Erste Experimente mit Einsteinium

Bereits im Jahr 1952 entdeckten Forscher das radioaktive Element Einsteinium nach dem Test einer Wasserstoffbombe auf dem Eniwetok-Atoll. Doch das Element entsteht nicht nur in Kernfusionswaffen, sondern auch – allerdings in extrem geringen Mengen – in Kernreaktoren. Da viele Eigenschaften dieses Metalls bislang noch nicht genauer untersucht werden konnten, widmeten sich nun Forscher erneut dieser Aufgabe. Wie sie in der Fachzeitschrift „Nature“ berichten, führten sie mit großem Sicherheitsaufwand erste Messungen mit etwa 200 Nanogramm des Elements durch.

Einsteinium gehört zu der Gruppe der Actinoide und ist hochradioaktiv – es zerfällt mit einer Halbwertszeit von nur 276 Tagen. Rebecca Abergel vom Lawrence Berkeley National Laboratory in den USA und ihre Kollegen erhielten eine kleine Probe des Isotops Einsteinium-254 aus einem Kernreaktor am Oak Ridge National Laboratory. Dort wurden Proben des Elements Curium mit Neutronen beschossen, um Einsteinium künstlich herzustellen. Eigentlich wollten die Forscher die Struktur von Einsteinium mit der Röntgenkristallografie untersuchen. Da die Probe aber mit dem Element Californium verunreinigt war, ließ sich diese Analysen nicht durchführen. Doch die Forscher fanden andere Verfahren, um die Eigenschaften von Einsteinium zu entschlüsseln.

Im Labor

Indem Abergel und ihre Kollegen das Metall mit einer organischen Substanz reagieren ließen, bildete sich ein metallorganischer Komplex. Die Probe bestrahlten sie in einem Synchrotronlabor am Forschungszentrum SLAC in Kalifornien wiederum mit Röntgenstrahlung verschiedener Wellenlänge. Diese Methode der sogenannten Röntgenabsorbtionsspektroskopie – kurz XAS – offenbarte die Bindungslängen, über die sich Einsteinium mit anderen Atomen und Molekülen verknüpfen kann. In einer solchen chemischen Bindung entspricht die Bindungslänge demnach wenigen Zehntel Nanometern. „Diese Länge ist das Erste, was man wissen will, um das Bindungsverhalten des Metalls mit anderen Molekülen zu verstehen“, sagt Abergel.

Mit diesen Versuchen haben die Wissenschaftler nun erste Hinweise auf die chemischen Eigenschaften von Einsteinium gewonnen. Daraus lässt sich auch das Verhalten anderer Elemente in der Gruppe der Actinoide abschätzen. Während der nächsten Schritte wollen Abergel und ihre Kollegen reines Einsteinium gewinnen. Solche Proben ließen sich ebenfalls mit Neutronen oder leichteren Atomkernen beschießen, um möglicherweise noch schwerere, bisher unbekannte Elemente zu erzeugen. Doch für weitere Versuche müssen die Forscher zunächst die Lieferung neuer Proben des Elements abwarten. Denn ihre erste Probe, die sie kurz vor dem Beginn der Corona-Pandemie untersuchten, ist mittlerweile zum größten Teil zerfallen.