Αϊνσταΐνιο

Ιστορία

Το αϊνσταΐνιο πρωτοανακαλύφθηκε το Δεκέμβριο του 1952 από τον Άλμπερτ Γκιόρσο (Albert Ghiorso) και τους συνεργάτες του από το Πανεπιστήμιο Μπέρκλεϋ της Καλιφόρνιας (University of California, Berkeley) σε συνεργασία με το Εθνικό Εργαστήριο Αργκόνν ([Argonne National Laboratory) και το Εθνικό Εργαστήριο Λος Άλαμος (Los Alamos National Laboratory) στα υπολείμματα της πρώτης πυρηνικής δοκιμής πυρηνικής βόμβας υδρογόνου. Η δοκιμή έγινε την 1η Νοεμβρίου του 1952 στην Ατόλλη Ένεγουετακ (Enewetak Atoll), στον Ειρηνικό Ωκεανό και ήταν η πρώτη επιτυχημένη δοκιμή υδρογονοβόμβας. Η ακόλουθη ανάλυση των υπολειμμάτων από την έκρηξη ενός νέου ισοτόπου του πλουτώνιου, ²⁴⁴Pu, που μπορούσε να έχει παραχθεί μόνο με απορρόφηση έξι (6) νετρονίων από το ²³⁸U ακολουθούμενων από δύο (2) ραδιενεργές διασπάσεις β:
Εκείνη την εποχή, η πολλαπλή απορρόφηση νετρονίων θεωρούνταν εξαιρετικά σπάνια διεργασία, αλλά η ταυτοποίηση του ²⁴⁴Pu έδειχνε ότι ακόμη περισσότερα νετρόνια μπορούσαν να απορροφηθούν από τον πυρήνα ουρανίου, παράγοντας έτσι χημικά στοιχεία βαρύτερα από το καλιφόρνιο.
Ο Ghiorso και οι συνεργάτες του ανέλυσαν φύλλα διηθητικού χαρτιού που είχαν ριχθεί μέσα στο σύννεφο της έκρηξης από αεροπλάνα (ήταν η ίδια τεχνική που είχε εφαρμοστεί για την ανακάλυψη του ²⁴⁴Pu). Μεγαλύτερες ποσότητες ραδιενεργού υλικού απομονώθηκαν αργότερα από τα υπολείμματα κοραλλιού της ατόλης που μεταφέρθηκαν στις ΗΠΑ. Ο διαχωρισμός των υποτιθέμενων νέων στοιχείων έγινε με την παρουσία ελαφρώς όξινου (ρυθμιστικού διαλύματος) κιτρικού αμμωνίου (pH ≈ 3,5), χρησιμοποιώντας ανταλλαγή ιόντων σε αυξημένες θερμοκρασίες. Με την παραπάνω διαδικασία ανακαλύφθηκαν τελικά λιγότερα από 200 άτομα αϊνσταϊνίου. Παρόλα αυτά, το ²⁵³Es μπορούσε να ανιχνευθεί μέσω της χαρακτηριστικής υψηλής ενέργειας ραδιενεργού διάσπασης α των 6,6 MeV. Είχε παραχθεί μετά από απορρόφηση δεκαπέντε (15) νετρονίων από ²³⁸U, ακολουθούμενη από επτά (7) β-διασπάσεις, και είχε ημιζωή 20,5 ημερών. Τέτοια πολλαπλή απορρόφηση νετρονίων ήταν πιθανή από υψηλής πυκνότητας ροής νετρονίων κατά τη διάρκεια της έκρηξης, έτσι ώστε τα νεογέννητα βαριά ισότοπα να έχουν περίσσεια διαθέσιμων νετρονίων για να απορροφήσουν πριν διασπαστούν σε ελαφρύτερα στοιχεία. Η απορρόφηση νετρονίων αύξησε τον μαζικό αριθμό χωρίς να αυξήσει και τον ατομικό αριθμό του νουκλίδιου και οι επακόλουθες β-διασπάσεις είχαν ως αποτέλεσμα τη σταδιακή αύξηση του τελευταίου:
Ωστόσο, κάποια από τα άτομα του ²³⁸U, θα μπορούσαν να απορροφήσουν άλλα δύο (2) νετρόνια (δηλαδή συνολικά 17), οδηγώντας στο ²⁵⁵Es, και μετά στο φέρμιο (²⁵⁵Fm). Η ανακάλυψη των νέων στοιχείων και των συνδεδεμένων μ' αυτά νέων δεδομένων σχετικά με την πολλαπλή απορρόφηση νετρονίων κρατήθηκε ως κρυφή καινοτομία υπό τις διαταγές των ενόπλων δυνάμεων των ΗΠΑ μέχρι το 1955, εξαιτίας των εντάσεων του Ψυχρού Πολέμου και του ανταγωνισμού με τη Σοβιετική Ένωση στις πυρηνικές τεχνολογίες.
Εντωμεταξύ, τα ισότοπα του αϊνσταϊνίου και του φερμίου παράγονταν στα εργαστήρια Berkeley και Argonne, με πυρηνική σύντηξη ¹⁴N και ²³⁸U, και αργότερα με έντονη ακτινοβολία νετρονίων σε πλουτώνιο ή καλιφόρνιο:
Αυτά τα αποτελέσματα δημοσιεύθηκαν σε αρκετά άρθρα το 1954 με την επισήμανση ότι δεν ήταν οι πρώτες μελέτες που έγιναν γι' αυτά τα χημικά στοιχεία. Η ομάδα του εργαστηρίου Berkeley ανέφερε επίσης κάποια συμπεράσματα πάνω στις χημικές ιδιότητες του αϊνσταϊνίου και του φερμίου. Τα συμπεράσματα της πυρηνικής δοκιμής Ivy Mike αποχαρακτηρίστηκαν (ως απόρρητα) και δημοσιεύθηκαν το 1955.
Για την ανακάλυψη του αϊνσταϊνίου και του φερμίου, αμερικανικές ερευνητικές ομάδες ανταγωνίστηκαν με μια σουηδική ομάδα στο Ινστιτούτο Νόμπελ για τη Φυσική, στη Στοκχόλμη της Σουηδίας. Στη χρονική περίοδο από το τέλος του 1953 ως την αρχή του 1954, η Σουηδική ομάδα κατόρθωσε να επιτύχει τη σύνθεση ελαφρών ισοτόπων φερμίου, και συγκεκριμένα το ²⁵⁰Fm, με βομβαρδισμό ουρανίου με πυρήνες οξυγόνου. Τα αποτελέσματα δημοσιεύθηκαν επίσης το 1954. Ωστόσο, η πρωτοκαθεδρία της ομάδας του εργαστηρίου Berkeley, γενικά αναγνωρίστηκε, και οι δημοσιεύσεις τους εμπλούτισαν το σουηδικό άρθρο, και βασίστηκαν σε προηγούμενα μη απόρρητα αποτελέσματα από τη θερμοπυρηνική έκρηξη. Έτσι, δόθηκε στην ομάδα του εργαστηρίου Berkeley το προνόμιο να ονομάσει τα τότε νέα στοιχεία, αϊνσταΐνιο και φέρμιο, που συνδέθηκαν με τα ονόματα δυο πρόσφατα θανόντων επιστημόνων, του Άλμπερτ Αϊνστάιν (που πέθανε στις 18 Απριλίου του 1955) και του Ενρίκο Φέρμι (που πέθανε στις 28 Νοεμβρίου του 1954). Για την ονομασία των δυο στοιχείων δήλωσαν: «Προτείνουμε για το όνομα του χημικού στοιχείου με τον ατομικό αριθμό 99 το όνομα «αϊνσταΐνιο» (Einsteinium, με χημικό σύμβολο E), από το όνομα του Άλμπερτ Αϊνστάιν και για το όνομα του χημικού στοιχείου με τον ατομικό αριθμό 100, το όνομα «φέρμιο» (fermium, με χημικό σύμβολο Fm) , από το όνομα του Ενρίκο Φέρμι.». Η ανακάλυψη των δύο αυτών τότε νέων στοιχείων ανακοινώθηκε επίσημα από τον Άλμπερτ Γκιόρσο (Albert Ghiorso), στο πρώτο Ατομικό Συνέδριο Γενεύης, που διοργανώθηκε στη Γενεύη τη χρονική περίοδο 8-20 Αυγούστου 1995. Το αρχικό χημικό σύμβολο για το αϊνσταΐνιο (E), επανορίστηκε αργότερα από το (Es).