfalla till en ny isotop eller ett lägre element helt och hållet. Einsteinium-253 har en halveringstid på bara 20,5 dagar. Uran-238, å andra sidan, som är den vanligaste isotopen av uran som finns i naturen, har en halveringstid på 4,46 miljarder år.
En av de svåra sakerna med att syntetisera tunga radioaktiva grundämnen som einsteinium i labbet (och med lab menar vi högspecialiserade kärnreaktorer) är att stora grundämnen börjar sönderfalla väldigt snabbt.
"När du skapar större och större element och isotoper, blir det svårare och svårare att hålla dem kvar tillräckligt länge för att se dem", säger Glajch.
Det är därför det var så mycket spänning nyligen i kemivärlden när ett team av vetenskapsmän framgångsrikt höll fast vid ett prov av kortlivat einsteinium tillräckligt länge för att mäta några av de kemiska egenskaperna hos detta extremt sällsynta grundämne.
Forskarna, ledda av Rebecca Arbergel från Lawrence Berkeley National Laboratory, väntade tålmodigt på ett litet prov av einsteinium-254 producerat av Oak Ridge National Laboratory i Tennessee. Provet vägde in på 250 nanogram eller 250 miljarddelar av ett gram och hade en halveringstid på 276 dagar. När covid-19-pandemin slog till 2020 låg forskningen på sidan i månader, under vilka 7 procent av provet försämrades var 30:e dag.
Abergels genombrott kom med skapandet av en molekylär "klo" som kunde hålla en enda atom av einsteinium-254 på plats tillräckligt länge för att mäta saker som längden på dess molekylära bindningar och vid vilken våglängd den avger ljus. Båda dessa mätningar är avgörande för att förstå hur einsteinium och dess tunga kusiner potentiellt kan användas för saker som cancerbehandling.
Nu är det cooltInklusive einsteinium, upptäckte kärnkraftsforskaren Albert Ghiorso en rekordstor 12 grundämnen i det periodiska systemet genom sitt banbrytande arbete med strålningsanalys från 1950- till 1970-talet.
