Il 1° novembre 1952, un gruppo di scienziati americani che lavoravano per l'esercito americano premette l'interruttore su una strana struttura a tre piani con nome in codice "Ivy Mike". Si trattava della prima bomba all'idrogeno al mondo, un nuovo tipo di arma nucleare 700 volte più potente delle bombe atomiche sganciate sul Giappone.
Il test della bomba ha avuto luogo su un minuscolo atollo chiamato Eniwetok nelle Isole Marshall nel Pacifico meridionale. Quando Ivy Mike venne fatta esplodere, liberò 10,4 megatoni di potenza esplosiva, all'incirca l'equivalente di 10,4 milioni di tonnellate di TNT. La bomba sganciata su Hiroshima, per fare un confronto, ha prodotto solo 15 kilotoni (15.000 tonnellate di TNT).
L'esplosione ha completamente vaporizzato l'atollo di Eniwetok e ha prodotto un fungo atomico largo 3 miglia (4,8 chilometri). I lavoratori in tute protettive raccolsero il materiale della ricaduta da un'isola vicina e lo rimandarono al Berkeley Lab in California (ora Lawrence Berkeley National Laboratory) per l'analisi. Lì, un team di ricercatori del Progetto Manhattan guidato da Albert Ghiorso ha isolato solo 200 atomi di un nuovissimo elemento contenente 99 protoni e 99 elettroni.
Nel 1955, i ricercatori annunciarono la loro scoperta al mondo e gli diedero il nome del loro eroe scientifico:einsteinio.
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L'einsteinio occupa il numero atomico 99 nella tavola periodica in compagnia di altri elementi molto pesanti e radioattivi come il californio e il berkelio. Alcuni elementi radioattivi, in particolare l'uranio, esistono in quantità significative nella crosta terrestre (con 2,8 parti per milione, nel sottosuolo c'è più uranio che oro). Ma anche gli elementi più pesanti, compreso l'einsteinio, possono essere creati solo artificialmente facendo esplodere una bomba all'idrogeno o facendo sbattere insieme particelle subatomiche in un reattore.
Cosa rende un elemento radioattivo? Nel caso dell'einsteinio e dei suoi vicini nella parte inferiore della tavola periodica, è la dimensione dei loro atomi, spiega Joseph Glajch, un chimico farmaceutico che ha lavorato a lungo con altri elementi radioattivi utilizzati per l'imaging medico.
"Quando gli elementi raggiungono una certa dimensione, il nucleo dell'atomo diventa così grande che si disintegra", spiega Glajch. "Quello che succede è che emette neutroni e/o protoni ed elettroni e decade fino a uno stato elementare inferiore."
Quando gli elementi radioattivi decadono, emettono grappoli di particelle subatomiche che assumono la forma di particelle alfa, particelle beta, raggi gamma e altre radiazioni. Alcuni tipi di radiazioni sono relativamente innocui, mentre altri possono causare danni alle cellule umane e al DNA.
Quando gli elementi radioattivi decadono, formano anche isotopi diversi che hanno pesi atomici diversi. Il peso atomico di un elemento si calcola sommando il numero di neutroni presenti nel nucleo al numero di protoni. Ad esempio, l'einsteinio raccolto nel Pacifico meridionale nel 1952 era un isotopo chiamato einsteinio-253, che ha 99 protoni e 154 neutroni.
Ma gli isotopi non durano per sempre. Ognuno di essi ha un diverso "emivita", che è il tempo stimato necessario affinché metà del materiale decada in un nuovo isotopo o in un elemento inferiore. L'einsteinio-253 ha un'emivita di soli 20,5 giorni. L'uranio-238, invece, che è l'isotopo dell'uranio più comune presente in natura, ha un tempo di dimezzamento di 4,46 miliardi di anni.
Uno degli aspetti difficili della sintesi di elementi radioattivi pesanti come l'einsteinio in laboratorio (e per laboratorio intendiamo reattori nucleari altamente specializzati) è che gli elementi di grandi dimensioni iniziano a decadere molto rapidamente.
"Man mano che crei elementi e isotopi sempre più grandi, diventa sempre più difficile mantenerli in giro abbastanza a lungo da poterli vedere", afferma Glajch.
Ecco perché recentemente c'è stato così tanto entusiasmo nel mondo della chimica quando un team di scienziati è riuscito a trattenere un campione di einsteinio a vita breve abbastanza a lungo da misurare alcune delle proprietà chimiche di questo elemento ultra raro.
Gli scienziati, guidati da Rebecca Arbergel del Lawrence Berkeley National Laboratory, hanno aspettato pazientemente un minuscolo campione di einsteinio-254 prodotto dall'Oak Ridge National Laboratory nel Tennessee. Il campione pesava 250 nanogrammi o 250 miliardesimi di grammo e aveva un'emivita di 276 giorni. Quando la pandemia di COVID-19 ha colpito nel 2020, la ricerca è stata messa da parte per mesi, durante i quali il 7% del campione si è degradato ogni 30 giorni.
La svolta di Abergel è arrivata con la creazione di un "artiglio" molecolare in grado di trattenere un singolo atomo di einsteinio-254 abbastanza a lungo da misurare cose come la lunghezza dei suoi legami molecolari e a quale lunghezza d'onda emette luce. Entrambe queste misurazioni sono fondamentali per comprendere come l'einsteinio e i suoi cugini pesanti potrebbero essere potenzialmente utilizzati per cose come il trattamento del cancro.
Ora va beneIncludendo l'einsteinio, lo scienziato nucleare Albert Ghiorso ha co-scoperto un record di 12 elementi nella tavola periodica attraverso il suo lavoro pionieristico nell'analisi delle radiazioni dagli anni '50 agli anni '70.
