Ny kunskap om världens mest sällsynta grundämne

Det finns bara 70 mg astat i jordskorpan, så ämnet är extremt ovanligt. Men nu har forskare vid Göteborgs universitet lyckats tillverka negativa joner av astat i partikelacceleratorn på laboratoriet i CERN i Schweiz och därmed kunnat studera ämnet mera i detalj.

– Trots att vi får fram extremt små mängder kan vi nu fundamentalt belysa och beskriva hur astatatomen fungerar, säger Dag Hanstorp, professor i atomfysik vid Göteborgs universitet.

Sönderfaller snabbt

– Astat är inte bara sällsynt, utan också svårt att tillverka och behålla eftersom det sönderfaller fort, säger Julia Karls, doktorand vid institutionen för fysik, Göteborgs universitet och som är den som byggt den nya detektorn GANDALPH (Gothenburg ANion Detector for Affinity measurements by Laser) som användes vid mätningen i Genève.

I experiment har Dag Hanstorp och hans medarbetare, med hjälp av protonstrålen, skjutit sönder grundämnet thorium så att flera andra ämnen bildats. Ett av grundämnena är astat, som därefter har separerats från övriga ämnen och därmed kunnat studeras närmre.

– Vi har byggt upp en verksamhet på CERN med den nya detektorn där, som först testades på negativa joner av grundämnet jod för att se om den fungerade, och sedan gick vi vidare med astat, säger Dag Hanstorp.

Okänt om de kemiska egenskaperna

Eftersom ämnet astat är så sällsynt har forskarna hittills vetat väldigt lite om dess kemiska egenskaper.

–  Vi har jobbat mot detta i fem år och har äntligen lyckats få ett resultat! Det här är första gången vi har lyckats göra den här typen av experiment på ett radioaktivt ämne. Dessa resultat öppnar upp för mätningar på grundämnen som är tyngre än astat, säger Julia Karls.

– Detta är ett genombrott, säger Dag Hanstorp.

En radioaktiv halvmetall

Astat är ett halvmetalliskt radioaktivt grundämne som tillhör gruppen halogener. Det finns fyra naturligt förekommande isotoper. Dessa finns bara i radioaktiv form och de har alla en kort livstid. Forskarna har nu genom studierna fått grundläggande information om hur astat fungerar på atomnivå.

– Elektronaffinitet tillsammans med jonisationspotentialen, som också har uppmätts på CERN, gör att vi kan beräkna elektronegativiteten för ämnet, vilket beskriver hur ämnet beter sig kemiskt, säger Julia Karls.

– Vi kan bidra med den grundläggande kemin, något man kan ha nytta av i annan forskning, säger Dag Hanstorp.

De nya kunskaperna kan användas i cancerforskning

Astat kan användas i behandlingen av äggstockscancer genom att den radioaktiva isotopen astat-211, som har en livslängd på sju timmar, kopplas till en antikropp som fäster på cancerceller. Forskning i detta fält sker i forskargruppen Targeted Alpha Therapy (TAT), som har sitt säte vid Göteborgs universitet och Sahlgrenska universitetssjukhuset i Göteborg,

–  Jag skulle säga att det som är häftigt med detta är att man kan använda astat till att förstöra metastaser som är så små att de inte går att upptäcka eller behandla på annat sätt, säger Julia Karls.

Vetenskaplig artikel:

The electron affinity of astatine, Nature Communications

Kontakt:

Dag Hanstorp, professor vid institutionen för fysik, Göteborgs universitet, dag.hanstorp@physics.gu.se
Julia Karls, doktorand vid institutionen för fysik, Göteborgs universitet, julia.karls@physics.gu.se