Полоний-210 ( 210 Po , Po-210, исторически радий F ) — изотоп полония . Он подвергается альфа-распаду до стабильного 206 Pb с периодом полураспада 138,376 дней (около 4 +1 ⁄ месяца ), самый длинный период полураспада из 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 первую очередь поражающим морепродукты и табак . Его чрезвычайная токсичность объясняется высокой радиоактивностью, в основном из-за альфа-частиц , которые легко вызывают радиационное повреждение, включая рак окружающих тканей. Специфическая деятельность _210
Po составляет 166 ТБк/г, т.е. 1,66 × 10 14 Бк/г. В то же время 210 Po трудно обнаружить обычными детекторами радиации, поскольку его гамма-лучи имеют очень низкую энергию. Поэтому,210
По можно рассматривать как квазичистый альфа-излучатель.
В 1898 году Мария и Пьер Кюри обнаружили в настуране 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 родной страны Мари, Польши . Вилли Марквальд обнаружил подобную радиоактивную активность в 1902 году и назвал ее радиотеллуром , и примерно в то же время Эрнест Резерфорд выявил 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 связаны с одним и тем же веществом — 210 Po. Дальнейшие открытия и концепция изотопов, впервые предложенная в 1913 году Фредериком Содди , твердо определили 210 Po как предпоследнюю ступень в урановом ряду . [3]
В 1943 году 210 Po изучался как возможный нейтронный инициатор ядерного оружия в рамках Дейтонского проекта . 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 210 Po в радиоизотопных термоэлектрических генераторах (РТГ) в качестве источника тепла для питания спутников. Атомная батарея мощностью 2,5 Вт , использующая 210 Po, была разработана в 1958 году. Однако вместо нее был выбран изотоп плутоний-238 , поскольку он имеет более длительный период полураспада — 87,7 лет. [5]
Полоний-210 использовался для убийства российского диссидента и бывшего офицера ФСБ Александра Литвиненко в 2006 году, [6] [7] и подозревался в качестве возможной причины смерти Ясира Арафата после эксгумации и анализа его трупа в 2012–2013 годах. . [8] Радиоизотоп также мог быть использован для убийства Юрия Щекочихина , Лечи Исламова и Романа Цепова . [9]
210 Po — альфа-излучатель , период полураспада которого составляет 138,376 дней; [1] он распадается непосредственно 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-лучей ; примерно один из 100 000 распадов приводит к испусканию гамма-лучей. [10]
Низкая скорость производства гамма-лучей затрудняет поиск и идентификацию этого изотопа. Альфа-спектроскопия является лучшим методом измерения этого изотопа, чем гамма - спектроскопия.
Из-за гораздо более короткого периода полураспада миллиграмм 210 Po излучает столько же альфа-частиц в секунду, сколько 5 граммов 226 Ra . [11] Несколько кюри 210 Po излучают голубое свечение , вызванное возбуждением окружающего воздуха.
210 Po встречается в ничтожных количествах в природе, где он является предпоследним изотопом в цепочке распада уранового ряда . Он образуется в результате бета -распада 210 Pb и 210 Bi .
Астрофизический s-процесс завершается распадом 210 Po, поскольку поток нейтронов недостаточен, чтобы привести к дальнейшим захватам нейтронов при коротком времени жизни 210 Po. Вместо этого 210 Po альфа распадается до 206 Pb, который затем захватывает больше нейтронов, превращаясь в 210 Po, и повторяет цикл, поглощая таким образом 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 210 Po встречается в природе в следовых количествах, его недостаточно (0,1 частей на миллиард ) для того, чтобы его извлечение из урановой руды было возможным. Вместо этого большая часть 210 Po производится синтетическим путем нейтронной бомбардировки 209 Bi в ядерном реакторе . Этот процесс превращает 209 Bi в 210 Bi, который бета-распадает до 210 Po с пятидневным периодом полураспада. С помощью этого метода примерно 8 граммов (0,28 унции) Po 210 производятся в России и ежемесячно отправляются в США для коммерческого применения. [4] Облучением некоторых солей висмута, содержащих ядра легких элементов, таких как бериллий, также можно вызвать каскадную реакцию (α,n) с образованием 210 Po в больших количествах. [13]
Производство полония-210 является недостатком реакторов, охлаждаемых эвтектикой свинец-висмут , а не чистым свинцом. Однако, учитывая эвтектические свойства этого сплава, некоторые предлагаемые конструкции реакторов поколения IV по-прежнему основаны на свинцово-висмутовом сплаве.
Один грамм 210 Po генерирует мощность 140 Вт. [14] Поскольку он испускает множество альфа-частиц , которые останавливаются на очень коротком расстоянии в плотных средах и высвобождают свою энергию, 210 Po использовался в качестве легкого источника тепла для питания термоэлектрических элементов в искусственных спутниках ; например, в каждом из луноходов, развернутых на поверхности Луны, также был источник тепла 210 Po , чтобы поддерживать тепло их внутренних компонентов в течение лунных ночей. [15] Некоторые антистатические щетки, используемые для нейтрализации статического электричества на таких материалах, как фотопленка, содержат несколько микрокюри 210 Po в качестве источника заряженных частиц. [16] 210 Po также использовался в инициаторах атомных бомб в реакции (α,n) с бериллием . [17] Небольшие 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 .
210 Po чрезвычайно токсичен; он и другие изотопы полония являются одними из наиболее радиотоксичных веществ для человека. [6] [18] Поскольку одного микрограмма 210 Po более чем достаточно, чтобы убить среднего взрослого человека, он в 250 000 раз более токсичен, чем цианистый водород по весу. [19] Одного грамма 210 Po гипотетически было бы достаточно, чтобы убить 50 миллионов человек и заразить еще 50 миллионов. [6] Это следствие ионизирующего альфа -излучения , поскольку альфа-частицы особенно повреждают органические ткани внутри организма. Однако 210 Po не представляет радиационной опасности при нахождении вне организма. [20] Альфа- частицы, которые он производит, не могут проникнуть через внешний слой омертвевших клеток кожи. [21]
Токсичность 210 Po 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 в растворе его распространение по организму облегчается. [6] Поступление 210 Po происходит преимущественно 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 кровотоке . Биологический период полураспада составляет около 50 дней. [22]
В окружающей среде 210 Po 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] Также известно, что 210 Po загрязняет растительность, главным образом, в результате распада атмосферного радона-222 и поглощения его почвой. [24]
В частности, 210 Po прикрепляется к табачным листьям и концентрируется в них. [4] [22] Повышенные концентрации 210 Po в табаке были зарегистрированы еще в 1964 году, и, таким образом, было обнаружено, что курильщики сигарет подвергаются значительно большим дозам радиации от 210 Po и его родительского 210 Pb. [24] Заядлые курильщики могут подвергнуться такому же количеству радиации (оценки варьируются от 100 мкЗв [18] до 160 мЗв [25] в год), как и люди в Польше от чернобыльских осадков, прибывшие из Украины. [18] В результате 210 Po наиболее опасен при вдыхании сигаретного дыма. [26]
Полоний-210 использовался в тихих убийствах. Значительные суммы были обнаружены в теле Александра Литвиненко [27] во время его убийства в Лондоне в 2006 году.