Weź 85 protonów i 105 neutronów. Jeśli połączysz je ze sobą (i dodasz odpowiednią ilość elektronów) otrzymasz 190At – izotop astatu, bardzo rzadkiego promieniotwórczego pierwiastka. To najlżejsza odmiana astatu, jaka istnieje. Jej odkrycie może pomóc lepiej zrozumieć proces rozpadu promieniotwórczego, a także budowę jąder atomowych.

– Badania nowego jądra są ważne dla zrozumienia struktury jądra atomowego i ograniczeń fizycznych, jakim podlega znana nauce materia – powiedziała Henna Kokkonen, fizyczka z fińskiego Uniwersytetu Jyväskylä. Odkrycie było efektem badań, jakie prowadziła do pracy magisterskiej. Dzisiaj jest współautorką pracy naukowej opublikowanej w czasopiśmie „Physical Review C”.

Co to jest izotop pierwiastka?

Każdy atom składa się z jądra atomowego i krążących wokół niego elektronów. W sporym uproszczeniu: fizyka kwantowa podpowiada, że o elektronach możemy powiedzieć tylko to, z jakim prawdopodobieństwem znajdowałyby się na danej powłoce elektronowej, gdybyśmy spróbowali ustalić ich położenie. Atomy tego samego pierwiastka mają tę samą liczbę elektronów i protonów. Mogą jednak różnić się liczbą neutronów.

Czyli – ich jądro atomowe zawsze składa się z tej samej liczby protonów, jednak liczba neutronów w nim może się nieznacznie różnić. W takim przypadku mamy do czynienia z izotopami. Wodór składa się z jednego elektronu krążącego wokół jednego protonu. Ale już deuter – izotop wodoru – ma w jądrze, obok protonu, również jeden neutron.

Izotopy danych pierwiastków mają podobne właściwości fizyczne i chemiczne. Różnice między nimi powiększają się tym bardziej, im bardziej zmienia się ich masa atomowa (czyli łączna liczba protonów i neutronów w jądrze).

Astat – pierwiastek, którego prawie nie ma

Astat to jeden z najrzadszych pierwiastków, jakie istnieją na Ziemi. A raczej – jakie się na niej pojawiają. Astat jest bowiem bardzo nietrwały. W naturze występuje jako produkt rozpadu cięższych pierwiastków, który niemal natychmiast sam rozpada się na prostsze części składowe. Jest tak rzadki, że – według szacunków – w danej chwili w całej skorupie ziemskiej jest tylko jeden gram astatu.

Najbardziej stabilny izotop tego pierwiastka – 210At – ma czas połowicznego rozpadu wynoszący nieco ponad osiem godzin. Czyli – po ośmiu godzina liczba atomów tego pierwiastka spada o połowę. Większość izotopów astatu istnieje znacznie krócej. Ich czas połowicznego rozpadu mierzy się w sekundach.

To sprawia, że astat pozostaje pierwiastkiem słabo zbadanym. Wiadomo, że jest lotny. Pewne jest też, że rozpada się do stabilnego bizmutu albo radonu.

Przypadkowe odkrycie izotopu

Badania Kakkonen polegały na bombardowaniu atomów srebra izotopem strontu (84Sr). Naukowcy nie spodziewali się otrzymać w ten sposób 190At. W ogóle nie było bowiem wiadomo, że taki izotop istnieje. Dotychczas najlżejszą odmianą astatu był 192At. Tego, że jądro tego pierwiastka może mieć jeszcze o dwa neutrony mniej, w ogóle się nie spodziewano.

Trudno się dziwić – 190At jest ledwo uchwytny. Jego czas połowicznego rozpadu wynosi zaledwie milisekundę. Badając ten pierwiastek, naukowcy mają nadzieję dowiedzieć się więcej o rozpadzie alfa. Czyli takim typie rozpadu promieniotwórczego, w czasie którego emitowana jest cząstka alfa (czyli jądro helu). Astat jest emiterem cząstek alfa wykorzystywanym w medycynie. Konkretnie jest to izotop 211At, którego stosuje się w terapii przeciwnowotworowej.
 

Źródła: Physical Review C, Science Alert, JYU.