Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Erste Laserspektroskopie am seltensten Element der Erde

26.06.2013
Mainzer Lasersystem ermöglicht die Messung der atomaren Bindungsenergie bei Astat

Das radioaktive Element Astat, dessen Namen sich aus dem griechischen Wort für instabil ableitet, kommt auf der Erde so selten vor, dass es kaum erforscht ist und wir daher nur wenig darüber wissen.


Detailaufnahme des aktiven Lasermediums
Foto: Pascal Naubereit


Blick in das Mainzer Lasersystem
Foto: Pascal Naubereit

Dem Mainzer Physiker Sebastian Rothe ist es nun anhand von künstlich erzeugtem Astat zum ersten Mal gelungen, die fundamentale Größe des Ionisationspotenzials zu ermitteln und damit eine der wichtigsten Eigenschaften des seltenen Elements zu bestimmen.

Das Ionisationspotenzial wird auch als Bindungsenergie bezeichnet und gibt an, welche Energie nötig ist, um ein Elektron aus der äußeren Schale des Atoms zu entfernen. Es bestimmt das gesamte chemische Bindungsverhalten des Elements. Die Messungen wurden am europäischen Kernforschungszentrum CERN bei Genf mit speziellen Lasern der Mainzer Arbeitsgruppe Larissa durchgeführt. Die Ergebnisse hat das Online-Fachmagazin Nature Communications vor kurzem veröffentlicht.

Astat ist das seltenste Element, das natürlicherweise auf der Erde vorkommt. Abschätzungen zufolge hat es einen Anteil am Erdmantel von nur 0,07 Gramm. Es gehört zur Gruppe der Halogene wie beispielsweise auch Fluor, Chor oder Iod und entsteht beim natürlichen Zerfall von Uran. Kernphysikalisch sind heute mehr als 20 Isotope bekannt, die aber alle extrem kurzlebig sind und mit einer Halbwertszeit von maximal 8 Stunden zerfallen. Beim Zerfall wird Alphastrahlung emittiert, was das Element in Verbindung mit seiner Kurzlebigkeit für die gezielte Krebstherapie besonders interessant macht.
„Astat ist das einzige Halogen, über das wir bisher überhaupt nichts wussten“, sagt Prof. Dr. Klaus Wendt, Leiter der Arbeitsgruppe Larissa am Institut für Physik der Johannes Gutenberg-Universität Mainz. Rothe hat als Doktorand dieser Arbeitsgruppe das Ionisationspotenzial von Astat mittels Laserspektroskopie untersucht und den Wert mit 9,31751 Elektronenvolt (eV) ermittelt. Die Messungen wurden am CERN in Genf durchgeführt und am kanadischen Forschungszentrum für Teilchen- und Kernphysik TRIUMF in Vancouver erweitert und bestätigt.

Larissa steht für „Laser-Resonanz-Ionisation für Spektroskopie in selektiven Anwendungen“. Das Verfahren baut auf Arbeiten auf, die der Mainzer Physiker Prof. em. Dr. Ernst Otten vor rund 30 Jahren am Isotopen-Massenseparator ISOLDE am CERN durchgeführt hat. Mittlerweile kommt es in nahezu allen Großforschungseinrichtungen weltweit in der Produktion und Untersuchung exotischer Radioisotope zum Einsatz - vorrangig unter Verwendung der Mainzer Lasersysteme. Dabei wird das äußerste Valenzelektron eines Atoms mit Laserlicht stufenweise optisch bis zur Ionisation angeregt und die angeregten Zustände werden gemessen.
„Astat ist das letzte natürlich vorkommende Element, dessen Ionisationspotenzial bisher noch nicht experimentell bestimmt wurde“, so Rothe. Die Bindungsenergie des äußersten Elektrons bestimmt die chemischen Reaktionen, an denen ein Element teilnimmt, und damit auch die Stabilität der chemischen Bindungen. Von pharmazeutischer Seite besteht großes Interesse an dem Astat-Isotop 211. Von Vorteil für einen etwaigen Einsatz in der Krebstherapie wären seine Zerfallseigenschaften, die Aggressivität der Alphastrahlung, die kurze Reichweite der Strahlung und die Zugehörigkeit zur Gruppe der Halogene, die sich gut in den Körper einschleusen lassen, um direkt an den Krebszellen anzudocken.

Veröffentlichung:
Sebastian Rothe et al.
Measurement of the first ionization potential of astatine by laser ionization spectroscopy
Nature Communications, Mai 2013
DOI: 10.1038/ncomms2819

Weitere Informationen:
Prof. Dr. Klaus Wendt
AG Larissa
Institut für Physik
Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU)
D 55099 Mainz
Tel. +49 6131 39-22882
Fax +49 6131 39-23428
E-Mail: klaus.wendt@uni-mainz.de
http://www.larissa.physik.uni-mainz.de/

Petra Giegerich | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-mainz.de
http://www.nature.com/ncomms/journal/v4/n5/full/ncomms2819.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Ein neuer Weg zur superschnellen Bewegung von Flussschläuchen in Supraleitern entdeckt
03.07.2020 | Universität Wien

nachricht Physiker blicken mit Pikoskope in das Innere der atomaren Materie
01.07.2020 | Universität Rostock

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Ein neuer Weg zur superschnellen Bewegung von Flussschläuchen in Supraleitern entdeckt

Ein internationales Team von Wissenschaftern aus Österreich, Deutschland und der Ukraine hat ein neues supraleitendes System gefunden, in dem sich magnetische Flussquanten mit Geschwindigkeiten von 10-15 km/s bewegen können. Dies erschließt Untersuchungen der reichen Physik nichtlinearer kollektiver Systeme und macht einen Nb-C-Supraleiter zu einem idealen Materialkandidaten für Einzelphotonen-Detektoren. Die Ergebnisse sind in Nature Communications veröffentlicht.

Supraleitung ist ein physikalisches Phänomen, das bei niedrigen Temperaturen in vielen Materialien auftritt und das sich durch einen verschwindenden...

Im Focus: Elektronen auf der Überholspur

Solarzellen auf Basis von Perowskitverbindungen könnten bald die Stromgewinnung aus Sonnenlicht noch effizienter und günstiger machen. Bereits heute übersteigt die Labor-Effizienz dieser Perowskit-Solarzellen die der bekannten Silizium-Solarzellen. Ein internationales Team um Stefan Weber vom Max-Planck-Institut für Polymerforschung (MPI-P) in Mainz hat mikroskopische Strukturen in Perowskit-Kristallen gefunden, die den Ladungstransport in der Solarzelle lenken können. Eine geschickte Ausrichtung dieser „Elektronen-Autobahnen“ könnte Perowskit-Solarzellen noch leistungsfähiger machen.

Solarzellen wandeln das Licht der Sonne in elektrischen Strom um. Dabei wird die Energie des Lichts von den Elektronen des Materials im Inneren der Zelle...

Im Focus: Electrons in the fast lane

Solar cells based on perovskite compounds could soon make electricity generation from sunlight even more efficient and cheaper. The laboratory efficiency of these perovskite solar cells already exceeds that of the well-known silicon solar cells. An international team led by Stefan Weber from the Max Planck Institute for Polymer Research (MPI-P) in Mainz has found microscopic structures in perovskite crystals that can guide the charge transport in the solar cell. Clever alignment of these "electron highways" could make perovskite solar cells even more powerful.

Solar cells convert sunlight into electricity. During this process, the electrons of the material inside the cell absorb the energy of the light....

Im Focus: Das leichteste elektromagnetische Abschirmmaterial der Welt

Empa-Forschern ist es gelungen, Aerogele für die Mikroelektronik nutzbar zu machen: Aerogele auf Basis von Zellulose-Nanofasern können elektromagnetische Strahlung in weiten Frequenzbereichen wirksam abschirmen – und sind bezüglich Gewicht konkurrenzlos.

Elektromotoren und elektronische Geräte erzeugen elektromagnetische Felder, die bisweilen abgeschirmt werden müssen, um benachbarte Elektronikbauteile oder die...

Im Focus: The lightest electromagnetic shielding material in the world

Empa researchers have succeeded in applying aerogels to microelectronics: Aerogels based on cellulose nanofibers can effectively shield electromagnetic radiation over a wide frequency range – and they are unrivalled in terms of weight.

Electric motors and electronic devices generate electromagnetic fields that sometimes have to be shielded in order not to affect neighboring electronic...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Internationale Konferenz QuApps zeigt Status Quo der Quantentechnologie

02.07.2020 | Veranstaltungen

Virtuelles Meeting mit dem BMBF: Medizintechnik trifft IT auf der DMEA sparks 2020

17.06.2020 | Veranstaltungen

Digital auf allen Kanälen: Lernplattformen, Learning Design, Künstliche Intelligenz in der betrieblichen Weiterbildung, Chatbots im B2B

17.06.2020 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Der sechste Sinn der Tiere: Ein Frühwarnsystem für Erdbeben?

03.07.2020 | Biowissenschaften Chemie

Effizient, günstig und ästhetisch: 
Forscherteam baut Elektroden aus Laubblättern

03.07.2020 | Energie und Elektrotechnik

Ein neuer Weg zur superschnellen Bewegung von Flussschläuchen in Supraleitern entdeckt

03.07.2020 | Physik Astronomie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics