1. yle.fi
  2. Uutiset
  3. tiede

Arvoituksellista einsteiniumia tutkittiin kunnolla ensi kertaa sitten 1970-luvun – iso askel todella pienen mittakaavan kemialle

Yhdysvaltalaistutkijat pääsivät käsiksi keinotekoisesti valmistettavaan ja vaikeasti käsiteltävään einsteiniumiin. Perustutkimukselle havainnot olivat merkittävä edistysaskel.

tiede
Ensimmäinen vetypommiräjähdys Enewetakin saarella.
Alkuaine einsteiniumin historia alkaa USA:n vetypommikokeesta vuonna 1952.Everett Collection / All Over Press

Tutkijat ovat ensimmäistä kertaa sitten 1970-luvun saaneet tarkemmin tutkittua einsteiniumia, yhtä jaksollisen järjestelmän raskainta alkuainetta.

Tietokilpailujen ikisuosikkia einsteiniumia havaittiin alkujaan vuonna 1952 Yhdysvaltojen Enewetakin atollilla Marshallinsaarilla tekemän maailman ensimmäisen vetypommikokeen yhteydessä.

Tieto löydöksestä julkistettiin vasta vuonna 1955 ja uusi alkuaine sai nimensä samana vuonna kuolleen Albert Einsteinin mukaan.

Einsteinium, alkuainetaulukossa järjestysluvultaan 99, on hyvin radioaktiivinen metalli, jota saadaan syntymään ainoastaan keinotekoisesti esimerkiksi hiukkaskiihdyttimillä tai voimakkaissa ydinreaktoreissa.

Mikäli einsteiniumia on joskus tähtien prosesseissa muodostunut luonnollisesti, on se lyhyen puoliintumisaikansa takia jo ajat sitten hajonnut.

Vaikea tuottaa ja tutkia

Radioaktiivisuutensa, lyhytikäisyytensä ja äärimmäisen niukan näytemäärän vuoksi einsteiniumia on vaikea tutkia ja myös hyvin vaikea erottaa toisista raskaista alkuaineista.

Muun muassa Lawrence Berkeley -laboratorion tutkijat saivat sitä kuitenkin tuotetuksi 233 nanogrammaa. Häviävän pieniä määriä eli muutamia atomeita tätä alkuainetta on muodostunut vuosien varrella muissakin kokeissa, mutta tuoreen näytteen koko mahdollisti tarkemman tutkimuksen.

Oak Ridgen kansallisessa laboratoriossa pommitettiin tutkimusreaktorissa curiumatomeja neutroneilla. Menetelmällä syntyy etupäässä esimerkiksi satelliittien virtalähteenä käytettävää kaliforniumia, mutta sivutuotteena hitusen einsteiniumia.

Vaikean havaitsemisen lisäksi tutkijoilla oli toinenkin ongelma: sopiva säilytyspaikka.

Einsteinium-254 (yksi einsteiniumin vakaimmista isotoopeista) hajoaa puoliintuessaan yhdeksässä kuukaudessa berkelium-250:ksi, joka on vaarallisen gammasäteilyn lähde. Tutkijoita suojattiin erityisesti näitä kokeita varten kehitetyllä 3D-printatulla säilytysastialla.

Asiaa ei auttanut se, että kokeet piti välillä keskeyttää koronapandemian vuoksi ja alkujaankin mikroskooppisen pieni näyte-erä hupeni hupenemistaan.

Kuva alkuaineiden jaksollisen järjestelmän taulukosta.
Einsteiniumin tutkiminen voi tuoda uutta valoa alkuainetaulukon raskaamman pään edustajien ominaisuuksiin.lucadp / Mostphotos

Lisää höyryä perustutkimukselle

Einsteiniumista ei ainakaan vielä tiedetä olevan varsinaista käytännön hyötyä. Yhdysvaltalaistutkijoiden löydökset auttavat kuitenkin kaikkein raskaimpien ja lyhytikäisimpien alkuaineiden tutkimusta.

Einsteiniumin kemiallisista ominaisuuksista ei ole tiedetty paljoakaan. Nyt selvisi kuitenkin sen sidospituus eli se, kuinka kaukana einsteiniumin atomien ytimet ovat toisistaan. Tämä tieto auttaa päättelemään, kuinka aineen atomit reagoivat muiden atomien ja molekyylien kanssa.

Raskaiden alkuaineiden ytimet ovat samalla eräänlaisia pienoislaboratorioita, jotka auttavat ymmärtämään luonnon perusvoimia.

– Tämä on perustutkimusta, katsotaan, että kuinka paljon pystytään protoneita yhdistämään toisiinsa, toteaa vanhempi tutkija Juha Uusitalo Jyväskylän yliopistosta.

– Kun ainetta saadaan riittävän iso määrä, niin sitten sitäkin voidaan alkaa pommittaa ja päästä taas eteenpäin, Uusitalo kertoo.

Nykyisellään havaituista alkuaineista viimeisin, raskain ja järjestysluvultaan 118 on oganesson, jota on tavattu vain muutamia atomeja.

Tavallisen ihmisen useimmin kohtaama raskas alkuaine on amerikium, jota käytetään mm. palovaroittimissa.

Kohti superraskasta sarjaa

Nyt näytettiin myös suuntaa äärimmäisen pienen mittakaavan kemialle.

Ainakin teoreettisesti on mahdollista valmistaa vielä oganessoniakin raskaampia alkuaineita. Järjestysluvut 119, 120 ja 121 on varattu väliaikaiset nimet saaneille ununenniumille, unbiliniumille ja unbiuniumille, mutta ne ovat toistaiseksi pelkästään hypoteettisia.

Uusien raskaampien alkuaineiden tuottaminen on hyvin kuitenkin äärimmäisen vaikeaa.

– Alkuaine 118 on nyt raskain ja siitä yritetään mennä eteenpäin. Japanissa on jo kuukausia ellei vuosia yritetty tuottaa seuraavaa elementtiä, mutta vaikutusalat ovat vain niin pieniä, että se vaan ei tule. Luulen, että menee useita vuosia, ennenkuin se seuraava löytyy, Uusitalo huomauttaa.

Tutkijoiden haaveena on myös löytää ns. vakaussaareke. Se tarkoittaa superraskaita alkuaineita, joiden isotooppien puoliintumisajat olisivat tyypillisten mikrosekuntien sijasta minuutteja tai jopa päiviä.

Einsteinium-tutkimuksista kertoivat tiedelehti Nature (siirryt toiseen palveluun) ja LiveScience-sivusto (siirryt toiseen palveluun).

Kuuntele tästä Areena-juttu suomalaisesta raskaiden alkuaineiden tutkimuksesta.

Lue seuraavaksi