Полоний-210 - Polonium-210

Полоний-210,210По
Общий
Символ210По
Именаполоний-210, Po-210, радий F
Протоны84
Нейтронов126
Данные о нуклидах
Природное изобилиеСлед
Период полураспада138,376 г [1] ± 0,002 дня
Родительские изотопы210Би  (β− )
Продукты распада206Pb
Изотопная масса209.9828736[2] ты
Вращение0
Режимы распада
Режим распадаЭнергия распада (МэВ )
Альфа-распад5.40753[2]
Изотопы полония
Полная таблица нуклидов

Полоний-210 (210По, По-210, исторически радий F) является изотоп из полоний. Он подвергается альфа-распад к стабильный 206Pb с периодом полураспада 138,376 дней, самый длинный из всех встречающихся в природе изотопы полония.[1] Впервые обнаружен в 1898 году, а также отмечен открытием элемент полоний, 210Po генерируется в цепочка распада из уран-238 и радий-226. 210Po является заметным загрязнителем окружающей среды, в основном влияя на морепродукты и табак. Он также чрезвычайно токсичен для людей из-за своей высокой радиоактивности.

История

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 210По. Это короткие периоды полураспада 210Би и 210По, который предотвращает образование более тяжелых элементов, вместо этого приводит к циклу из четырех нейтронных захватов, двух бета-распадов и альфа-распада.

В 1898 г. Мари и Пьер Кюри обнаружил сильно радиоактивное вещество в уран и определил, что это новый элемент; это был один из первых обнаруженных радиоактивных элементов. Определив его как таковой, они назвали элемент полоний в честь родины Мари, Польша. Вилли Марквальд обнаружил подобную радиоактивную активность в 1902 году и назвал ее радиотеллур, и примерно в то же время Эрнест Резерфорд идентифицировал ту же активность в своем анализе цепочки распада урана и назвал ее радий F (изначально радий E). К 1905 году Резерфорд пришел к выводу, что все эти наблюдения были связаны с одним и тем же веществом: 210По. Дальнейшие открытия и концепция изотопов, впервые предложенная в 1913 г. Фредерик Содди, прочно поставленный 210По как предпоследний шаг в урановая серия.[3]

В 1943 г. 210По изучался как возможный нейтронный инициатор в ядерное оружие, как часть Дейтонский проект. В последующие десятилетия забота о безопасности рабочих, работающих с 210По привел к обширным исследованиям его воздействия на здоровье.[4]

В 1950-х годах ученые Комиссия по атомной энергии США в Mound Laboratories, Штат Огайо исследовал возможность использования 210По в радиоизотопные термоэлектрические генераторы (РИТЭГи) как источник тепла для питания спутников. А 2,5-ватт атомная батарея с помощью 210По был разработан к 1958 году. Однако изотоп плутоний-238 был выбран вместо этого, так как он имеет более длительный период полураспада 87,7 лет.[5]

Полоний-210 был раньше убивал Русский диссидент и экс-ФСБ офицер Литвиненко Александр Васильевич в 2006 г.[6][7] и подозревался как возможный причина смерти Ясира Арафата, после эксгумации и анализа его трупа в 2012–2013 гг.[8]

Свойства распада

210По является альфа-излучатель с периодом полураспада 138,376 дней;[1] он распадается прямо до стабильного 206Pb. Большую часть времени 210По распадается при испускании альфа-частица только не испусканием альфа-частицы и гамма-луч; примерно один из 100 000 распадов приводит к испусканию гамма-излучения.[9] Эта низкая скорость образования гамма-излучения затрудняет поиск и идентификацию этого изотопа. Скорее, чем гамма-спектроскопия, альфа-спектроскопия это лучший метод измерения этого изотопа.

Благодаря гораздо более короткому периоду полураспада, миллиграмм 210По испускает столько альфа-частиц в секунду, сколько 5 граммов 226Ра.[10] Немного кюри из 210По излучает синее свечение, вызванное возбуждение окружающего воздуха.

210Po встречается в природе в ничтожных количествах, где он является предпоследним изотопом в цепочка распада уранового ряда. Он генерируется через бета-распад из 210Pb и 210Би.

Астрофизический s-процесс прекращается распадом 210По, как нейтронный поток недостаточно, чтобы привести к дальнейшему захват нейтронов за короткое время жизни 210По. Вместо, 210По альфа распадается на 206Pb, который затем захватывает больше нейтронов, чтобы стать 210По и повторяет цикл, поглощая оставшиеся нейтроны. Это приводит к накоплению свинца и висмута и гарантирует, что более тяжелые элементы, такие как торий и уран производятся только гораздо быстрее r-процесс.[11]

Производство

Несмотря на то что 210По в природе встречается в следовых количествах, его недостаточно (0,1 ppb ) для извлечения из урановой руды. Вместо этого большинство 210По получается синтетически, путем бомбардировки нейтронами 209Би в ядерный реактор. Этот процесс преобразует 209Би к 210Bi, который бета распадается на 210По с пятидневным периодом полураспада. С помощью этого метода примерно 8 граммов (0,28 унции) 210Po производятся в Россия и отправлен в Соединенные Штаты каждый месяц для коммерческих приложений.[4]

Приложения

Один грамм 210Po генерирует мощность 140 Вт.[12] Потому что он испускает много альфа-частицы, которые останавливаются на очень коротком расстоянии в плотных средах и высвобождают свою энергию, 210По использовался как легкий источник тепла властвовать термоэлектрические ячейки в искусственные спутники; например, 210Источник тепла Po был также в каждом из Луноход марсоходы, развернутые на поверхности Луна, чтобы их внутренние компоненты оставались в тепле в течение лунных ночей.[13] Некоторые антистатические щетки, используемые для нейтрализации статичное электричество на таких материалах, как фотопленка, содержат несколько микрокюри 210По как источник заряженных частиц.[14] 210По также использовался в инициаторы для атомных бомб через реакцию (α, n) с бериллий.[15]

Опасности

Основная статья: Полоний § Биология и токсичность

210По 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, 210Po в 250 000 раз токсичнее, чем цианистый водород по весу;[17] также считается, что один грамм 210По достаточно, чтобы убить 50 миллионов человек и заболеть еще 50 миллионов.[6] Это следствие его ионизирующий альфа-излучение, поскольку альфа-частицы особенно опасны для органических тканей внутри тела. Тем не мение, 210По не представляет угрозы вне тела, поскольку альфа-частицы не может проникать через кожу человека.[6]

Токсичность 210Po полностью обусловлен его радиоактивностью. Сам по себе он не токсичен, но его растворимость в водный раствор а также его солей представляет опасность, потому что в растворе облегчается его распространение по организму.[6] Прием 210По в основном происходит через загрязненный воздух, пищу или воду, а также через открытые раны. Оказавшись внутри тела, 210По концентрируется в мягких тканях (особенно в ретикулоэндотелиальной системы ) и кровоток. Его биологический период полураспада составляет примерно 50 дней.[18]

В окружающей среде, 210По может накапливаться в морепродуктах.[19] Он был обнаружен у различных организмов в Балтийское море, где он может распространяться и, таким образом, заражать пищевую цепочку.[16] 210Также известно, что Po загрязняет растительность, в первую очередь в результате разложения атмосферных радон-222 и поглощение из почвы.[20]

Особенно, 210По прикрепляется к листьям табака и концентрируется в них.[4][18] Повышенные концентрации 210По в табаке были зарегистрированы еще в 1964 году, и курильщики сигарет таким образом, было обнаружено, что они подвергались значительно более высоким дозам радиации от 210По и его родитель 210Pb.[20] Заядлые курильщики могут подвергаться одинаковому воздействию радиации (по оценкам, от 100 до 100%).мкЗв[16] до 160 мЗв[21] в год), поскольку люди в Польше были из Чернобыль выпадения из Украины.[16] Как результат, 210По наиболее опасен при вдыхании сигаретного дыма, что дает дополнительные доказательства связи между курением и рак легких.[22]

Рекомендации

  1. ^ а б c Центр ядерных данных в КАЕРИ; Таблица нуклидов http://atom.kaeri.re.kr/nuchart/?zlv=1
  2. ^ а б Wang, M .; Audi, G .; Кондев, Ф. Г .; Huang, W. J .; Naimi, S .; Сюй, X. (2017). «Оценка атомной массы AME2016 (II). Таблицы, графики и ссылки» (PDF). Китайская физика C. 41 (3): 030003-1–030003-442. Дои:10.1088/1674-1137/41/3/030003.
  3. ^ Тоннессен, М. (2016). Открытие изотопов: полный сборник. Springer. С. 6–8. Дои:10.1007/978-3-319-31763-2. ISBN  978-3-319-31761-8. LCCN  2016935977.
  4. ^ а б c Ресслер, Г. (2007). "Почему 210По? " (PDF). Новости физики здоровья. Vol. 35 нет. 2. Общество физиков здоровья. В архиве (PDF) из оригинала от 03.04.2014. Получено 2019-06-20.
  5. ^ Национальная лаборатория Айдахо (2015). «Ранние годы: взлет космических ядерных энергетических систем» (PDF). Атомная энергия в космосе II: история космической ядерной энергетики и двигателей в Соединенных Штатах. С. 2–5. OCLC  931595589.
  6. ^ а б c d е McFee, R.B .; Лейкин, Дж. Б. (2009). «Смерть от полония-210: уроки убийства бывшего советского шпиона Александра Литвиненко». Семинары по диагностической патологии. 26 (1): 61–67. Дои:10.1053 / j.semdp.2008.12.003. PMID  19292030.
  7. ^ Коуэлл, А. (24 ноября 2006 г.). «Радиационным отравлением убит бывший российский шпион». Нью-Йорк Таймс. В архиве с оригинала 19 июня 2019 г.. Получено 19 июня, 2019.
  8. ^ «Смерть Арафата: что такое полоний-210?». Аль-Джазира. 10 июля 2012 г. В архиве с оригинала 19 июня 2019 г.. Получено 19 июня, 2019.
  9. ^ "210PO A DECAY". Корейский научно-исследовательский институт атомной энергии. Архивировано из оригинал 24 февраля 2015 года.
  10. ^ К. Р. Хаммонд. "Элементы" (PDF). Национальная ускорительная лаборатория Ферми. С. 4–22. В архиве (PDF) из оригинала от 26.06.2008. Получено 2019-06-19.
  11. ^ Burbidge, E.M .; Burbidge, G.R .; Fowler, W.A .; Хойл, Ф. (1957). «Синтез элементов в звездах». Обзоры современной физики. 29 (4): 547–650. Bibcode:1957РвМП ... 29..547Б. Дои:10.1103 / RevModPhys.29.547.
  12. ^ "Полоний" (PDF). Аргоннская национальная лаборатория. Архивировано из оригинал (PDF) 10 марта 2012 г.
  13. ^ А. Уилсон, Журнал солнечной системы(Лондон: Jane's Publishing Company Ltd, 1987), стр. 64.
  14. ^ «Staticmaster Alpha Ionizing Brush». Компания 7. В архиве из оригинала на 2018-09-27. Получено 2019-06-19.
  15. ^ Hoddeson, L .; Henriksen, P.W .; Мид, Р. А. (12 февраля 2004 г.). Критическая сборка: техническая история Лос-Аламоса в годы Оппенгеймера, 1943-1945 гг.. Издательство Кембриджского университета. ISBN  978-0-521-54117-6.
  16. ^ а б c d Skwarzec, B .; Струминьска, Д. И .; Борило, А. (2006). «Радионуклиды железа (55Fe), никель (63Ni), полоний (210Po), уран (234U, 235U, 238U) и плутоний (238Пу, 239+240Пу, 241Pu) в Польше и в окружающей среде Балтийского моря » (PDF). Нуклеоника. 51: S45 – S51. В архиве (PDF) из оригинала на 2019-06-19. Получено 2019-06-19.
  17. ^ Ахмед, М. Ф .; Alam, L .; Mohamed, C.A. R .; Mokhtar, M. B .; Та, Г. С. (2018). «Риск для здоровья от попадания полония-210 через питьевую воду: опыт Малайзии». Международный журнал экологических исследований и общественного здравоохранения. 15 (10): 2056–1–2056–19. Дои:10.3390 / ijerph15102056. ЧВК  6210456. PMID  30241360.
  18. ^ а б Часто задаваемые вопросы о полонии-210 (PDF) (Отчет). Центры по контролю и профилактике заболеваний. В архиве (PDF) из оригинала 7 июня 2017 г.. Получено 19 июн 2019.
  19. ^ Рихтер, Ф .; Wagmann, M .; Зерингер, М. (2012). «Полоний - по следу мощного альфа-нуклида в окружающей среде». Международный химический журнал CHIMIA. 66 (3): 131. Дои:10.2533 / chimia.2012.131. В архиве из оригинала на 17.02.2019. Получено 2019-06-19.
  20. ^ а б Persson, B.R.R .; Холм, Э. (2009). Полоний-210 и свинец-210 в земной среде: исторический обзор. Международная тематическая конференция по Po и радиоактивным изотопам Pb. Севилья, испания.
  21. ^ «F. Типичные источники радиационного облучения». Национальный институт здоровья. Архивировано из оригинал на 2013-06-13. Получено 2019-06-20.
  22. ^ Radford, E.P .; Хант, В. Р. (1964). «Полоний-210: летучий радиоэлемент в сигаретах». Наука. 143 (3603): 247–249. Bibcode:1964Научный ... 143..247R. Дои:10.1126 / science.143.3603.247. JSTOR  1712451. PMID  14078362.