Instable et très rare, l'astate est un radioélément insaisissable. Des chercheurs viennent pourtant de déterminer avec précision son aptitude à capter un électron (son affinité électronique), en couplant sa synthèse nucléaire avec une méthode de spectroscopie laser déployée au sein même de l'
accélérateur de particules (Les accélérateurs de particules sont des instruments qui utilisent des champs...) du CERN. Cette mesure
expérimentale ( En art, il s'agit d'approches de création basées sur une remise en question des dogmes...), confirmée par les calculs théoriques, permettra de mieux anticiper la réactivité des composés de l'astate, molécules d'intérêt pour la
médecine nucléaire (La médecine nucléaire est l'ensemble des applications médicales des radiotraceurs,...). Ces travaux conjointement initiés par des chimistes théoriciens du laboratoire CEISAM (CNRS/Université de Nantes) et des physiciens expérimentateurs du CERN en Suisse ont été publiés dans la revue
Nature Communications.
Figure 1: Production par réaction nucléaire du faisceau d'ions d'astate chargés négativement. © D. Leimbach et al.
L'astate, observé pour la première fois par synthèse nucléaire en 1940, est l'élément naturel le plus rare (on estime que la
croûte terrestre (La croûte terrestre est la partie superficielle et solide du matériau dont est faite la Terre....) en contient moins de 30 grammes) car il est également très instable (la moitié de ses noyaux se désintègrent en 8,1h maximum). Radioactif, rare, instable... ce radioélément est particulièrement complexe à étudier. Produit en très faible
quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire,...) (de l'ordre de 10
-13 à 10
-8 gramme), il reste invisible aux instruments classiques de spectroscopie.
Des chercheurs du CERN en Suisse, appuyés par des chimistes théoriciens du laboratoire CEISAM (CNRS/Université de Nantes), ont pourtant réussi à poser une valeur précise sur une des propriétés fondamentales de l'astate, en faisant parler une quantité infime de matière. Produisant en direct un jet d'anions astature (At
-) par synthèse nucléaire au sein de l'accélérateur de particules et bombardant l'
échantillon (De manière générale, un échantillon est une petite quantité d'une matière, d'information, ou...) obtenu avec des lasers, les chercheurs ont déduit la quantité d'
énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) libérée par la capture d'un
électron (L'électron est une particule élémentaire de la famille des leptons, et possèdant une charge...) par l'atome: l'
affinité électronique (L’affinité électronique, parfois notée AE, est la quantité...).
Figure 2: Tableau périodique des éléments chimiques avec en bleu les valeurs connues d'affinité électronique. © D. Leimbach et al.
Cette valeur, confirmée par les calculs théoriques, est la 5
e plus forte de toute la classification périodique. Elle valide d'une part la très grande stabilité de l'anion astature, et d'autre part elle est riche d'enseignements sur la réactivité de l'astate et celles de ses composés, en particulier ceux actuellement étudiés par les équipes de
recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) nantaises pour des applications dans le traitement des cancers. Le radio-isotope 211 de l'astate présente en effet des caractéristiques physiques très prometteuses pour un usage en
médecine (La médecine (du latin medicus, « qui guérit ») est la science et la...) nucléaire: ses rayonnements alpha pourraient permettre le développement de protocoles systémiques d'
immunothérapie (L'immunothérapie est un traitement qui consiste à administrer des substances qui vont...) cancéreuse, un axe de recherche porté conjointement par le LabEx IRON (Innovative Radiopharmaceuticals in Oncology and Neurology) et l'EquipEx ArronaxPlus.
Références:
The electron affinity of astatine, D. Leimbach, J. Karls, Y. Guo, R. Ahmed, J. Ballof, L. Bengtsson, F.B. Pamies, A. Borschevsky, K. Chrysalidis, E. Eliav, D. Fedorov, V. Fedosseev, O. Forstner, N. Galland, R.F. Garcia Ruiz, C. Granados, R. Heinke, K. Johnston, A. Koszorus, U. Köster, M.K. Kristiansson, Y. Liu, B. Marsh, P. Molkanov, L.F. Pasteka, J.P. Ramos, E. Renault, M. Reponen, A. Ringvall-Moberg, R.E. Rossel, D. Studer, A. Vernon, J. Warbinek, J. Welander, K. Wendt, S. Wilkins, D. Hanstorp, S. Rothe, Nat. Commun., 11, 3824 (2020)
https://doi.org/10.1038/s41467-020-17599-2
Contacts:
- Nicolas Galland - nicolas.galland at univ-nantes.fr
- Stéphanie Younès - Responsable Communication - Institut de chimie du CNRS - inc.communication at cnrs.fr
- Anne-Valérie Ruzette - Chargée scientifique pour la communication - Institut de chimie du CNRS -anne-valerie.ruzette at cnrs.fr