אפילו בכמויות קטנות ביותר, הגז הרדיואקטיבי ראדון מסוכן מאוד: הוא השני לאחר עשן סיגריות כגורם למקרי מוות מסרטן הריאות בארה"ב. אמצעי הזהירות והעלויות הנדרשים לבחינתו הבטוחה הגבילו את חקר תכונותיו. כעת, כימאים מאוניברסיטת פנסילבניה מדדו, לראשונה אי-פעם, כיצד נקשר ראדון למולקולה, בדיקה הסוללת את הדרך למחקר עתידי בנוגע אליו ובנוגע לגזים אצילים אחרים.
ממצאי המחקר פורסמו בכתב העת המדעי Proceedings of the National Academy of Sciences.
קבוצת המחקר בוחנת מזה שנים רבות כיצד קסנון, גז אציל הדומה מבחינה כימית לגז ראדון, מגיב עם המולקולה האורגנית קריפטופאן (cryptophane, וויקיפדיה). תודות למבנה דמוי-הכלוב שלהן, סוגים שונים של מולקולות קריפטופאן מצטיינות בקישור כימי, אפילו אל הגזים האצילים האדישים מבחינה כימית, שאליהם שייכים קסנון וראדון.
"אנו חזינו כי ראדון ייקשר מעט יותר חזק מאשר קסנון מאחר ואטום הקסנון קטן מהחלל הנוצר בכלוב הקריפטופאן בעוד שאטום הראדון הוא מעט יותר גדול מאטום הקסנון," אמר החוקר הראשי. "קיים כוח משיכה בין אטום הגז האציל לבין הכלוב, ואם ניתן לשפר את האינטראקציה הזו באמצעות התאמת גודל האטום ונפח הכלוב, אזי ניתן להגדיל את הזיקה ביניהם."
"חוקרים אחרים אכן הצליחו לבצע מדידות של יחסי הגומלין בין ראדון לחומרים נפחיים, כגון פחם או קרח," מציין החוקר. "אך אצלנו זו המדידה הראשונה של ראדון הנקשר למולקולה פרטנית."
צוות המחקר לא מדד אטומי ראדון פרטניים אלא תמיסה של ראדון וצורה חדשה של קריפטופאן המתמוססת במים. צורה זו סונתזה לראשונה במעבדתם, אולם קבלת כמות סבירה של ראדון הייתה אתגר גדול יותר. לשם כך, צוות המחקר שיתף פעולה עם המתקנים של "המכונים הלאומיים לתקנים וטכנולוגיה" (NIST), הנוהגים לייצר את ולעבוד באופן בטוח עם היסוד הרדיואקטיבי הזה ע"י שיטה קיימת. בלב השיטה הזו נמצאות כמוסות של יסוד רדיואקטיבי נוסף, רדיום, אשר פותחו ע"י אחד מהחוקרים במכון הזה. צוות החוקרים הניח את הכמוסות בתוך בקבוקונים אטומים המכילים מים. תוך כדי דעיכתו הרדיואקטיבית של היסוד רדיום, הגז ראדון דולף לו החוצה. לאחר מספר ימים, החוקרים קיבלו כמות מדויקת של ראדון המומס במים. לאחר מכן, המים הועברו בזהירות לסדרת בקבוקונים אטומים אחרים שהכילו כמויות משתנות של החומר קריפטופאן.
"חלק מהראדון, בסופו של דבר, מתאייד מהתווך הנוזלי בתוך הכלים האטומים," מציין החוקר הראשי. "הראינו כי הכמות שנותרת לאחר מכן בתווך הנוזלי גדולה יותר ככל שיש יותר מהחומר קריפטופאן המצוי בנוזל עצמו." כמות קטנה יותר של גז ראדון חופשי מצביעה על כך שהיסוד נקשר לקריפטופאן. על מנת למדוד במדויק את כמות הראדון שנקשר, הצוות השתמש בתהליך הידוע בשם נצנוץ בנוזל (liquid scintillation).
מאחר וראדון הינו רדיואקטיבי, אנו יכולים לקחת את הנוזל ולהזריק אותו לתערובת הקורנת כאשר מתרחשת בתוכה דעיכה רדיואקטיבית," מציין החוקר. "בשלב הבא הכנסנו את התערובת לציוד המסוגל למנות את מספר אירועי הקרינה." מתוך מדידה זו, צוות המחקר יכול היה לקבוע את "קבוע הקישור" של ראדון, ערך המתייחס לכמות הראדון שנקשרת לקריפטופאן בטמפרטורה נתונה. באופן דומה, ניתן לקבוע באמצעות שיטה זו את קבוע הקישור של הגז, או גזים אחרים, לחומרים נוספים.
"כעת, משיש בידינו שיטה אמינה למדידת שיעור הקישור של ראדון לחומרים פרטניים, נוכל להשתמש בה עבור חומרים כגון החלבונים המצויים בריאות," מסביר החוקר הראשי. "אם אתה יודע מהי זיקתו של הראדון לחלבונים אלו, תהיה בידך הבנה טובה ביותר בנוגע לריכוז ולטווח הזמנים עבורם הוא מתחיל להיות מסוכן."
חומרים קושרי-ראדון באופן משופר יוכלו לשמש גם עבור המיצוי של היסוד המסוכן ממי תהום, לדוגמה, ואותו העיקרון יוכל לשמש לקליטת קסנון מהאטמוספירה. קסנון הוא יחסית בטוח ומנוצל בטווח נרחב של יישומים רפואיים ותעשייתיים. קבוצת המחקר מעוניינת להשתמש בקסנון לשם פיתוח חומרי ניגוד טובים יותר למדידות הדמיית תהודה מגנטית (MRI) בבתי חולים, אולם הגז משמש גם בצגי פלסמה, בלייזרים ובמערכות הנעה יונית המצויות בלוויינים המגיעים לחלל העמוק.
