La configuration utilisée pour mesurer l'affinité électronique de l'astate. Un faisceau d'ions astate négatifs est envoyé vers un dispositif comprenant plusieurs composants. La lumière laser (rouge) est dirigée sur les ions pour mesurer l'énergie nécessaire pour extraire l'électron supplémentaire de l'ion (encadré 1) et transformer l'ion en un atome neutre (encadré 2). Crédit :D. Leimbach et al
Une équipe de chercheurs utilisant l'installation de physique nucléaire ISOLDE au CERN a mesuré pour la première fois l'affinité électronique de l'élément chimique astate, l'élément naturel le plus rare sur Terre. Le résultat, décrit dans un article qui vient de paraître dans Communication Nature , est important pour la recherche fondamentale et appliquée. En plus de donner accès à des propriétés jusqu'alors inconnues de cet élément et de tester des modèles théoriques, la découverte est d'un intérêt pratique car l'astate est un candidat prometteur pour la création de composés chimiques pour le traitement du cancer par alpha-thérapie ciblée.
L'affinité électronique est l'énergie libérée lorsqu'un électron est ajouté à un atome neutre en phase gazeuse pour former un ion négatif. C'est l'une des propriétés les plus fondamentales d'un élément chimique. Avec l'énergie d'ionisation, l'énergie qu'il faut pour retirer un électron de l'atome, il définit plusieurs autres traits d'un élément, comme son électronégativité - la capacité de l'élément à attirer des électrons partagés dans les liaisons chimiques entre les atomes.
Bien que l'astate ait été découverte dans les années 1940, la connaissance de ses propriétés a été principalement basée sur des calculs théoriques ou sur une extrapolation à partir des propriétés de ses parents dans le tableau périodique; l'astate fait partie de la famille des halogènes, qui comprend le chlore et l'iode. C'est parce que l'astate est rare sur Terre, et les infimes quantités de l'élément qui peuvent être produites en laboratoire empêchent l'utilisation de techniques traditionnelles pour mesurer ses propriétés. Une exception notable était une mesure précédente à ISOLDE de l'énergie d'ionisation de l'élément.
Dans la nouvelle étude ISOLDE, Les atomes d'astate ont d'abord été produits avec d'autres atomes en tirant un faisceau de protons à haute énergie à partir du propulseur de synchrotron à protons sur une cible de thorium. Les atomes d'astate ont ensuite été ionisés négativement, et les ions de l'isotope 211 À ont été extraits et envoyés à un dispositif de mesure spécial dans lequel la lumière laser d'énergie accordable a été dirigée sur les ions pour mesurer l'énergie nécessaire pour extraire l'électron supplémentaire du 211 À l'ion et transformer l'ion en un atome neutre.
A partir de cette mesure, les chercheurs d'ISOLDE ont obtenu une valeur de 2,415 78 eV pour l'affinité électronique de l'astate. Cette valeur, ce qui est en accord avec la valeur que les auteurs ont déduite à l'aide de calculs théoriques de pointe, indique que l'affinité électronique de l'astate est la plus faible de tous les halogènes, mais qu'elle est néanmoins supérieure à celle de tout autre élément en dehors de la famille des halogènes qui ont été mesurés jusqu'à présent.
Si cela ne suffisait pas, les chercheurs ont utilisé l'affinité électronique dérivée et la mesure précédente de l'énergie d'ionisation pour déterminer plusieurs autres propriétés de l'astate, comme son électronégativité.
Ces propriétés sont pertinentes pour les études portant sur l'utilisation possible de 211 Aux composés en thérapie alpha ciblée, un traitement qui délivre un rayonnement alpha aux cellules cancéreuses. Astatine 211 At est une source idéale de rayonnement alpha, mais la plupart des 211 Dans les composés à l'étude souffrent de la libération rapide de 211 Aux ions négatifs, ce qui pourrait endommager les cellules saines avant que les composés n'atteignent les cellules cancéreuses.
"Nos résultats pourraient être utilisés pour améliorer notre connaissance de cette réaction de libération et de la stabilité de la 211 Aux composés envisagés pour une thérapie alpha ciblée, " déclare l'auteur principal de l'étude David Leimbach. " De plus, nos découvertes ouvrent la voie à des mesures de l'affinité électronique d'éléments plus lourds que l'astate, potentiellement des éléments superlourds, qui sont produits un atome à la fois."
"Avec le résultat actuel, nous concluons un effort de recherche de 10 ans à ISOLDE pour déterminer les propriétés fondamentales de l'astate, l'énergie d'ionisation et l'affinité électronique, qui ensemble nous ont finalement permis de dériver l'électronégativité de l'astate, " ajoute Sébastien Rothe, auteur principal de la précédente étude ISOLDE.
