1952년 11월 1일 미군에서 일하는 미국 과학자 팀이 코드명 "Ivy Mike"라는 이상한 3층 구조에 스위치를 던졌습니다. 일본에 투하된 원자폭탄보다 700배나 강력한 신형 핵무기 인 세계 최초의 수소폭탄 이었다 .
폭탄 실험은 남태평양의 마셜 제도에 있는 에니웨톡(Eniwetok)이라는 작은 환초에서 이루어졌습니다. Ivy Mike가 폭발했을 때 10.4메가톤의 폭발력을 방출했는데 , 이는 대략 TNT 1040만 스틱에 해당합니다. 비교를 위해 히로시마에 투하 된 폭탄은 15킬로톤 (TNT 15,000 개 )을 생산했습니다 .
폭발은 에니웨톡 환초를 완전히 증발시켰고 폭 3마일(4.8km)의 버섯구름을 만들었다. 방호복을 입은 노동자들은 이웃 섬에서 낙진 물질을 모아 분석을 위해 캘리포니아 버클리 연구소(현 로렌스 버클리 국립 연구소)로 보냈다. 그곳에서 Albert Ghiorso가 이끄는 맨해튼 프로젝트 연구원 팀은 99개의 양성자와 99개의 전자를 포함하는 새로운 원소의 200개 원자만 분리했습니다 .
1955년, 연구원들은 그들의 발견을 세상에 발표하고 그들의 과학적 영웅인 아인슈타이늄의 이름을 따서 명명했습니다.
크고 불안정
아인슈타이늄은 캘리포니아 및 버클륨과 같은 매우 무겁고 방사성 원소와 함께 주기율표 에서 원자 번호 99번을 차지합니다 . 일부 방사성 원소, 특히 우라늄은 지각에 의미 있는 양으로 존재합니다( 2.8ppm로 지하에는 금보다 우라늄이 더 많습니다 ). 그러나 아인슈타이늄을 포함한 더 무거운 원소는 수소 폭탄을 폭발시키거나 원자로에서 아원자 입자를 함께 충돌시킴으로써만 인위적으로 생성할 수 있습니다.
원소를 방사성으로 만드는 것은 무엇입니까? 주기율표 맨 아래에 있는 아인슈타인과 그 이웃의 경우에는 원자의 순전한 크기라고 의료 영상에 사용되는 다른 방사성 원소에 대해 광범위하게 연구해 온 제약 화학자인 Joseph Glajch는 설명합니다.
"원소가 특정 크기가 되면 원자의 핵이 너무 커져서 분해됩니다."라고 Glajch는 말합니다. "발생하는 일은 중성자 및/또는 양성자 및 전자를 내뿜고 더 낮은 원소 상태로 붕괴된다는 것입니다."
방사성 원소가 붕괴하면서 알파 입자, 베타 입자, 감마선 및 기타 방사선의 형태를 취하는 아원자 입자 클러스터를 방출합니다. 일부 유형의 방사선은 비교적 무해한 반면 다른 유형은 인간 세포와 DNA에 손상을 줄 수 있습니다.
짧은 '유효 기간'
방사성 원소는 붕괴하면서 원자량이 다른 다양한 동위원소를 형성합니다. 원소의 원자량은 양성자 수에 핵의 중성자 수를 더하여 계산됩니다. 예를 들어, 1952년 남태평양에서 수집된 아인슈타이늄은 99개의 양성자와 154개의 중성자를 포함하는 아인슈타이늄-253이라는 동위 원소였습니다.
그러나 동위원소는 영원히 지속되지 않습니다. 그것들은 각각 다른 " 반감기 "를 가지고 있습니다. 이것은 물질의 절반이 새로운 동위원소 또는 더 낮은 원소로 붕괴되는 데 걸리는 예상 시간입니다. 아인슈타이늄-253의 반감기는 20.5일 에 불과 합니다. 반면에 자연에서 발견되는 가장 흔한 우라늄 동위원소인 우라늄-238은 반감기가 44억 6천만 년입니다.
실험실에서 아인슈타이늄과 같은 무거운 방사성 원소를 합성할 때 어려운 점 중 하나는 큰 원소가 매우 빠르게 붕괴하기 시작한다는 것입니다.
Glajch는 "더 크고 더 큰 원소와 동위원소를 만들면 볼 수 있을 만큼 충분히 오래 유지하는 것이 점점 더 어려워집니다."라고 말합니다.
소규모의 큰 혁신
그렇기 때문에 과학자 팀이 이 매우 희귀한 원소의 화학적 특성을 측정할 수 있을 만큼 충분히 오래 지속되는 짧은 수명의 아인슈타이늄 샘플을 성공적으로 보유했을 때 화학 세계에서 최근 에 큰 흥분을 느꼈습니다.
로렌스 버클리 국립 연구소(Lawrence Berkeley National Laboratory)의 레베카 아르베르겔(Rebecca Arbergel)이 이끄는 과학자들은 테네시의 오크 릿지 국립 연구소(Oak Ridge National Laboratory)에서 생산된 소량의 아인슈타인-254 샘플을 참을성 있게 기다렸습니다. 샘플의 무게는 250나노그램 또는 2,500억분의 1그램이며 반감기는 276일이었습니다. 2020년 COVID-19 대유행이 발생했을 때 연구는 몇 달 동안 중단되었으며, 이 기간 동안 샘플의 7%가 30일마다 분해되었습니다.
Abergel의 돌파구는 분자 결합의 길이와 빛을 방출하는 파장과 같은 것을 측정할 수 있을 만큼 충분히 오랫동안 아인슈타인-254의 단일 원자를 제자리에 고정할 수 있는 분자 "발톱"의 생성과 함께 이루어졌습니다. 이 두 가지 측정은 모두 아인슈타이늄과 그 무거운 사촌이 암 치료와 같은 것에 잠재적으로 사용될 수 있는 방법을 이해하는 데 중요합니다.
이제 멋지다
아인슈타이늄을 포함하여 핵 과학자인 Albert Ghiorso 는 1950년대부터 1970년대까지 방사선 분석에 대한 획기적인 연구를 통해 주기율표에서 기록 적인 12개의 원소 를 공동 발견했습니다 .
