Полоний-210

Полоний-210 ( ²¹⁰ Ро, Ро-210, исторически Radium F ) представляет собой изотоп из полония . Он подвергается альфа-распаду до стабильного ²⁰⁶ Pb с периодом полураспада 138,376 дней, который является самым длинным из всех естественных изотопов полония . ^[1] Во- первых идентифицированы в 1898 г., а также отмечая открытие элемента полония, ²¹⁰ Ра генерируется в цепочке распада от урана-238 и радия-226 . ²¹⁰ Po - заметное загрязняющее вещество в окружающей среде, в основном влияющее наморепродукты и табак . Его чрезвычайная токсичность объясняется высокой радиоактивностью, способной нанести серьезный вред людям.

История [ править ]

Цепочка распада урана-238, известная как серия урана или серия радия, членом которой является полоний-210

Схема заключительных шагов s-процесса. Красный путь представляет собой последовательность нейтронных захватов; синие и голубые стрелки представляют бета-распад, а зеленая стрелка представляет альфа-распад ²¹⁰ Po. Короткие периоды полураспада ²¹⁰ Bi и ²¹⁰ Po предотвращают образование более тяжелых элементов, вместо этого приводя к циклу из четырех нейтронных захватов, двух бета-распадов и альфа-распада.

В 1898 году Мари и Пьер Кюри обнаружили в уране сильно радиоактивное вещество и определили, что это новый элемент; это был один из первых обнаруженных радиоактивных элементов. Определив его как таковой, они назвали элемент полоний в честь родины Мари, Польши . Вилли Марквальд обнаружил подобную радиоактивную активность в 1902 году и назвал ее радиотеллуром , и примерно в то же время Эрнест Резерфорд обнаружил ту же активность в своем анализе цепочки распада урана и назвал ее радием F (первоначально радий E). К 1905 году Резерфорд пришел к выводу, что все эти наблюдения были связаны с одним и тем же веществом, ²¹⁰ Po. Дальнейшие открытия и концепция изотопов, впервые предложенная в 1913 году Фредериком Содди , твердо поставили ²¹⁰ Po как предпоследнюю ступень в урановой серии . ^[3]

В 1943 году ²¹⁰ Po был изучен как возможный нейтронный инициатор в ядерном оружии в рамках Дейтонского проекта . В последующие десятилетия забота о безопасности рабочих, работающих с ²¹⁰ Po, привела к обширным исследованиям его воздействия на здоровье. ^[4]

В 1950-х годах ученые Комиссии по атомной энергии Соединенных Штатов в Mound Laboratories , штат Огайо, исследовали возможность использования ²¹⁰ Po в радиоизотопных термоэлектрических генераторах (RTG) в качестве источника тепла для питания спутников. К 1958 году была разработана атомная батарея мощностью 2,5 Вт, использующая ²¹⁰ Po. Однако вместо нее был выбран изотоп плутоний-238 , так как у него более длительный период полураспада 87,7 лет. ^[5]

Полоний-210 был использован для убийства российского диссидента и бывшего офицера ФСБ Александра В. Литвиненко в 2006 году ^{[6] [7]} и подозревался как возможная причина смерти Ясира Арафата после эксгумации и анализа его трупа в 2012–2013 годах. . ^[8]

Свойства распада [ править ]

²¹⁰ Po - это альфа-излучатель с периодом полураспада 138,376 дней; ^[1] он распадается прямо до стабильного 206 Pb . В большинстве случаев ²¹⁰ Po распадается только за счет испускания альфа-частицы , а не за счет испускания альфа-частицы и гамма-излучения ; примерно один из 100 000 распадов приводит к испусканию гамма-излучения. ^[9] Такой низкий уровень образования гамма-излучения затрудняет поиск и идентификацию этого изотопа. Вместо того , гамма - спектроскопии , альфа - спектроскопии является лучшим методом измерения этого изотопа.

Благодаря гораздо более короткому периоду полураспада миллиграмм ²¹⁰ По испускает столько же альфа-частиц в секунду, как 5 граммов 226 Ra . ^[10] Несколько кюри из ²¹⁰ Po испускают голубое свечение , вызванное возбуждением окружающего воздуха.

²¹⁰ Po встречается в природе в ничтожных количествах, где он является предпоследним изотопом в цепочке распада урана . Он генерируется с помощью бета - распада от ²¹⁰ Pb и ²¹⁰ Bi .

Астрофизический s-процесс завершается распадом ²¹⁰ По, поскольку нейтронный поток недостаточен, чтобы привести к дальнейшим захватам нейтронов за короткое время жизни ²¹⁰ По. Вместо этого ²¹⁰ Po альфа распадается до ²⁰⁶ Pb, который затем захватывает больше нейтронов, чтобы стать ²¹⁰ Po, и повторяет цикл, таким образом поглощая оставшиеся нейтроны. Это приводит к накоплению свинца и висмута и гарантирует, что более тяжелые элементы, такие как торий и уран, производятся только в гораздо более быстром r-процессе . ^[11]

Производство [ править ]

Хотя ²¹⁰ Po встречается в природе в следовых количествах, его недостаточно (0,1 ppb ) для того, чтобы его извлечение из урановой руды было осуществимым. Вместо этого большая часть ²¹⁰ Po производится синтетически, путем нейтронной бомбардировки 209 Bi в ядерном реакторе . Этот процесс преобразует ²⁰⁹ Bi в ²¹⁰ Bi, который бета распадается до ²¹⁰ Po с пятидневным периодом полураспада. С помощью этого метода примерно 8 граммов (0,28 унции) ²¹⁰ Po производится в России и ежемесячно отправляется в США для коммерческого использования. ^[4]

Приложения [ править ]

Один грамм ²¹⁰ Po генерирует мощность 140 Вт. ^[12] Поскольку он испускает множество альфа-частиц , которые останавливаются на очень коротком расстоянии в плотной среде и выделяют свою энергию, ²¹⁰ Po был использован в качестве легкого источника тепла для питания термоэлектрических ячеек в искусственных спутниках ; например, ²¹⁰ источник тепла Po также в каждом из лунохода роверов , развернутых на поверхности Луны , чтобы держать их внутренние компоненты тепла во время лунных ночей. ^[13] Некоторые антистатические щетки, используемые для нейтрализации статического электричества.на таких материалах, как фотопленка, содержат несколько микрокюри ²¹⁰ Po в качестве источника заряженных частиц. ^{[14] 210} Po также использовался в инициаторах атомных бомб в результате реакции (α, n) с бериллием . ^[15]

Опасности [ править ]

²¹⁰ Po чрезвычайно токсичен; он и другие изотопы полония являются одними из самых радиотоксичных веществ для человека. ^{[6] [16]} Одного микрограмма более чем достаточно, чтобы убить среднего взрослого человека, ²¹⁰ Po в 250 000 раз токсичнее цианистого водорода по весу; ^[17] также считается, что одного грамма ²¹⁰ Po достаточно, чтобы убить 50 миллионов человек и заболеть еще 50 миллионов. ^[6] Это следствие его ионизирующего альфа-излучения, так как альфа-частицы особенно опасны для органических тканей внутри тела. Однако ²¹⁰ Po не представляет угрозы вне организма для альфа-частиц.не может проникать через кожу человека. ^[6]

Токсичность ²¹⁰ Po полностью связана с его радиоактивностью. Сам по себе он химически не токсичен, но его растворимость в водном растворе, а также растворимость его солей представляет опасность, поскольку в растворе облегчается его распространение по организму. ^[6] Попадание ²¹⁰ Po происходит в основном через загрязненный воздух, пищу или воду, а также через открытые раны. Попадая в организм, ²¹⁰ Po концентрируется в мягких тканях (особенно в ретикулоэндотелиальной системе ) и в кровотоке . Его биологический период полураспада составляет примерно 50 дней. ^[18]

В окружающей среде Po- ²¹⁰ может накапливаться в морепродуктах. ^[19] Он был обнаружен у различных организмов в Балтийском море , где он может размножаться и, таким образом, заражать пищевую цепь. ^[16] Также известно, что ²¹⁰ Po загрязняет растительность, в основном в результате распада атмосферного радона-222 и поглощения из почвы. ^[20]

В частности, ²¹⁰ Po присоединяется к листьям табака и концентрируется в них. ^{[4] [18]} Повышенные концентрации ²¹⁰ Po в табаке были зарегистрированы еще в 1964 году, и , таким образом, было обнаружено, что курильщики сигарет подвергаются значительно более высоким дозам радиации от ²¹⁰ Po и его родительского ²¹⁰ Pb. ^[20] Заядлые курильщики могут подвергаться воздействию такого же количества радиации (оценки варьируются от 100  мкЗв ^[16] до 160 мЗв ^[21] в год), как и люди в Польше, прибывшие из Украины в результате чернобыльских осадков. ^[16] В результате ²¹⁰По наиболее опасен при вдыхании сигаретного дыма, что является дополнительным доказательством связи между курением и раком легких . ^[22]

Ссылки [ править ]