Vào ngày 1 tháng 11 năm 1952, một nhóm các nhà khoa học Mỹ làm việc cho quân đội Mỹ đã ném công tắc lên một cấu trúc ba tầng kỳ lạ có tên mã là "Ivy Mike". Đây là quả bom khinh khí đầu tiên trên thế giới , một loại vũ khí hạt nhân mới có sức công phá gấp 700 lần những quả bom nguyên tử ném xuống Nhật Bản.
Vụ thử bom diễn ra trên một đảo san hô nhỏ có tên Eniwetok thuộc quần đảo Marshall ở Nam Thái Bình Dương. Khi cho nổ Ivy Mike, nó phóng ra sức công phá 10,4 megaton , tương đương với 10,4 triệu que TNT. Các quả bom thả xuống Hiroshima , để so sánh, sản xuất chỉ 15 kiloton (15.000 gậy của TNT).
Vụ nổ làm bốc hơi hoàn toàn đảo san hô Eniwetok và tạo ra một đám mây hình nấm rộng 3 dặm (4,8 km). Các công nhân mặc đồ bảo hộ đã thu thập vật liệu bụi phóng xạ từ một hòn đảo lân cận và gửi trở lại Phòng thí nghiệm Berkeley ở California (nay là Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Berkeley) để phân tích. Tại đó, một nhóm các nhà nghiên cứu của Dự án Manhattan do Albert Ghiorso đứng đầu đã cô lập chỉ 200 nguyên tử của một nguyên tố hoàn toàn mới chứa 99 proton và 99 electron.
Năm 1955, các nhà nghiên cứu đã công bố khám phá của họ với thế giới và đặt tên nó theo tên anh hùng khoa học của họ: einsteinium.
Lớn và không ổn định
Einsteinium chiếm số nguyên tử 99 trong bảng tuần hoàn trong nhóm các nguyên tố phóng xạ và rất nặng khác như californium và berkelium. Một số nguyên tố phóng xạ, đặc biệt là uranium, tồn tại với số lượng có ý nghĩa trong vỏ Trái đất (2,8 phần triệu, có nhiều uranium dưới lòng đất hơn vàng ). Nhưng các nguyên tố thậm chí nặng hơn, bao gồm einsteinium, chỉ có thể được tạo ra một cách nhân tạo bằng cách cho nổ bom khinh khí hoặc bằng cách đập các hạt hạ nguyên tử lại với nhau trong lò phản ứng.
Điều gì làm cho một nguyên tố phóng xạ? Joseph Glajch, một nhà hóa dược học, người đã làm việc nhiều với các nguyên tố phóng xạ khác được sử dụng cho hình ảnh y tế, giải thích trong trường hợp einsteinium và các nước láng giềng của nó ở cuối bảng tuần hoàn.
Glajch nói: “Khi các nguyên tố đạt đến một kích thước nhất định, hạt nhân của nguyên tử trở nên lớn đến mức nó tan rã. "Điều xảy ra là nó phun ra neutron và / hoặc proton và electron và phân rã xuống một trạng thái nguyên tố thấp hơn."
Khi các nguyên tố phóng xạ phân rã, chúng tạo ra các cụm hạt hạ nguyên tử có dạng hạt alpha, hạt beta, tia gamma và các bức xạ khác. Một số loại bức xạ tương đối vô hại, trong khi những loại khác có thể gây tổn thương cho tế bào và DNA của con người.
'Thời hạn sử dụng' ngắn
Khi các nguyên tố phóng xạ phân rã, chúng cũng tạo thành các đồng vị khác nhau có trọng lượng nguyên tử khác nhau. Trọng lượng nguyên tử của một nguyên tố được tính bằng cách cộng số nơtron trong hạt nhân với số proton. Ví dụ, einsteinium thu được ở Nam Thái Bình Dương vào năm 1952 là một đồng vị gọi là einsteinium-253, có 99 proton và 154 neutron.
Nhưng đồng vị không tồn tại mãi mãi. Mỗi loại có " chu kỳ bán rã " khác nhau , là thời gian ước tính để một nửa vật chất phân rã hoàn toàn thành một đồng vị mới hoặc một nguyên tố thấp hơn. Einsteinium-253 có thời gian bán hủy chỉ 20,5 ngày . Mặt khác, Uranium-238, là đồng vị phổ biến nhất của uranium được tìm thấy trong tự nhiên, có chu kỳ bán rã 4,46 tỷ năm.
Một trong những điều khó khăn khi tổng hợp các nguyên tố phóng xạ nặng như einsteinium trong phòng thí nghiệm (và trong phòng thí nghiệm, chúng tôi muốn nói đến các lò phản ứng hạt nhân chuyên dụng cao) là các nguyên tố lớn bắt đầu phân hủy rất nhanh.
Glajch nói: “Khi bạn tạo ra các nguyên tố và đồng vị ngày càng lớn hơn, thì càng ngày càng khó để giữ chúng ở xung quanh đủ lâu để nhìn thấy chúng.
Đột phá lớn trên quy mô nhỏ
Đó là lý do tại sao gần đây đã có rất nhiều sự phấn khích trong thế giới hóa học khi một nhóm các nhà khoa học đã giữ thành công một mẫu einsteinium tồn tại trong thời gian ngắn đủ dài để đo một số tính chất hóa học của nguyên tố siêu hiếm này.
Các nhà khoa học, đứng đầu là Rebecca Arbergel của Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Berkeley, đã kiên nhẫn chờ đợi một mẫu einsteinium-254 rất nhỏ do Phòng thí nghiệm Quốc gia Oak Ridge ở Tennessee sản xuất. Mẫu có trọng lượng 250 nanogram hoặc 250 phần tỷ gram và có chu kỳ bán rã là 276 ngày. Khi đại dịch COVID-19 xảy ra vào năm 2020, nghiên cứu đã bị gác lại trong nhiều tháng, trong đó 7 phần trăm mẫu phân hủy sau mỗi 30 ngày.
Bước đột phá của Abergel đến với việc tạo ra một "móng vuốt" phân tử có thể giữ một nguyên tử einsteinium-254 tại chỗ đủ lâu để đo những thứ như độ dài của các liên kết phân tử của nó và bước sóng mà nó phát ra ánh sáng. Cả hai phép đo này đều rất quan trọng để hiểu cách einsteinium và những người anh em họ nặng của nó có thể được sử dụng cho những việc như điều trị ung thư.
Bây giờ thật tuyệt
Bao gồm cả einsteinium, nhà khoa học hạt nhân Albert Ghiorso đã đồng phát hiện ra 12 nguyên tố lập kỷ lục trong bảng tuần hoàn thông qua công trình đột phá của ông trong phân tích bức xạ từ những năm 1950 đến 1970.
