Il 1 novembre 1952, un team di scienziati americani che lavoravano per l'esercito americano azionò l'interruttore su una strana struttura a tre piani con il nome in codice "Ivy Mike". È stata la prima bomba all'idrogeno al mondo , una nuova generazione di armi nucleari 700 volte più potente delle bombe atomiche sganciate sul Giappone.
Il test della bomba ha avuto luogo su un minuscolo atollo chiamato Eniwetok nelle Isole Marshall nel Pacifico meridionale. Quando Ivy Mike è stato fatto esplodere, ha rilasciato 10,4 megatoni di potenza esplosiva , all'incirca l'equivalente di 10,4 milioni di bastoncini di tritolo. La bomba sganciata su Hiroshima , per confronto, ha prodotto solo 15 chilotoni (15.000 bastoncini di tritolo).
L'esplosione ha completamente vaporizzato l'atollo di Eniwetok e ha prodotto un fungo atomico largo 3 miglia (4,8 chilometri). I lavoratori in tute protettive hanno raccolto materiale di ricaduta da un'isola vicina e lo hanno inviato al Berkeley Lab in California (ora Lawrence Berkeley National Laboratory) per l'analisi. Lì, un team di ricercatori del Progetto Manhattan guidato da Albert Ghiorso ha isolato solo 200 atomi di un elemento nuovo di zecca contenente 99 protoni e 99 elettroni.
Nel 1955, i ricercatori hanno annunciato la loro scoperta al mondo e l'hanno chiamata in onore del loro eroe scientifico: l'einsteinio.
Grande e instabile
L'einsteinio occupa il numero atomico 99 della tavola periodica in compagnia di altri elementi molto pesanti e radioattivi come il californio e il berkelio. Alcuni elementi radioattivi, in particolare l'uranio, esistono in quantità significative nella crosta terrestre (a 2,8 parti per milione, c'è più uranio sottoterra che oro ). Ma anche elementi più pesanti, incluso l'einsteinio, possono essere creati artificialmente solo facendo esplodere una bomba all'idrogeno o facendo sbattere insieme particelle subatomiche in un reattore.
Cosa rende un elemento radioattivo? Nel caso dell'einsteinio e dei suoi vicini nella parte inferiore della tavola periodica, è la dimensione assoluta dei loro atomi, spiega Joseph Glajch, un chimico farmaceutico che ha lavorato a lungo con altri elementi radioattivi utilizzati per l'imaging medico.
"Quando gli elementi raggiungono una certa dimensione, il nucleo dell'atomo diventa così grande da disintegrarsi", afferma Glajch. "Quello che succede è che sputa neutroni e/o protoni ed elettroni e decade fino a uno stato elementare inferiore".
Quando gli elementi radioattivi decadono, emettono gruppi di particelle subatomiche che assumono la forma di particelle alfa, beta, raggi gamma e altre radiazioni. Alcuni tipi di radiazioni sono relativamente innocui, mentre altri possono infliggere danni alle cellule umane e al DNA.
Una breve "durata di conservazione"
Quando gli elementi radioattivi decadono, formano anche diversi isotopi che hanno pesi atomici diversi. Il peso atomico di un elemento viene calcolato sommando il numero di neutroni nel nucleo al numero di protoni. Ad esempio, l'einsteinio raccolto nel Pacifico meridionale nel 1952 era un isotopo chiamato einsteinio-253, che ha 99 protoni e 154 neutroni.
Ma gli isotopi non durano per sempre. Ciascuno di essi ha una diversa " emivita " , che è il tempo stimato per il decadimento di metà del materiale in un nuovo isotopo o in un elemento inferiore del tutto. Einsteinium-253 ha un'emivita di soli 20,5 giorni . L'uranio-238, d'altra parte, che è l'isotopo dell'uranio più comune presente in natura, ha un'emivita di 4,46 miliardi di anni.
Uno degli aspetti più difficili della sintesi di elementi radioattivi pesanti come l'einsteinio in laboratorio (e per laboratorio intendiamo reattori nucleari altamente specializzati) è che gli elementi di grandi dimensioni iniziano a decadere molto rapidamente.
"Man mano che crei elementi e isotopi sempre più grandi, diventa sempre più difficile tenerli in giro abbastanza a lungo da vederli", afferma Glajch.
Grande svolta su piccola scala
Ecco perché di recente c'è stata così tanta eccitazione nel mondo della chimica quando un team di scienziati è riuscito a trattenere un campione di einsteinio di breve durata abbastanza a lungo da misurare alcune delle proprietà chimiche di questo elemento ultra raro.
Gli scienziati, guidati da Rebecca Arbergel del Lawrence Berkeley National Laboratory, hanno atteso pazientemente un minuscolo campione di einsteinio-254 prodotto dall'Oak Ridge National Laboratory nel Tennessee. Il campione pesava 250 nanogrammi o 250 miliardesimi di grammo e aveva un'emivita di 276 giorni. Quando la pandemia di COVID-19 ha colpito nel 2020, la ricerca è stata messa da parte per mesi, durante i quali il 7% del campione si è degradato ogni 30 giorni.
La svolta di Abergel è arrivata con la creazione di un "artiglio" molecolare che potrebbe contenere un singolo atomo di einsteinio-254 in posizione abbastanza a lungo da misurare cose come la lunghezza dei suoi legami molecolari e a quale lunghezza d'onda emette luce. Entrambe queste misurazioni sono fondamentali per comprendere come l'einsteinio e i suoi cugini pesanti potrebbero essere potenzialmente utilizzati per cose come il trattamento del cancro.
Ora è fantastico
Compreso l'einsteinio, lo scienziato nucleare Albert Ghiorso ha co-scoperto un record di 12 elementi sulla tavola periodica attraverso il suo lavoro rivoluzionario nell'analisi delle radiazioni dagli anni '50 agli anni '70.
