Серебристо белый радиоактивный металл

Обновлено: 02.07.2024

Акти́ний — химический элемент с атомным номером 89, обозначается в периодической системе элементов символом Ac (лат. Actinium ).

Содержание

История

Актиний был открыт в 1899 году А. Дебьерном в отходах от переработки урановой смолки, из которой удалили полоний и радий. Новый элемент был назван актинием. Вскоре после открытия Дебьерна независимо от него немецкий радиофизик Ф. Гизель из такой же фракции урановой смолки, содержащей редкоземельные элементы, получил сильно радиоактивный элемент и предложил ему название «эманий».

Дальнейшее исследование показало идентичность препаратов, полученных Дебьерном и Гизелем, хотя они наблюдали радиоактивное излучение не самого актиния, а продуктов его распада — 227 Th (радиоактиний) и 230 Th (ионий).

Происхождение названия

Нахождение в природе

Актиний является одним из самых малораспространённых в природе радиоактивных элементов. Общее его содержание в земной коре не превышает 2600 т., тогда как, например, количество радия более 40 млн т.

В природе найдено 3 изотопа актиния: 225 Ac, 227 Ac, 228 Ac.

Актиний сопутствует урановым рудам. Его содержание в природных рудах соответствует равновесному. Повышенные количества актиния находят в молибденитах, халькопирите, касситерите, кварце, пиролюзите. Актиний характеризуется невысокой миграционной способностью в природных объектах и перемещается значительно медленнее, чем уран.

Свойства

Актиний — металл серебристо-белого цвета, по внешнему виду напоминает лантан. Вследствие радиоактивности, в темноте светится характерным голубым цветом.

Подобно лантану, может существовать в двух кристаллических формах, но получена только одна форма — β-Ac, имеющая кубическую гранецентрированную структуру. Низкотемпературную α-форму получить не удалось.

Атомный радиус актиния ненамного превышает атомный радиус лантана и составляет 1,88 Å.

По химическим свойствам актиний также сильно похож на лантан, в соединениях принимает степень окисления +3 (Ac₂O₃, AcBr₃, Ac(OH)₃), но отличается высокой реакционноспособностью и более основными свойствами.

Получение

Получение актиния из урановых руд нецелесообразно ввиду малого его в них содержания, а также большого сходства с присутствующими там редкоземельными элементами.

В основном, изотопы актиния получают искусственным путем. Изотоп 227 Ac получают облучением радия нейтронами в реакторе. Выход, как правило, не превышает 2,15 % от исходного количества радия. Количество актиния при данном способе синтеза исчисляется в граммах. Изотоп 228 Ac получают облучением изотопа 227 Ac нейтронами.

Выделение и очистка актиния от радия, тория и дочерних продуктов распада проводятся методами экстракции и ионного обмена.

Металлический актиний получают восстановлением трифторида актиния парами лития.

Изотопы

Природный актиний состоит из одного радиоактивного изотопа, 227 Ac. Известно тридцать шесть радиоизотопов, наиболее стабильные — 227 Ac с периодом полураспада в 21,772 лет, 225 Ac с периодом полураспада 10,0 дней и 226 Ac с периодом полураспада 29,37 часа. Все оставшиеся радиоактивные изотопы имеют периоды полураспада менее 10 часов, и большинство из них имеет период полураспада менее 1 минуты. Самый короткоживущий изотоп актиния — 217 Ac с периодом полураспада 69 наносекунд, который распадается через альфа-распад и электронный захват.

Очищенный 227 Ac приходит в равновесие с продуктами распада через 185 дней. Он распадается в основном с излучением β-(98,8%) и небольшого количества α-частиц (1,2%), последующие продукты распада также относятся к ряду актиния. Изотопы актиния имеют атомный вес в диапазоне от 206 до 236 а.е.м.

Радиоактивные свойства некоторых изотопов актиния:

Изотоп актиния	Реакция получения	Тип распада	Период полураспада
221 Ac	232 Th(d,9n) 225 Pa(α)→ 221 Ac	α
222 Ac	232 Th(d,8n) 226 Pa(α)→ 222 Ac	α	4,2 сек.
223 Ac	232 Th(d,7n) 227 Pa(α)→ 223 Ac	α	2,2 мин.
224 Ac	232 Th(d,6n) 228 Pa(α)→ 224 Ac	α	2,9 час.
225 Ac	232 Th(n,γ) 233 Th(β − )→ 233 Pa(β − )→ 233 U(α)→ 229 Th(α)→ 225 Ra(β − ) 225 Ac	α	10 сут.
226 Ac	226 Ra(d,2n) 226 Ac	α или β − или электронный захват	29 час.
227 Ac	235 U(α)→ 231 Th(β − )→ 231 Pa(α)→ 227 Ac	α или β −	21,7 лет
228 Ac	232 Th(α)→ 228 Ra(β − )→ 228 Ac	β −	6,13 час.
229 Ac	228 Ra(n,γ) 229 Ra(β − )→ 229 Ac	β −	66 мин.
230 Ac	232 Th(d,α) 230 Ac	β −	80 сек.
231 Ac	232 Th(γ,p) 231 Ac	β −	7,5 мин.
232 Ac	232 Th(n,p) 232 Ac	β −	35 сек.

Применение

227 Ac в смеси с бериллием является источником нейтронов. Ac-Be-источники характеризуются малым выходом гамма-квантов, применяются в активационном анализе при определении Mn, Si, Al в рудах.

225 Ac применяется для получения 213 Bi, а также для использования в радио-иммунотерапии.

228 Ac применяют в качестве радиоактивного индикатора в химических исследованиях из-за его высокоэнергетического β-излучения.

Смесь изотопов 228 Ac- 228 Ra используют в медицине как интенсивный источник γ-излучения.

Физиологическое действие

Актиний относится к числу опасных радиоактивных ядов с высокой удельной α-активностью. Хотя абсорбция актиния из пищеварительного тракта по сравнению с радием сравнительно невелика, но наиболее важной особенностью актиния является его способность прочно удерживаться в организме в поверхностных слоях костной ткани. Первоначально актиний в значительной степени накапливается в печени, причём скорость его удаления из организма много больше скорости его радиоактивного распада. Кроме того, одним из дочерних продуктов его распада является очень опасный радон, защита от которого при работе с актинием является отдельной серьёзной задачей.

Америций

Серебристо-белый радиоактивный металл

Америций / Americium (Am), 95

1,3 (шкала Полинга)

Am←Am 4+ -0,90 В
Am←Am 3+ -2,07 В
Am←Am 2+ -1,95 В

Америций (лат. Americium (Am) ) — 95-й элемент таблицы Менделеева, четвёртый синтезированный трансплутониевый элемент.

Физические свойства

Америций — металл серебристо-белого цвета, тягучий и ковкий. Светится в темноте за счёт собственного α-излучения. Больше всего он похож на металлы редкоземельного семейства. Имеет две аллотропные формы. В низкотемпературной форме обладает двойной плотно упакованной шестиугольной структурой, плотность 13.67, которая при 1074 °C преобразуется в гранецентрированную кубическую. Температура плавления — 1175 °C.

Химические свойства

Внешняя электронная оболочка нового элемента (5f) оказалась аналогичной европию (4f). Поэтому элемент назвали в честь Америки, как европий — в честь Европы.

241 Am сейчас получают в промышленном количестве при распаде 241 Pu: Pu-241 -> (13.2 года, бета частица) -> Am-241.

Последовательность получения 241 Am

241 Pu образуется во всех ядерных реакторах при захвате нейтрона 238 U.

239 U β распад => 239 Np
239 Np β распад =>239 Pu + n => 240 Pu
240 Pu + n => 241 Pu
241 Pu β распад (13.2 года) => 241 Am (Период полураспада 432.2 года)

Так как Pu-241 обычно присутствует в только что выработанном оружейном плутонии, Am-241 накапливается в веществе с распадом Pu-241. В связи с этим, он играет важную роль в старении плутониевого оружия. Свежеизготовленный оружейный плутоний содержит 0.5-1.0 % Pu-241, реакторный плутоний имеет от 5-15 % до 25 % Pu-241. Через несколько десятилетий почти весь Pu-241 распадется в Am-241. Энергетика альфа-распада Am-241 и относительно короткое время жизни создают высокую удельную радиоактивность и тепловой выход (106 Вт/кг, для примера у Pu-241 тепловой выход 3.4 Вт/кг). Большая часть альфа- и гамма-активности старого оружейного плутония обусловливается Am-241.

Самый долгоживущий изотоп америция — Am 243 имеет период полураспада 8 000 лет и используется для радиохимических исследований и накопления более отдаленных трансуранов, вплоть до фермия.

Значительно многообразнее применение самого первого изотопа америция — Am 241 . Он имеет период полураспада 433 года. Этот изотоп, распадаясь, испускает альфа-частицы и мягкие (60 кэВ) гамма-лучи (для примера: энергия жестких гамма-квантов, испускаемых кобальтом-60 — несколько МэВ). Защита от мягкого излучения Am-241 сравнительно проста и немассивна: вполне достаточно сантиметрового слоя свинца. В промышленности используются различные контрольно-измерительные и исследовательские приборы с америцием-241, в частности, для непрерывного измерения толщины стальной (от 0,5 до 3 мм) и алюминиевой (до 50 мм) ленты, а также листового стекла. Аппаратуру с америцием-241 используют и для снятия электростатических зарядов в промышленности с пластмасс, синтетических пленок и бумаги. Он находится и внутри некоторых детекторов дыма (~0,26 микрограмма на детектор).

Ядерный изомер Америций-242m обладает высоким сечением деления тепловыми нейтронами (6000 барн), большим количеством выделяемых нейтронов на одно деление (3,6) и относительно большим периодом полураспада (141 год) [3] , что делает его подходящим топливом для сверхкомпактных ядерных реакторов (критическая масса — 3,78 кг, меньше только у некоторых изотопов калифорния). Предполагается, например, использовать его для ядерных реакторов на межпланетных космических кораблях [4] . Однако получение этого изотопа в граммовых количествах пока только обсуждается (предполагается получать его из 241 Am, который содержится в ОЯТ в количестве порядка килограмма на тонну).

Биологическая роль

Америций — высокотоксичный элемент. Значение ПДК для америция в воздухе около 1·10 −4 Бк/л, в воде водоёмов около 70-80 Бк/л.

Калифорний

Калифорний — искусственный радиоактивный химический элемент, актиноид, обозначаемый Cf, имеющий атомный номер 98 в периодической системе Менделеева. Известны радиоизотопы с массовыми числами 237—256. Стабильных изотопов не имеет.

Элемент был впервые синтезирован в 1950 году в Национальной лаборатории Лоуренса Беркли (тогда Лаборатория радиации Калифорнийского университета) путём бомбардировки кюрия альфа-частицами (ионами гелия-4). Актиноид, шестой трансурановый элемент, который был когда-либо синтезирован, и имеет вторую по величине атомную массу среди всех элементов, которые были произведены в таких количествах, чтобы их можно было разглядеть невооружённым глазом (после эйнштейния). Элемент был назван в честь штата Калифорния и университета из этого штата.

1 История
2 Происхождение названия
3 Получение
4 Физические и химические свойства
5 Изотопы
6 Применение
7 Физиологическое действие

Получен искусственно в 1950 году американскими физиками С. Томпсоном, К. Стритом, А. Гиорсо и Г. Сиборгом в Калифорнийском университете в Беркли при облучении 242 Cm ускоренными α-частицами.

Первые твёрдые соединения калифорния — 249 Cf₂O₃ и 249 CfOCl получены в 1958 году.

Назван в честь Калифорнийского университета в Беркли, где и был получен. Как писали авторы, этим названием они хотели указать, что открыть новый элемент им было так же трудно, как век назад пионерам Америки достичь Калифорнии.

Калифорний производят в двух местах: НИИАР в Димитровграде (Россия), Окриджской национальной лаборатории в США.

Для производства одного грамма калифорния плутоний или кюрий подвергают длительному нейтронному облучению в ядерном реакторе, от 8 месяцев до 1,5 лет. Затем из получившихся продуктов облучения химическим путём выделяют калифорний.

Металлический калифорний получают путём восстановления фторида калифорния CfF₃ литием:

CfF₃ + 3Li ⟶ Cf + 3LiF

или оксида калифорния Cf₂O₃ кальцием:

От других актиноидов калифорний отделяют экстракционными и хроматографическими методами.

Физические и химические свойства

Калифорний представляет собой серебристо-белый актинидный металл с температурой плавления 900 ± 30° C и предполагаемой температурой кипения 1470 °C. Чистый металл податлив и легко режется лезвием. Металлический калифорний начинает испаряться при температуре выше 300 °C под вакуумом. Образует сплавы с лантаноидными металлами, но о них мало что известно.

Калифорний — чрезвычайно летучий металл. Существует в двух полиморфных модификациях. Ниже 600 °C устойчива α-модификация с гексагональной решёткой (параметры а = 0,339 нм, с = 1,101 нм), выше 600 °C — β-модификация с кубической гранецентрированной решёткой. Температура плавления металла 900 °C, температура кипения 1227 °C.

По химическим свойствам калифорний подобен актиноидам. Синтезированы галогениды калифорния — CfX₃ (X — атом галогена), оксигалогениды — CfOX. Для получения диоксида калифорния CfO₂ оксид Cf₂O₃ окисляют при нагревании кислородом под давлением 10 МПа. В растворах Cf 4+ получают, действуя на соединения Cf 3+ сильными окислителями. Синтезирован твёрдый дийодид калифорния CfI₂. Из водных растворов Cf 3+ восстанавливается до Cf 2+ электрохимически.

Известно 17 изотопов калифорния, наиболее стабильными из которых являются 251 Cf с периодом полураспада T_1/2 = 900 лет, 249 Cf (T_1/2 = 351 год), 250 Cf (T_1/2 = 13,08 года) и 252 Cf (T_1/2 = 2,645 года). Последний изотоп имеет высокий коэффициент размножения нейтронов (выше 3) и критическую массу около 5 кг (для металлического шара). Грамм 252 Cf испускает около 3⋅10 12 нейтронов в секунду. 251 Cf упоминается в книге Чингиза Абдуллаева «Символы распада» как элемент миниатюрной ядерной бомбы — «ядерного чемоданчика». Встречающиеся иногда оценки критической массы, составляющие порядка 10 г, относятся к водным растворам солей калифорния.

Наибольшее применение нашёл изотоп 252 Cf. Он используется как мощный источник нейтронов в нейтронно-активационном анализе, в лучевой терапии опухолей. Кроме того, изотоп 252 Cf используется в экспериментах по изучению спонтанного деления ядер. Калифорний является чрезвычайно дорогим металлом. Цена 1 грамма изотопа 252 Cf составляет около 4 млн долларов США, и она вполне оправдана, так как ежегодно получают 40—60 миллиграммов.

Продукты распада ядер калифорния-252 ( 252 Cf) с энергией порядка 80—100 МэВ используют для бомбардировки и ионизации пробы в спектрометрии (см. Плазменная десорбционная ионизация). При делении ядра 252 Cf возникают движущиеся в противоположных направлениях частицы. Одна из частиц попадает в триггерный детектор и сигнализирует о начале отсчёта времени. Другая частица попадает на матрицу пробы, выбивая ионы, которые направляются во времяпролётный масс-спектрометр.

Изотоп 249 Cf применяют в научных исследованиях. При работе с ним не требуется защита от нейтронного излучения.

Радионуклид 252 Cf высокотоксичен. ПДК в воде открытых водоёмов 1,33⋅10 −4 Бк/л.

1 История
2 Физические свойства
3 Химические свойства
4 Происхождение названия
5 Получение
6 Применение
7 Биологическая роль

Ныне существующий америций сконцентрирован в атмосфере в районах, используемых для испытаний ядерного оружия, проведенных между 1945 и 1980 годами, а также в местах ядерных инцидентов, таких как чернобыльская катастрофа. Например, анализ обломков на полигоне, на котором происходили испытания первой водородной бомбы США (1 ноября 1952 г., атолл Эниветак) выявил высокие концентрации различных актинидов, включая америций; но из-за военной тайны эти данные были опубликованы только в 1956 году. В Тринитите, стеклообразном веществе, образовавшемся на месте испытания ядерной бомбы на базе в Тринити возле Аламогордо (штат Нью-Мексико) 16 июля 1945 года были обнаружены следы америция-241. Повышенные уровни америция были также обнаружены в 1968 году в Гренландии на месте крушения американского бомбардировщика Boeing B-52, который нёс четыре водородные бомбы.

Америций — металл серебристо-белого цвета, тягучий и ковкий. Светится в темноте за счёт собственного α-излучения. Больше всего он похож на металлы редкоземельного семейства. Имеет две аллотропные формы. В низкотемпературной форме (плотность 13,67 г/см 3 ) обладает двойной плотно упакованной гексагональной структурой, которая при 1074 °C преобразуется в гранецентрированную кубическую. Температура плавления — 1175 °C. Температура кипения — 2607°С.

241 Am сейчас получают в промышленном количестве при распаде 241 Pu: Pu-241 -> (13,2 года, бета-распад) -> Am-241, а 243 Am при распаде 243 Pu.

241 Pu образуется во всех ядерных реакторах при захвате нейтрона ураном-238.

238 U + n → 239 U
239 U β-распад → 239 Np
239 Np β-распад → 239 Pu
239 Pu + n → 240 Pu
240 Pu + n → 241 Pu
241 Pu β-распад (13,2 года) → 241 Am (период полураспада 432,2 года)
241 Pu + n → 242 Pu
242 Pu + n → 243 Pu
243 Pu + n → 243 Am (период полураспада 4,956(3) ч. бета-распад)

Так как 241 Pu обычно присутствует в только что выработанном оружейном плутонии, с распадом 241 Pu в веществе накапливается 241 Am. В связи с этим он играет важную роль в старении плутониевого оружия. Свежеизготовленный оружейный плутоний содержит 0,5-1,0 % 241 Pu, реакторный плутоний имеет от 5-15 % до 25 % 241 Pu. Через несколько десятилетий почти весь 241 Pu распадётся в 241 Am. Энергетика альфа-распада 241 Am и относительно короткое время жизни создают высокую удельную радиоактивность и тепловой выход (106 Вт/кг, для примера у 241 Pu тепловой выход 3,4 Вт/кг). Большая часть альфа- и гамма-активности старого оружейного плутония обусловливается 241 Am.

Самый долгоживущий изотоп америция, 243 Am, имеет период полураспада 7,37 тыс. лет и используется для радиохимических исследований и накопления более отдалённых трансуранов, вплоть до фермия.

Значительно многообразнее применение самого первого обнаруженного изотопа америция — 241 Am. Он имеет период полураспада 433,2 года. Этот изотоп, распадаясь, испускает альфа-частицы и мягкие (60 кэВ) гамма-лучи (для примера: энергия жестких гамма-квантов, испускаемых кобальтом-60, — более 1 МэВ: 1,173 и 1,332 МэВ). Защита от мягкого излучения Am-241 сравнительно проста и немассивна: вполне достаточно сантиметрового слоя свинца. В промышленности используются различные контрольно-измерительные и исследовательские приборы с америцием-241, в частности, для непрерывного измерения толщины стальной (от 0,5 до 3 мм) и алюминиевой (до 50 мм) ленты, а также листового стекла. Аппаратуру с америцием-241 используют и для снятия электростатических зарядов в промышленности с пластмасс, синтетических плёнок и бумаги. Он находится и внутри некоторых детекторов дыма (~0,26 микрограмма на детектор).

Ядерный изомер америций-242m обладает высоким сечением деления тепловыми нейтронами (6000 барн), большим количеством выделяемых нейтронов на одно деление (3,6) и относительно большим периодом полураспада (141 год), что делает его подходящим топливом для сверхкомпактных ядерных реакторов (критическая масса — 3,78 кг, меньше только у некоторых изотопов калифорния). Предполагается, например, использовать его для ядерных реакторов на межпланетных космических кораблях. Однако получение этого изотопа в граммовых количествах пока только обсуждается (предполагается получать его из 241 Am, который содержится в ОЯТ в количестве порядка килограмма на тонну).

Америций — высокотоксичный элемент. Значение ПДК для америция в воздухе — около 1⋅10 −4 Бк/л, в воде водоёмов — около 70-80 Бк/л.

Eu, Sm, Li, Cs, Rb, K, Ra, Ba, Sr, Ca, Na, Ac, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Gd, Tb, Mg, Y, Dy, Am, Ho, Er, Tm, Lu, Sc, Pu,
Th, Np, U, Hf, Be, Al, Ti, Zr, Yb, Mn, V, Nb, Pa, Cr, Zn, Ga, Fe, Cd, In, Tl, Co, Ni, Te, Mo, Sn, Pb, H₂,
W, Sb, Bi, Ge, Re, Cu, Tc, Te, Rh, Po, Hg, Ag, Pd, Os, Ir, Pt, Au

Полоний

Полоний — радиоактивный химический элемент 16-й группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы VI группы), 6-го периода в периодической системе Д. И. Менделеева, с атомным номером 84, обозначается символом Po (лат. Polonium ). Относится к группе халькогенов. При нормальных условиях представляет собой мягкий радиоактивный металл серебристо-белого цвета.

1 История и происхождение названия
2 Нахождение в природе
3 Свойства
4 Изотопы
5 Получение
6 Применение
7 Токсичность
8 Случаи отравления полонием-210
9 Содержание полония в продуктах

История и происхождение названия

Элемент открыт в 1898 году супругами Пьером Кюри и Марией Склодовской-Кюри в урановой смоляной руде. Об открытии они впервые сообщили 18 июля на заседании Парижской академии наук в докладе под названием «О новом радиоактивном веществе, содержащемся в смоляной обманке». Элемент был назван в честь родины Марии Склодовской-Кюри — Польши (лат. Polonia ).

В 1902 году немецкий учёный Вильгельм Марквальд открыл новый элемент. Он назвал его радиотеллур. Кюри, прочтя заметку об открытии, сообщила, что это — элемент полоний, открытый ими четырьмя годами ранее. Марквальд не согласился с такой оценкой, заявив, что полоний и радиотеллур — разные элементы. После ряда экспериментов с элементом супруги Кюри доказали, что полоний и радиотеллур обладают одним и тем же периодом полураспада. Марквальд был вынужден признать свою ошибку.

Первый образец полония, содержащий 0,1 мг этого элемента, был выделен в 1910 году.

Радионуклиды полония входят в состав естественных радиоактивных рядов:

210 Po ( Т _1/2 = 138,376 суток), 218 Po ( Т _1/2 = 3,10 мин) и 214 Po ( Т _1/2 = 1,643⋅10 −4 с) — в ряд 238 U;

216 Po ( Т _1/2 = 0,145 с) и 212 Po ( Т _1/2 = 2,99⋅10 −7 с) — в ряд Th;

215 Po ( Т _1/2 = 1,781⋅10 −3 с) и 211 Po( Т _1/2 = 0,516 с) — в ряд 235 U.

Поэтому полоний всегда присутствует в урановых и ториевых минералах. Равновесное содержание полония в земной коре — около 2⋅10 −14 % по массе.

Полоний — мягкий серебристо-белый радиоактивный металл.

Металлический полоний быстро окисляется на воздухе. Известны диоксид полония (PoO₂)_x и монооксид полония PoO. С галогенами образует тетрагалогениды. При действии кислот переходит в раствор с образованием катионов Ро 2+ розового цвета:

При растворении полония в соляной кислоте в присутствии магния образуется полоноводород:

Po + Mg + 2HCl → MgCl₂ + H₂Po

который при комнатной температуре находится в жидком состоянии (от −36,1 до 35,3 °C)

В индикаторных количествах получены кислотный триоксид полония PoO₃ и соли полониевой кислоты, не существующей в свободном состоянии — полонаты K₂PoO₄. Образует галогениды состава PoX₂, PoX₄ и PoX₆. Подобно теллуру полоний способен с рядом металлов образовывать химические соединения — полониды.

Полоний является единственным химическим элементом, который при низкой температуре образует одноатомную простую кубическую кристаллическую решётку.

На начало 2006 года известны 33 изотопа полония в диапазоне массовых чисел от 188 до 220. Кроме того, известны 10 метастабильных возбуждённых состояний изотопов полония. Стабильных изотопов не имеет. Наиболее долгоживущие изотопы, 209 Po и 208 Po имеют периоды полураспада 125 и 2,9 года соответственно. Некоторые изотопы полония, входящие в радиоактивные ряды урана и тория, имеют собственные наименования, которые сейчас в основном рассматриваются как устаревшие:

Изотоп	Название	Обозначение	Радиоактивный ряд
210 Po	Радий F	RaF	238 U
211 Po	Актиний C'	AcC'	235 U
212 Po	Торий C'	ThC'	232 Th
214 Po	Радий C'	RaC'	238 U
215 Po	Актиний A	AcA	235 U
216 Po	Торий A	ThA	232 Th
218 Po	Радий A	RaA	238 U

На практике в граммовых количествах нуклид полония 210 Po синтезируют искусственно, облучая металлический 209 Bi тепловыми нейтронами в ядерных реакторах. Получившийся 210 Bi за счёт β-распада превращается в 210 Po. При облучении того же изотопа висмута протонами по реакции

209 Bi + p → 209 Po + n

образуется самый долгоживущий изотоп полония 209 Po.

В реакторах с жидкометаллическим носителем в качестве теплоносителя может применяться эвтектика свинец-висмут. Такой реактор, в частности, был установлен на подводной лодке К-27. В активной зоне реактора висмут может переходить в полоний.

Микроколичества полония извлекают из отходов переработки урановых руд. Выделяют полоний экстракцией, ионным обменом, хроматографией и возгонкой.

Металлический Po получают термическим разложением в вакууме сульфида PoS или диоксида (PoO₂)_x при 500 °C.

Более 95 % мирового производства полония-210 приходится на Россию, однако практически весь он поставляется в США, где используется в основном для производства промышленных и бытовых антистатических ионизаторов воздуха.

На 2006 год, по утверждению британского учёного и писателя Джона Эмсли, в год производилось около 100 грамм 210 Po.

По данным британских экспертов, микроскопические дозы полония-210 стоят миллионы долларов США. С другой стороны, согласно утверждению радиохимика, д.х.н. Б.Жуйкова, получаемый из висмута полоний-210 очень дешёв. Согласно данным на 2006 год за производство 9,6 граммов полония-210 заводу «Авангард» платили порядка 10 миллионов рублей, что сопоставимо со стоимостью трития. Однако, американская компания United Nuclear, получающая изотоп из России, на 2006 год продавала образцы по цене $69, утверждая, что для накопления смертельной дозы потребовалось бы более $1 миллиона.

Полоний-210 в сплавах с бериллием и бором применяется для изготовления компактных и очень мощных нейтронных источников, практически не создающих γ -излучения (но короткоживущих ввиду малого времени жизни 210 Po: Т _1/2 = 138,376 суток) — альфа-частицы полония-210 рождают нейтроны на ядрах бериллия или бора в ( α , n)-реакции. Это герметичные металлические ампулы, в которые заключена покрытая полонием-210 керамическая таблетка из карбида бора или карбида бериллия. Такие нейтронные источники легки и портативны, совершенно безопасны в работе и очень надёжны. Например, советский нейтронный источник ВНИ-2 представляет собой латунную ампулу диаметром два и высотой четыре сантиметра, ежесекундно излучающую до 90 миллионов нейтронов.

Полоний-210 часто применяется для ионизации газов (в частности, воздуха). В первую очередь ионизация воздуха необходима для борьбы со статическим электричеством (на производстве, при обращении с особо чувствительной аппаратурой). Например, для прецизионной оптики изготавливаются кисточки удаления пыли. Для окраски автомобилей в гаражах используются пульверизаторы с подачей воздуха, проходящего через антистатический ионизатор с полонием («ионную пушку»). Другое, уже ушедшее в прошлое применение эффекта ионизации газа — в электродных сплавах автомобильных свечей зажигания для уменьшения напряжения возникновения искры.

Важной областью применения полония-210 является его использование в виде сплавов со свинцом, иттрием или самостоятельно для производства мощных и весьма компактных источников тепла для автономных установок, например, космических. Один кубический сантиметр полония-210 выделяет около 1320 Вт тепла. Эта мощность весьма велика, она легко приводит полоний в расплавленное состояние, поэтому его сплавляют, например, со свинцом. Хотя эти сплавы имеют заметно меньшую энергоплотность ( 150 Вт/см³ ), тем не менее, они более удобны к применению и безопасны, так как полоний-210 испускает почти исключительно альфа-частицы, а их проникающая способность и длина пробега в плотном веществе минимальны. Например, у советских самоходных аппаратов космической программы «Луноход» для обогрева приборного отсека применялся полониевый обогреватель.

Полоний-210 может послужить в сплаве с лёгким изотопом лития ( 6 Li) веществом, которое способно существенно снизить критическую массу ядерного заряда и послужить своего рода ядерным детонатором. Кроме того, полоний пригоден для создания компактных «грязных бомб» и удобен для скрытной транспортировки, так как практически не испускает гамма-излучения. Изотоп испускает гамма-кванты с энергией 803 кэВ с выходом только 0,001 % на распад.

Полоний является стратегическим металлом, должен очень строго учитываться, и его хранение должно быть под контролем государства ввиду угрозы ядерного терроризма.

Токсичность

Полоний-210 чрезвычайно токсичен, радиотоксичен и канцерогенен, имеет период полураспада 138 дней и 9 часов. В 4 триллиона раз токсичнее синильной кислоты. Его удельная активность (166 ТБк/г) настолько велика, что, хотя он излучает только альфа-частицы, брать его руками нельзя, поскольку результатом будет лучевое поражение кожи и, возможно, всего организма: полоний довольно легко проникает внутрь сквозь кожные покровы. Он опасен и на расстоянии, превышающем длину пробега альфа-частиц, так как его соединения саморазогреваются и переходят в аэрозольное состояние. ПДК в водоёмах и в воздухе рабочих помещений 11,1⋅10 −3 Бк/л и 7,41⋅10 −3 Бк/м³. Поэтому работают с полонием-210 только в герметичных боксах.

Положительно заряженные альфа-частицы, излучаемые полонием, не проходят через кожу, однако при попадании полония внутрь организма, — если его проглотить или вдохнуть, — альфа-частицы необратимо разрушают внутренние органы и ткани, что зачастую приводит к гибели организма.

По оценке специалистов летальная доза полония-210 для взрослого человека — оценивается в пределах от 0,1—0,3 ГБк (0,6—2 мкг) при попадании изотопа в организм через лёгкие, до 1—3 ГБк (6—18 мкг) при попадании в организм через пищеварительный тракт.

Случаи отравления полонием-210

Смерть Александра Литвиненко в 2006 году, который скончался в результате отравления полонием-210.
Полоний был обнаружен в личных вещах Ясира Арафата, который скончался в 2004 году. Проведена эксгумация тела. Первоначально швейцарская сторона международной комиссии подтвердила факт отравления полонием. Однако позже согласилась с выводами российской и французской стороны об отсутствии доказательств отравления.

Содержание полония в продуктах

Полоний-210 в небольших количествах находится в природе и накапливается табаком, вследствие чего является одним из заметных факторов, который наносит вред здоровью курильщика. Другие природные изотопы полония распадаются очень быстро, поэтому не успевают накапливаться в табаке. «Производители табака обнаружили этот элемент более 40 лет назад, попытки удалить его были безуспешны», — говорится в статье 2008 года исследователей из американского Стэнфордского университета и клиники Майо в Рочестере.

Читайте также: