Fundamentale Eigenschaften des seltensten natürlichen Elements vermessen

Astat ist das seltenste Element, das auf der Erde natürlich vorkommt. Es entsteht beim Zerfall von Uran, dennoch enthält die Erdkruste insgesamt nicht mehr als 0,07 Gramm Astat. Doch das radioaktive Element ist nicht nur wegen seiner Seltenheit spannend, es könnte in Zukunft auch bei der Behandlung von Krebstumoren zum Einsatz kommen. Jetzt hat eine internationale Forschungsgruppe am Europäischen Kernforschungszentrum CERN grundlegende Eigenschaften des Elements gemessen, die Ergebnisse erschienen diese Woche in der Zeitschrift „Nature Communications“.

Die Physiker um Sebastian Rothe von der Universität Mainz haben das Ionisationspotenzial von Astat bestimmt – also die Energie, die benötigt wird, um ein Elektron vom Atom zu trennen und das Atom damit zu ionisieren. Astat war das letzte natürlich vorkommende Element für das diese Eigenschaft bestimmt wurde. Das Ionisationspotenzial beeinflusst, wie sich ein Atom chemisch verhält und wie stabil die Bindungen sind, die es in Molekülen eingeht.

Im Rahmen des ISOLDE Experiments am CERN produzierten die Wissenschaftler künstliche Astat-Atome, indem sie Uran mit hochenergetischen Protonen beschossen. Gleichzeitig wurden die entstehenden Atome mit Laserlicht bestrahlt, dessen Energie immer höher geregelt wurde, bis sie ausreichte, um die Atome zu ionisieren. Die Astat-Ionen wurden dann durch elektromagnetische Felder in einen Detektor gelenkt und untersucht.

Mit diesen Messungen konnten die Forscher ein Ionisationspotenzial von 9,31751(8) Elektronenvolt bestimmen und den Übergang zwischen dem Grundzustand und dem ionisierten Zustand beobachten. „Dadurch haben wir mehrere neue Phänomene entdeckt, darunter den Radius der Atomkerne des Astats und eine sehr exotische Form des Atomzerfalls", sagte Andrei Andreyev von der University of York.

In der Krebsmedizin könnte das kurzlebige Element gut geeignet sein, um direkt in Tumore injiziert zu werden und dort die Krebszellen zu zerstören. Astat ist mit der Ordnungszahl 85 ein schweres Element, es besitzt zwanzig bekannte Isotope, das stabilste mit einer Halbwertszeit von gut acht Stunden. Die meisten Isotope sind jedoch sehr instabil und zerfallen schnell, weswegen ihre Untersuchung schwierig ist.