Полоний - 210 ( 210Po , Po-210, исторически радий F ) — изотоп полония . Он подвергается альфа-распаду до стабильного 206Pb с периодом полураспада 138,376 дней (около 4 +1 ⁄ 2 месяца), самый длинный период полураспада среди всех встречающихся в природе изотопов полония ( 210–218 Po). [1] Впервые обнаруженный в 1898 году, а также ознаменовавший открытие элемента полония , 210 Po образуется в цепочке распада урана -238 и радия-226 . 210 Po является заметным загрязнителем окружающей среды, в основном поражающим морепродукты и табак . Его чрезвычайная токсичность объясняется интенсивной радиоактивностью, в основном из-за альфа-частиц , которые легко вызывают радиационные повреждения, включая рак в окружающих тканях.Удельная активность210
Po составляет 166 ТБк/г, т.е. 1,66 × 10 14 Бк/г. В то же время, 210 Po нелегко обнаружить обычными детекторами радиации, поскольку его гамма-лучи имеют очень низкую энергию. Поэтому,210
Po можно рассматривать как квазичистый альфа-излучатель.
.svg/1280px-Decay_chain(4n+2,_Uranium_series).svg.png)
В 1898 году Мария и Пьер Кюри обнаружили сильно радиоактивное вещество в урановой смолке и определили, что это новый элемент; это был один из первых открытых радиоактивных элементов. Определив его как таковой, они назвали элемент полонием в честь родной страны Мари, Польши . Вилли Марквальд обнаружил похожую радиоактивную активность в 1902 году и назвал его радиотеллуром , и примерно в то же время Эрнест Резерфорд идентифицировал ту же активность в своем анализе цепочки распада урана и назвал его радием F (первоначально радием E ). К 1905 году Резерфорд пришел к выводу, что все эти наблюдения были обусловлены одним и тем же веществом, 210Po . Дальнейшие открытия и концепция изотопов, впервые предложенная в 1913 году Фредериком Содди , прочно поместили 210Po в качестве предпоследнего шага в ряду урана . [3]
В 1943 году 210 Po изучался как возможный нейтронный инициатор в ядерном оружии в рамках проекта Дейтон . В последующие десятилетия опасения по поводу безопасности рабочих, работающих с 210 Po, привели к обширным исследованиям его воздействия на здоровье. [4]
В 1950-х годах ученые Комиссии по атомной энергии США в Mound Laboratories , штат Огайо, исследовали возможность использования 210Po в радиоизотопных термоэлектрических генераторах (РИТЭГ) в качестве источника тепла для питания спутников. К 1958 году была разработана 2,5- ваттная атомная батарея с использованием 210Po . Однако вместо нее был выбран изотоп плутоний-238 , поскольку он имеет более длительный период полураспада — 87,7 лет. [5]
Полоний-210 был использован для убийства российского диссидента и бывшего сотрудника ФСБ Александра В. Литвиненко в 2006 году [6] [7] и подозревался в качестве возможной причины смерти Ясира Арафата после эксгумации и анализа его тела в 2012–2013 годах. [8] Радиоизотоп также мог быть использован для убийства Юрия Щекочихина , Лечи Исламова и Романа Цепова . [9]
210 Po является альфа-излучателем , период полураспада которого составляет 138,376 дней; [1] он распадается непосредственно до стабильного 206 Pb . В большинстве случаев 210 Po распадается только путем испускания альфа-частицы , а не путем испускания альфа-частицы и гамма-излучения ; примерно один из 100 000 распадов приводит к испусканию гамма-излучения. [10]
Эта низкая скорость производства гамма-лучей затрудняет поиск и идентификацию этого изотопа. Вместо гамма-спектроскопии , альфа-спектроскопия является лучшим методом измерения этого изотопа.
Из-за гораздо более короткого периода полураспада миллиграмм 210Po испускает столько же альфа-частиц в секунду, сколько 5 граммов 226Ra . [11] Несколько кюри 210Po испускают голубое свечение , вызванное возбуждением окружающего воздуха .
210Po встречается в природе в ничтожно малых количествах, где он является предпоследним изотопом в цепочке распада уранового ряда . Он образуется в результате бета-распада из 210Pb и 210Bi .
Астрофизический s-процесс завершается распадом 210Po , поскольку поток нейтронов недостаточен для того, чтобы привести к дальнейшему захвату нейтронов за короткое время жизни 210Po . Вместо этого 210Po альфа распадается до 206Pb , который затем захватывает больше нейтронов, чтобы стать 210Po и повторяет цикл, таким образом потребляя 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 . [12]
Хотя 210Po встречается в природе в следовых количествах, его недостаточно (0,1 ppb ) для того, чтобы извлечение из урановой руды было осуществимым. Вместо этого большая часть 210Po производится синтетически, путем нейтронной бомбардировки 209Bi в ядерном реакторе . Этот процесс преобразует 209Bi в 210Bi , который бета-распадается до 210Po с пятидневным периодом полураспада. С помощью этого метода в России производится приблизительно 8 граммов (0,28 унций) 210Po каждый месяц и отправляется в США для коммерческого применения. [4] Облучая определенные соли висмута, содержащие ядра легких элементов, такие как бериллий, можно также вызвать каскадную реакцию (α,n) для получения 210Po в больших количествах. [13]
Производство полония-210 является недостатком реакторов, охлаждаемых эвтектикой свинца-висмута, а не чистым свинцом. Однако, учитывая эвтектические свойства этого сплава, некоторые предлагаемые конструкции реакторов поколения IV по-прежнему полагаются на свинец-висмут.
Один грамм 210Po генерирует 140 Вт мощности. [14] Поскольку он испускает множество альфа-частиц , которые останавливаются на очень коротком расстоянии в плотной среде и высвобождают свою энергию, 210Po использовался в качестве легкого источника тепла для питания термоэлектрических ячеек в искусственных спутниках . Источник тепла 210Po также был в каждом из луноходов, развернутых на поверхности Луны , для поддержания их внутренних компонентов в тепле во время лунных ночей. [15] Некоторые антистатические щетки, используемые для нейтрализации статического электричества на таких материалах, как фотопленка, содержат несколько микрокюри 210Po в качестве источника заряженных частиц. [16] 210Po также использовался в инициаторах для атомных бомб посредством реакции (α,n) с бериллием . [17] Малые источники нейтронов, основанные на реакции (α,n), также обычно используют полоний в качестве удобного источника альфа-частиц из-за его сравнительно низкого гамма-излучения (что позволяет легко экранировать) и высокой удельной активности .
210Po чрезвычайно токсичен; он и другие изотопы полония являются одними из самых радиотоксичных веществ для человека. [6] [18] Поскольку одного микрограмма 210Po более чем достаточно, чтобы убить среднего взрослого человека, он в 250 000 раз токсичнее цианида водорода по весу. [19] Одного грамма 210Po гипотетически было бы достаточно, чтобы убить 50 миллионов человек и вызвать заболевание еще 50 миллионов. [6] Это является следствием его ионизирующего альфа-излучения , поскольку альфа-частицы особенно разрушительны для органических тканей внутри тела. Однако 210Po не представляет радиационной опасности, когда содержится вне тела. [20] Альфа -частицы, которые он производит, не могут проникнуть через внешний слой мертвых клеток кожи. [21]
Токсичность 210Po полностью обусловлена его радиоактивностью. Сам по себе он химически не токсичен, но его растворимость в водном растворе , а также растворимость его солей представляет опасность, поскольку его распространение по организму облегчается в растворе. [6] Поступление 210Po в организм происходит в основном через загрязненный воздух, пищу или воду, а также через открытые раны. Попав в организм, 210Po концентрируется в мягких тканях (особенно в ретикулоэндотелиальной системе ) и кровотоке . Его биологический период полураспада составляет приблизительно 50 дней. [22]
В окружающей среде 210Po может накапливаться в морепродуктах. [23] Он был обнаружен в различных организмах в Балтийском море , где он может распространяться и, таким образом, загрязнять пищевую цепь. [18] Известно также, что 210Po загрязняет растительность, в основном за счет распада атмосферного радона-222 и поглощения из почвы. [24]
В частности, 210Po прикрепляется к листьям табака и концентрируется в них. [4] [22] Повышенные концентрации 210Po в табаке были зарегистрированы еще в 1964 году, и, таким образом, было обнаружено, что курильщики сигарет подвергаются значительно большим дозам радиации от 210Po и его родителя 210Pb . [24] Заядлые курильщики могут подвергаться такому же количеству радиации (оценки варьируются от 100 мкЗв [18] до 160 мЗв [25] в год), как и люди в Польше от чернобыльских осадков, путешествующие из Украины. [18] В результате 210Po наиболее опасен при вдыхании с сигаретным дымом. [26]
![{\displaystyle \mathrm {^{210}_{\ 84}Po\ {\xrightarrow[{138.376\ d}]{}}\ _{\ 82}^{206}Pb\ +_{\ 2}^{\ 4}He} }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/284da02d50c3b36c9caaca8bb97afe36da8b41c5)