เมื่อวันที่ 1 พฤศจิกายน พ.ศ. 2495 ทีมนักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกันที่ทำงานให้กับกองทัพสหรัฐได้เปิดสวิตช์โครงสร้างสามชั้นแปลก ๆ ที่มีชื่อรหัสว่า "ไอวี่ ไมค์" เป็นระเบิดไฮโดรเจนลูกแรกของโลกซึ่งเป็นอาวุธนิวเคลียร์สายพันธุ์ใหม่ที่มีพลังมากกว่าระเบิดปรมาณูในญี่ปุ่นถึง 700 เท่า
การทดสอบระเบิดเกิดขึ้นบนเกาะปะการังเล็กๆ ชื่อ Eniwetok ในหมู่เกาะมาร์แชลของแปซิฟิกใต้ เมื่อไอวี่ ไมค์ถูกจุดชนวน มันปล่อยพลังระเบิดออกมา10.4 เมกะตัน เทียบเท่ากับทีเอ็นที 10.4 ล้านแท่งระเบิดหล่นลงบนฮิโรชิมาสำหรับการเปรียบเทียบการผลิตเพียง15 กิโลตัน (15,000 แท่งของทีเอ็นที)
การระเบิดดังกล่าวทำให้ปะการัง Eniwetok ระเหยจนหมด และทำให้เกิดเมฆรูปเห็ดกว้าง 3 ไมล์ (4.8 กิโลเมตร) คนงานในชุดป้องกันได้รวบรวมวัสดุที่หลุดออกจากเกาะใกล้เคียงและส่งกลับไปที่ Berkeley Lab ในแคลิฟอร์เนีย (ปัจจุบันคือ Lawrence Berkeley National Laboratory) เพื่อทำการวิเคราะห์ ที่นั่น ทีมนักวิจัยจากโครงการแมนฮัตตัน นำโดยอัลเบิร์ต กิออร์โซ แยกอะตอมของธาตุใหม่เอี่ยมเพียง 200 อะตอมซึ่งประกอบด้วยโปรตอน 99 ตัวและอิเล็กตรอน 99 ตัว
ในปี 1955 นักวิจัยได้ประกาศการค้นพบของพวกเขาให้โลกรู้และตั้งชื่อตามฮีโร่ทางวิทยาศาสตร์ของพวกเขา: ไอน์สไตเนียม
ใหญ่และไม่เสถียร
ไอน์สไตเนียมครอบครองอะตอมหมายเลข 99 ในตารางธาตุร่วมกับธาตุกัมมันตภาพรังสีที่หนักมากอื่นๆ เช่น แคลิฟอเนียมและเบอร์เคเลียม ธาตุกัมมันตภาพรังสีบางชนิด โดยเฉพาะยูเรเนียม มีอยู่ในปริมาณที่มีความหมายในเปลือกโลก (ที่ 2.8 ส่วนต่อล้านมียูเรเนียมอยู่ใต้ดินมากกว่าทองคำ ) แต่แม้กระทั่งองค์ประกอบที่หนักกว่า ซึ่งรวมถึงไอน์สไตเนียม สามารถสร้างได้ด้วยการประดิษฐ์ระเบิดไฮโดรเจนหรือโดยการกระแทกอนุภาคย่อยของอะตอมเข้าด้วยกันในเครื่องปฏิกรณ์
อะไรทำให้ธาตุกัมมันตภาพรังสี? ในกรณีของไอน์สไตเนียมและเพื่อนบ้านที่อยู่ด้านล่างของตารางธาตุ มันเป็นขนาดที่แท้จริงของอะตอม โจเซฟ กลาจช์ นักเคมีด้านเภสัชกรรม ซึ่งเคยทำงานอย่างกว้างขวางกับองค์ประกอบกัมมันตภาพรังสีอื่นๆ ที่ใช้สำหรับการถ่ายภาพทางการแพทย์ อธิบาย
"เมื่อองค์ประกอบมีขนาดที่แน่นอน นิวเคลียสของอะตอมจะมีขนาดใหญ่มากจนสลายตัว" Glajch กล่าว "สิ่งที่เกิดขึ้นคือมันคายนิวตรอนและ/หรือโปรตอนและอิเล็กตรอนออกมาและสลายตัวไปสู่สถานะธาตุที่ต่ำกว่า"
เมื่อธาตุกัมมันตภาพรังสีสลายตัว พวกมันจะขจัดกระจุกของอนุภาคย่อยที่อยู่ในรูปแบบของอนุภาคแอลฟา อนุภาคบีตา รังสีแกมมา และรังสีอื่นๆ รังสีบางชนิดค่อนข้างไม่เป็นอันตราย ในขณะที่บางชนิดสามารถสร้างความเสียหายต่อเซลล์และ DNA ของมนุษย์ได้
'อายุการเก็บรักษา' สั้น ๆ
เมื่อธาตุกัมมันตรังสีสลายตัว พวกมันยังสร้างไอโซโทปที่แตกต่างกันซึ่งมีน้ำหนักอะตอมต่างกัน น้ำหนักอะตอมของธาตุคำนวณโดยการบวกจำนวนนิวตรอนในนิวเคลียสเข้ากับจำนวนโปรตอน ตัวอย่างเช่น ไอน์สไตเนียมที่เก็บรวบรวมในแปซิฟิกใต้ในปี 1952 เป็นไอโซโทปที่เรียกว่าไอน์สไตเนียม-253 ซึ่งมี 99 โปรตอนและ 154 นิวตรอน
แต่ไอโซโทปไม่คงอยู่ตลอดไป พวกเขาแต่ละคนมี " ครึ่งชีวิต " ที่แตกต่างกันซึ่งเป็นเวลาโดยประมาณที่วัสดุครึ่งหนึ่งจะสลายตัวเป็นไอโซโทปใหม่หรือธาตุที่ต่ำกว่าทั้งหมด ไอน์สไตเนียม-253 มีครึ่งชีวิตของเพียงแค่ 20.5 วัน ยูเรเนียม-238 ซึ่งเป็นไอโซโทปที่พบมากที่สุดของยูเรเนียมที่พบในธรรมชาติ มีครึ่งชีวิต 4.46 พันล้านปี
สิ่งหนึ่งที่ยากเกี่ยวกับการสังเคราะห์ธาตุกัมมันตภาพรังสีหนัก เช่น ไอน์สไตเนียมในห้องทดลอง (และในห้องปฏิบัติการ เราหมายถึงเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่มีความเฉพาะทางสูง) ก็คือองค์ประกอบขนาดใหญ่เริ่มสลายตัวอย่างรวดเร็ว
"เมื่อคุณสร้างองค์ประกอบและไอโซโทปที่ใหญ่ขึ้นเรื่อยๆ ก็ยิ่งยากขึ้นเรื่อยๆ ที่จะเก็บพวกมันไว้ใกล้ๆ ให้นานพอที่จะมองเห็น" Glajch กล่าว
ความก้าวหน้าครั้งใหญ่ในระดับขนาดเล็ก
นั่นเป็นสาเหตุว่าทำไมเมื่อเร็ว ๆ นี้จึงเกิดความตื่นเต้นอย่างมากในโลกเคมีเมื่อทีมนักวิทยาศาสตร์ประสบความสำเร็จในการเก็บตัวอย่างไอน์สไตเนียมที่มีอายุสั้นนานพอที่จะวัดคุณสมบัติทางเคมีขององค์ประกอบที่หายากเป็นพิเศษนี้
นักวิทยาศาสตร์นำโดย Rebecca Arbergel แห่ง Lawrence Berkeley National Laboratory รอคอยอย่างอดทนสำหรับตัวอย่างเล็กๆ ของ einsteinium-254 ที่ผลิตโดยห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Oak Ridge ในรัฐเทนเนสซี ตัวอย่างมีน้ำหนัก 250 นาโนกรัมหรือ 250 พันล้านกรัมและมีครึ่งชีวิต 276 วัน เมื่อเกิดการระบาดใหญ่ของ COVID-19 ในปี 2020 การวิจัยถูกกีดกันเป็นเวลาหลายเดือน โดยในช่วงนั้น 7% ของกลุ่มตัวอย่างลดลงทุก ๆ 30 วัน
ความก้าวหน้าของ Abergel มาพร้อมกับการสร้าง "กรงเล็บ" ระดับโมเลกุลที่สามารถกักเก็บไอน์สไตเนียม-254 อะตอมเดียวไว้ในสถานที่นานพอที่จะวัดสิ่งต่างๆ เช่น ความยาวของพันธะโมเลกุลและความยาวคลื่นที่เปล่งแสงออกมา การวัดทั้งสองนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการทำความเข้าใจว่าไอน์สไตเนียมและลูกพี่ลูกน้องหนักของไอน์สไตเนียมสามารถนำมาใช้กับสิ่งต่าง ๆ เช่นการรักษามะเร็งได้อย่างไร
ตอนนี้มันเจ๋ง
นักวิทยาศาสตร์นิวเคลียร์ Albert Ghiorso ร่วมกับไอน์สไตเนียมได้ร่วมค้นพบองค์ประกอบ 12 ธาตุในตารางธาตุผ่านการทำงานที่ก้าวล้ำในการวิเคราะห์รังสีตั้งแต่ปี 1950 ถึง 1970
