Радий — химический элемент ; он имеет символ Ra и атомный номер 88. Это шестой элемент во 2-й группе периодической таблицы , также известный как щелочноземельные металлы . Чистый радий серебристо-белый, но он легко реагирует с азотом (а не с кислородом) при воздействии воздуха, образуя черный поверхностный слой нитрида радия (Ra3N2 ) . Все изотопы радия радиоактивны , наиболее стабильным изотопом является радий-226 с периодом полураспада 1600 лет. Когда радий распадается, он испускает ионизирующее излучение в качестве побочного продукта, которое может возбуждать флуоресцентные химикаты и вызывать радиолюминесценцию . Благодаря этому свойству он широко использовался в самосветящихся красках после своего открытия. Из радиоактивных элементов , которые встречаются в больших количествах, радий считается особенно токсичным и канцерогенным из -за радиоактивности как самого радия, так и его непосредственного продукта распада радона , а также из-за его тенденции накапливаться в костях .
Радий в форме хлорида радия был открыт Марией и Пьером Кюри в 1898 году из руды, добытой в Яхимове . Они извлекли соединение радия из уранинита и опубликовали открытие во Французской академии наук пять дней спустя. Радий был выделен в металлическом состоянии Марией Кюри и Андре-Луи Дебьерном посредством электролиза хлорида радия в 1910 году, и вскоре после этого металл начали производить в больших масштабах в Австрии , США и Бельгии . Однако количество радия, производимого в мире, всегда было небольшим по сравнению с другими элементами, и к 2010-м годам годовое производство радия, в основном путем извлечения из отработанного ядерного топлива , составляло менее 100 граммов.
В природе радий содержится в урановых рудах в количествах всего лишь в одну седьмую грамма на тонну уранинита, а в ториевых рудах — в следовых количествах. Радий не является необходимым для живых организмов , а его радиоактивность и химическая реактивность делают вероятными неблагоприятные последствия для здоровья, когда он включается в биохимические процессы из-за его химической мимикрии кальция . По состоянию на 2018 год, за исключением ядерной медицины , радий не имеет коммерческого применения. Раньше, с 1910-х по 1970-е годы, он использовался в качестве радиоактивного источника для радиолюминесцентных устройств, а также в радиоактивном шарлатанстве из-за его предполагаемой лечебной силы. Почти во всех своих применениях радий был заменен менее опасными радиоизотопами , и одним из немногих его оставшихся немедицинских применений является производство актиния в ядерных реакторах .
Радий — самый тяжелый известный щелочноземельный металл и единственный радиоактивный член своей группы. Его физические и химические свойства наиболее близки к его более легкому родственнику — барию . [3]
Чистый радий — летучий , блестящий серебристо-белый металл, хотя его более легкие сородичи кальций , стронций и барий имеют слегка желтый оттенок. [3] Блестящая поверхность радия быстро становится черной под воздействием воздуха, вероятно, из-за образования нитрида радия ( Ra3N2 ) . [4] Его температура плавления составляет либо 700 °C (1292 °F), либо 960 °C (1760 °F) [ a] , а его температура кипения составляет 1737 °C (3159 °F); однако это не совсем установлено. [5] Оба эти значения немного ниже, чем у бария, что подтверждает периодические тенденции вниз по элементам группы 2. [6] Подобно барию и щелочным металлам , радий кристаллизуется в объемно-центрированной кубической структуре при стандартной температуре и давлении : расстояние связи радий-радий составляет 514,8 пикометров . [7] Плотность радия составляет 5,5 г/см3 , что выше, чем у бария, что снова подтверждает периодические тенденции; соотношение плотностей радия и бария сопоставимо с соотношением атомных масс радия и бария [8] из-за схожих кристаллических структур двух элементов. [8] [9]
Радий имеет 33 известных изотопа с массовыми числами от 202 до 234, все из которых радиоактивны . [2] Четыре из них — 223 Ra ( период полураспада 11,4 дня), 224 Ra (3,64 дня), 226 Ra (1600 лет) и 228 Ra (5,75 года) — встречаются в природе в цепочках распада первичного тория-232 , урана-235 и урана-238 ( 223 Ra из урана-235, 226 Ra из урана-238 и два других из тория-232). Тем не менее, эти изотопы все еще имеют периоды полураспада, слишком короткие, чтобы быть первичными радионуклидами , и существуют в природе только из этих цепочек распада. [10] Вместе с в основном искусственным 225 Ra (15 d), который встречается в природе только как продукт распада мельчайших следов нептуния-237 , [11] это пять самых стабильных изотопов радия. [2] Все остальные 27 известных изотопов радия имеют период полураспада менее двух часов, а большинство имеют период полураспада менее минуты. [2] Из них 221 Ra (период полураспада 28 с) также встречается как дочерний изотоп 237 Np, а 220 Ra и 222 Ra будут получены в результате до сих пор не наблюдаемого двойного бета-распада природных изотопов радона . [12] Было сообщено по крайней мере о 12 ядерных изотопах , наиболее стабильным из которых является радий-205m с периодом полураспада от 130 до 230 миллисекунд; это все еще короче, чем у двадцати четырех изотопов радия в основном состоянии . [2]
226 Ra — самый стабильный изотоп радия и последний изотоп в цепочке распада (4 n + 2) урана-238 с периодом полураспада более тысячелетия; он составляет почти весь природный радий. Его непосредственным продуктом распада является плотный радиоактивный благородный газ радон (в частности, изотоп 222 Rn ), который отвечает за большую часть опасности радия в окружающей среде. [13] [b] Он в 2,7 миллиона раз более радиоактивен, чем такое же молярное количество природного урана (в основном урана-238), из-за его пропорционально более короткого периода полураспада. [14] [15]
Образец металлического радия поддерживает более высокую температуру, чем его окружение, из-за испускаемого им излучения. Природный радий (который в основном состоит из 226 Ra) испускает в основном альфа-частицы , но другие этапы в его цепочке распада ( серия урана или радия ) испускают альфа- или бета-частицы , и почти все выбросы частиц сопровождаются гамма-лучами . [16]
Экспериментальные исследования ядерной физики показали, что ядра нескольких изотопов радия, таких как 222 Ra, 224 Ra и 226 Ra, имеют асимметричную относительно отражения («грушевидную») форму. [17] В частности, эта экспериментальная информация о радии-224 была получена в ISOLDE с использованием техники, называемой кулоновским возбуждением . [18] [19]
Радий проявляет только степень окисления +2 в растворе. [4] Он образует бесцветный катион Ra2 + в водном растворе , который является высокоосновным и не образует комплексы легко. [4] Поэтому большинство соединений радия являются простыми ионными соединениями, [4] хотя участие 6s- и 6p-электронов (в дополнение к валентным 7s-электронам) ожидается из-за релятивистских эффектов и усилит ковалентный характер соединений радия, таких как RaF2 и RaAt2 . [20] По этой причине стандартный электродный потенциал для полуреакции Ra 2+ (водн.) + 2e - → Ra (тв.) равен −2,916 В , что даже немного ниже значения −2,92 В для бария, тогда как ранее значения плавно увеличивались вниз по группе (Ca: −2,84 В; Sr: −2,89 В; Ba: −2,92 В). [21] Значения для бария и радия почти точно такие же, как и для более тяжелых щелочных металлов калия , рубидия и цезия . [21]
Твердые соединения радия имеют белый цвет, поскольку ионы радия не дают специфической окраски, но они постепенно желтеют, а затем со временем темнеют из-за саморадиолиза от альфа-распада радия . [4] Нерастворимые соединения радия соосаждаются со всеми соединениями бария, большинством соединений стронция и большинством соединений свинца . [22]
Оксид радия (RaO) плохо изучен, так как реакция радия с воздухом приводит к образованию нитрида радия . [23] Гидроксид радия (Ra(OH) 2 ) образуется в результате реакции металлического радия с водой и является наиболее легко растворимым среди гидроксидов щелочноземельных металлов и более сильным основанием, чем его бариевый аналог, гидроксид бария . [24] Он также более растворим, чем гидроксид актиния и гидроксид тория : эти три соседних гидроксида можно разделить, осаждая их аммиаком . [24]
Хлорид радия (RaCl 2 ) — бесцветное люминесцентное соединение. Через некоторое время он становится желтым из-за самоповреждения альфа-излучением, выделяемым радием при его распаде. Небольшие количества примесей бария придают соединению розовый цвет . [24] Он растворим в воде, хотя и меньше, чем хлорид бария , и его растворимость уменьшается с увеличением концентрации соляной кислоты . Кристаллизация из водного раствора дает дигидрат RaCl 2 ·2H 2 O, изоморфный своему бариевому аналогу. [24]
Бромид радия (RaBr 2 ) также является бесцветным, светящимся соединением. [24] В воде он более растворим, чем хлорид радия. Как и хлорид радия, кристаллизация из водного раствора дает дигидрат RaBr 2 ·2H 2 O, изоморфный своему бариевому аналогу. Ионизирующее излучение, испускаемое бромидом радия, возбуждает молекулы азота в воздухе, заставляя его светиться. Альфа-частицы, испускаемые радием, быстро получают два электрона, чтобы стать нейтральным гелием , который накапливается внутри и ослабляет кристаллы бромида радия. Этот эффект иногда приводит к тому, что кристаллы ломаются или даже взрываются. [24]
Нитрат радия (Ra(NO 3 ) 2 ) представляет собой белое соединение, которое может быть получено путем растворения карбоната радия в азотной кислоте . По мере увеличения концентрации азотной кислоты растворимость нитрата радия уменьшается, что является важным свойством для химической очистки радия. [24]
Радий образует почти такие же нерастворимые соли, как и его более легкий сородич барий: он образует нерастворимый сульфат (RaSO 4 , самый нерастворимый из известных сульфатов), хромат (RaCrO 4 ), карбонат (RaCO 3 ), иодат (Ra(IO 3 ) 2 ), тетрафторобериллат (RaBeF 4 ) и нитрат (Ra(NO 3 ) 2 ). За исключением карбоната, все они менее растворимы в воде, чем соответствующие соли бария, но все они изоструктурны своим бариевым аналогам. Кроме того, фосфат, оксалат и сульфит радия, вероятно, также нерастворимы, поскольку они соосаждаются с соответствующими нерастворимыми солями бария. [25] Высокая нерастворимость сульфата радия (при 20 °C в 1 кг воды растворится только 2,1 мг ) означает, что он является одним из наименее биологически опасных соединений радия. [26] Большой ионный радиус Ra 2+ (148 пм) приводит к слабой способности образовывать координационные комплексы и плохому извлечению радия из водных растворов, если pH не высокий. [27]
Все изотопы радия имеют периоды полураспада намного короче возраста Земли , так что любой изначальный радий давно бы распался. Тем не менее, радий все еще встречается в окружающей среде , так как изотопы 223 Ra, 224 Ra, 226 Ra и 228 Ra являются частью цепочек распада природных изотопов тория и урана; поскольку торий и уран имеют очень долгие периоды полураспада, эти дочерние элементы постоянно восстанавливаются путем их распада. [10] Из этих четырех изотопов самым долгоживущим является 226 Ra (период полураспада 1600 лет), продукт распада природного урана. Из-за своей относительной долговечности 226 Ra является наиболее распространенным изотопом элемента, составляя около одной части на триллион земной коры; по сути, весь природный радий представляет собой 226 Ra. [28] Таким образом, радий в крошечных количествах содержится в урановой руде уранините и различных других урановых минералах , и в еще меньших количествах в ториевых минералах. Одна тонна настурана обычно дает около одной седьмой грамма радия. [29] Один килограмм земной коры содержит около 900 пикограммов радия, а один литр морской воды содержит около 89 фемтограммов радия. [30]
Радий был открыт Марией Склодовской-Кюри и ее мужем Пьером Кюри 21 декабря 1898 года в образце уранинита (уранита) из Яхимова . [31] Изучая минерал ранее, Кюри удалили из него уран и обнаружили, что оставшийся материал все еще был радиоактивным. В июле 1898 года, изучая уранит, они выделили элемент, похожий на висмут , который оказался полонием . Затем они выделили радиоактивную смесь, состоящую из двух компонентов: соединений бария , которые давали ярко-зеленый цвет пламени, и неизвестных радиоактивных соединений, которые давали карминовые спектральные линии , которые никогда не были задокументированы ранее. Кюри обнаружили, что радиоактивные соединения очень похожи на соединения бария, за исключением того, что они были менее растворимы. Это открытие позволило Кюри выделить радиоактивные соединения и открыть в них новый элемент. Супруги Кюри объявили о своем открытии Французской академии наук 26 декабря 1898 года. [32] Название радий получил примерно в 1899 году от французского слова radium , образованного в современной латыни от radius ( луч ): это было сделано в знак признания испускания радием энергии в форме лучей. [33] Газообразные выбросы радия, радон, были обнаружены и тщательно изучены Фридрихом Эрнстом Дорном в начале 1900-х годов, хотя в то время они были охарактеризованы как «эманации радия». [34]
В сентябре 1910 года Мария Кюри и Андре-Луи Дебьерн объявили, что им удалось выделить радий как чистый металл путем электролиза чистого раствора хлорида радия (RaCl 2 ) с использованием ртутного катода , в результате чего образовалась амальгама радия и ртути . [35] Затем эту амальгаму нагревали в атмосфере газообразного водорода для удаления ртути, в результате чего получался чистый металлический радий. [36] Позже в том же году Э. Эолер выделил радий путем термического разложения его азида , Ra(N 3 ) 2 . [10] Металлический радий был впервые произведен промышленным способом в начале 20-го века компанией Biraco , дочерней компанией Union Minière du Haut Katanga (UMHK) на ее заводе в Олене в Бельгии. [37] Металл стал важной статьей экспорта Бельгии с 1922 года вплоть до Второй мировой войны. [38]
Общая историческая единица измерения радиоактивности, кюри , основана на радиоактивности 226 Ra. Первоначально она была определена как радиоактивность одного грамма радия-226, [39] но позднее определение было уточнено и стало3,7 × 10 10 распадов в секунду . [40]
Радий ранее использовался в самосветящихся красках для часов, переключателей самолетов, часов, а также циферблатов и панелей приборов. Типичные самосветящиеся часы, в которых используется радиевая краска, содержат около 1 микрограмма радия. [41] В середине 1920-х годов был подан иск против United States Radium Corporation пятью умирающими « Radium Girls » — художниками по циферблатам, которые рисовали люминесцентной краской на основе радия на компонентах часов. [42] Художникам по циферблатам было поручено облизывать свои кисти, чтобы придать им тонкий кончик, тем самым проглатывая радий. [43] Воздействие радия на них вызвало серьезные последствия для здоровья, включая язвы, анемию и рак костей . [13]
В ходе судебного разбирательства было установлено, что ученые и руководство компании приняли значительные меры предосторожности, чтобы защитить себя от воздействия радиации, но, похоже, это не защитило их сотрудников. Кроме того, в течение нескольких лет компании пытались скрыть последствия и избежать ответственности, настаивая на том, что девушки из Radium Girls вместо этого страдали от сифилиса . [44]
В результате судебного процесса и обширного исследования, проведенного Службой общественного здравоохранения США, неблагоприятные эффекты радиоактивности стали широко известны, и художники, работающие с радием, были проинструктированы о надлежащих мерах предосторожности и обеспечены защитным снаряжением. В частности, художники больше не облизывали кисти для придания им формы (что приводило к попаданию в организм солей радия). Радий все еще использовался в циферблатах вплоть до 1960-х годов, но никаких дальнейших травм у художников, работавших с радием, не было. [42]
С 1960-х годов использование радиевой краски было прекращено. Во многих случаях светящиеся циферблаты были реализованы с использованием нерадиоактивных флуоресцентных материалов, возбуждаемых светом; такие устройства светятся в темноте после воздействия света, но свечение исчезает. [13] Там, где требовалось длительное самосвечение в темноте, использовалась более безопасная радиоактивная прометиевая -147 (период полураспада 2,6 года) или тритиевая (период полураспада 12 лет) краска; обе продолжают использоваться по состоянию на 2018 год. [45] Они имели дополнительное преимущество, заключающееся в том, что фосфор не разрушался со временем, в отличие от радия. [46] Тритий, используемый в этих целях, считается более безопасным, чем радий, [47], поскольку он испускает очень низкоэнергетическое бета-излучение (даже более низкоэнергетическое, чем бета-излучение, испускаемое прометием) [48], которое не может проникнуть через кожу, [49] в отличие от гамма-излучения, испускаемого изотопами радия. [47]
Часы, наручные часы и приборы, датируемые первой половиной 20-го века, часто в военных целях, могли быть окрашены радиоактивной светящейся краской. Обычно они больше не светятся; однако это происходит не из-за радиоактивного распада радия (период полураспада которого составляет 1600 лет), а из-за флуоресценции флуоресцентной среды сульфида цинка, изнашиваемой радиацией радия. [50] Появление часто толстого слоя зеленой или желтовато-коричневой краски на устройствах этого периода предполагает радиоактивную опасность. Доза облучения от неповрежденного устройства относительно низкая и обычно не представляет острого риска, но краска опасна при выбросе и вдыхании или проглатывании. [5] [51]
Радий когда-то был добавкой в таких продуктах, как косметика, зубная паста, кремы для волос и даже продукты питания из-за его предполагаемых целебных свойств. [53] Многие современные продукты ложно рекламировались как радиоактивные. [54] Такие продукты вскоре вышли из моды и были запрещены властями во многих странах после того, как было обнаружено, что они могут иметь серьезные неблагоприятные последствия для здоровья. (См., например, типы Radithor или Revigator «радиевая вода» или «стандартный радиевый раствор для питья».) [50] Курорты с водой, богатой радием, по-прежнему иногда рекламируются как полезные, например, в Мисасе, Тоттори , Япония, [55] хотя источники радиоактивности в этих курортах различаются и могут быть приписаны радону и другим радиоизотопам. [56]
Радий (обычно в форме хлорида радия или бромида радия ) использовался в медицине для получения газа радона, который, в свою очередь, использовался для лечения рака ; например, несколько таких источников радона использовались в Канаде в 1920-х и 1930-х годах. [5] [57] Однако многие методы лечения, которые использовались в начале 1900-х годов, больше не используются из-за вредных последствий воздействия бромида радия. Некоторые примеры таких последствий — анемия , рак и генетические мутации . [58] По состоянию на 2011 год более безопасные гамма-излучатели, такие как 60Co , который менее дорог и доступен в больших количествах, обычно использовались для замены исторического использования радия в этом применении, [27] но такие факторы, как рост стоимости кобальта и риски хранения радиоактивных источников на месте, привели к увеличению использования линейных ускорителей частиц для тех же применений. [59]
В начале 1900-х годов биологи использовали радий для индукции мутаций и изучения генетики . Еще в 1904 году Дэниел Макдугал использовал радий в попытке определить, может ли он спровоцировать внезапные крупные мутации и вызвать серьезные эволюционные сдвиги. Томас Хант Морган использовал радий для индукции изменений, приведших к появлению белоглазых плодовых мушек. Лауреат Нобелевской премии биолог Герман Мюллер кратко изучил влияние радия на мутации плодовых мушек, прежде чем обратиться к более доступным рентгеновским экспериментам. [60]
Говард Этвуд Келли , один из врачей-основателей больницы Джона Хопкинса , был одним из главных пионеров в медицинском использовании радия для лечения рака. [61] Его первым пациентом была его собственная тетя в 1904 году, которая умерла вскоре после операции. [62] Келли был известен тем, что использовал чрезмерное количество радия для лечения различных видов рака и опухолей. В результате некоторые из его пациентов умерли от воздействия радия. [63] Его метод применения радия заключался в том, чтобы вставить капсулу с радием рядом с пораженным участком, а затем пришить «точки» радия непосредственно к опухоли . [63] Это был тот же метод, который использовался для лечения Генриетты Лакс , хозяина исходных клеток HeLa , от рака шейки матки . [64] По состоянию на 2015 год вместо этого используются более безопасные и доступные радиоизотопы. [13]
В США с 1940 по 1960 годы радий использовался в носоглоточном облучении радием, лечении, которое назначалось детям для лечения потери слуха и хронического отита . Процедура также назначалась летчикам и экипажам подводных лодок для лечения баротравмы . [65] [66]
Уран не имел крупномасштабного применения в конце 19 века, и поэтому не существовало крупных урановых рудников. Вначале серебряные рудники в Яхимове , Австро-Венгрия (ныне Чешская Республика ) были единственными крупными источниками урановой руды. [31] Урановая руда была лишь побочным продуктом горнодобывающей деятельности. [67]
В первом извлечении радия Кюри использовала остатки после извлечения урана из смоляной смолки. Уран был извлечен путем растворения в серной кислоте, в результате чего остался сульфат радия, который похож на сульфат бария , но еще менее растворим в остатках. Остатки также содержали довольно значительные количества сульфата бария, который, таким образом, действовал как носитель для сульфата радия. Первые этапы процесса извлечения радия включали кипячение с гидроксидом натрия, за которым следовала обработка соляной кислотой для минимизации примесей других соединений. Затем оставшийся остаток обрабатывался карбонатом натрия для преобразования сульфата бария в карбонат бария (несущий радий), таким образом делая его растворимым в соляной кислоте. После растворения барий и радий были повторно осаждены в виде сульфатов; затем это было повторено для дальнейшей очистки смешанного сульфата. Некоторые примеси, которые образуют нерастворимые сульфиды, были удалены путем обработки хлоридного раствора сероводородом с последующей фильтрацией. Когда смешанные сульфаты становились достаточно чистыми, их еще раз преобразовывали в смешанные хлориды; После этого барий и радий были разделены методом фракционной кристаллизации , при этом процесс контролировался с помощью спектроскопа (радий дает характерные красные линии в отличие от зеленых линий бария) и электроскопа . [68]
После выделения радия Марией и Пьером Кюри из урановой руды из Яхимова , несколько ученых начали выделять радий в небольших количествах. Позже небольшие компании закупили отходы из шахт Яхимова и начали выделять радий. В 1904 году австрийское правительство национализировало шахты и прекратило экспорт сырой руды. До 1912 года, когда производство радия увеличилось, доступность радия была низкой. [67]
Образование австрийской монополии и сильное желание других стран получить доступ к радию привели к мировому поиску урановых руд. Соединенные Штаты заняли лидирующее положение в производстве в начале 1910-х годов, [31] произведя 70 г в общей сложности с 1913 по 1920 год только в Питтсбурге. [69] Карнотитовые пески в Колорадо обеспечивают часть элемента , но более богатые руды находятся в Конго и районе Большого Медвежьего озера и Большого Невольничьего озера на северо-западе Канады. Ни одно из месторождений не добывается радием, но содержание урана делает добычу рентабельной. [31] [70]
Процесс Кюри все еще использовался для промышленного извлечения радия в 1940 году, но смешанные бромиды затем использовались для фракционирования. Если содержание бария в урановой руде недостаточно высоко, его легко добавить, чтобы переносить радий. Эти процессы применялись к высококачественным урановым рудам, но могут не работать хорошо с низкосортными рудами. [71] Небольшие количества радия все еще извлекались из урановой руды этим методом смешанного осаждения и ионного обмена вплоть до 1990-х годов, [28] но с 2011 года он извлекается только из отработанного ядерного топлива. [72] Чистый металлический радий выделяется путем восстановления оксида радия металлическим алюминием в вакууме при 1200 °C. [27]
В 1954 году общий мировой объем поставок очищенного радия составил около 5 фунтов (2,3 кг). [41] Заир и Канада были крупнейшими производителями радия в конце 1970-х годов. [69] По состоянию на 1997 год основными странами-производителями радия были Бельгия, Канада, Чешская Республика, Словакия, Великобритания и Россия. [28] Годовое производство соединений радия составляло всего около 100 г по состоянию на 1984 год; [28] годовое производство радия сократилось до менее 100 г к 2018 году. [73]
Радий все чаще используется в области атомной, молекулярной и оптической физики . [74] [19] Силы нарушения симметрии масштабируются пропорционально [75], что делает радий, самый тяжелый щелочноземельный элемент, хорошо подходящим для ограничения новой физики за пределами стандартной модели . Некоторые изотопы радия, такие как радий-225, имеют октупольные деформированные дублеты четности, которые повышают чувствительность к нарушению зарядовой четности новой физики на два-три порядка по сравнению с 199 Hg. [76]
Радий также является перспективным кандидатом для оптических часов с захваченными ионами . Ион радия имеет два перехода с субгерцовой шириной линии из основного состояния, которые могли бы служить переходом часов в оптических часах. [77] Атомные часы с захваченными ионами 226 Ra+ были продемонстрированы на переходе to , который рассматривался для создания переносимых оптических часов, поскольку все переходы, необходимые для работы часов, могут быть адресованы с помощью прямых диодных лазеров на обычных длинах волн. [78]
Некоторые из немногих практических применений радия вытекают из его радиоактивных свойств. Недавно открытые радиоизотопы , такие как кобальт-60 и цезий-137 , заменяют радий даже в этих ограниченных применениях, поскольку некоторые из этих изотопов являются более мощными излучателями, более безопасными в обращении и доступными в более концентрированной форме. [79]
Изотоп 223 Ra был одобрен Управлением по контролю за продуктами и лекарствами США в 2013 году для использования в медицине в качестве лечения рака костных метастазов в форме раствора, содержащего хлорид радия-223. [80] Основным показанием к лечению является терапия костных метастазов кастрационно-резистентного рака предстательной железы. [81] 225 Ra также использовался в экспериментах, касающихся терапевтического облучения, поскольку это единственный достаточно долгоживущий изотоп радия, который не имеет радона в качестве одной из своих дочерних форм. [82]
Радий все еще использовался в 2007 году в качестве источника излучения в некоторых промышленных радиографических устройствах для проверки дефектных металлических деталей, аналогично рентгеновской визуализации . [13] При смешивании с бериллием радий действует как источник нейтронов . [50] [83] По крайней мере до 2004 года источники нейтронов радий-бериллий все еще иногда использовались, [13] [84] но другие материалы, такие как полоний и америций, стали более распространенными для использования в источниках нейтронов. Источники нейтронов на основе RaBeF 4 (α, n) были исключены, несмотря на большое количество нейтронов, которые они испускают (1,84×10 6 нейтронов в секунду), в пользу источников 241 Am –Be. [85] По состоянию на 2011 год [обновлять]изотоп 226 Ra в основном используется для образования 227 Ac путем нейтронного облучения в ядерном реакторе. [27]
Радий очень радиоактивен, как и его непосредственный продукт распада, газ радон . При попадании в организм 80% поглощенного радия выводится из организма через кал , а остальные 20% попадают в кровоток , в основном накапливаясь в костях. Это происходит потому, что организм воспринимает радий как кальций и откладывает его в костях , где радиоактивность разрушает костный мозг и может вызывать мутации костных клеток . Воздействие радия, внутреннее или внешнее, может вызвать рак и другие заболевания, потому что радий и радон испускают альфа- и гамма-лучи при своем распаде, которые убивают и вызывают мутации клеток. [13] Радий обычно считается самым токсичным из радиоактивных элементов. [85]
Некоторые из биологических эффектов радия включают первый случай «радиевого дерматита», зарегистрированный в 1900 году, через два года после открытия элемента. Французский физик Антуан Беккерель носил небольшую ампулу радия в кармане жилета в течение шести часов и сообщил, что его кожа покрылась язвой . Пьер Кюри прикрепил трубку, наполненную радием, к своей руке на десять часов, что привело к появлению поражения кожи, что предполагает использование радия для атаки на раковую ткань, поскольку он атаковал здоровую ткань. [86] Обращение с радием было обвинено в смерти Марии Кюри из-за апластической анемии . Значительная часть опасности радия исходит от его дочернего радона, который как газ может проникать в организм гораздо легче, чем его родительский радий. [13]
В Соединенных Штатах Агентство по охране окружающей среды определило максимальный уровень загрязнения радием в 5 пКи/л для питьевой воды; [87] во время Манхэттенского проекта в 1940-х годах «уровень толерантности» для рабочих был установлен на уровне 0,1 микрограмма проглоченного радия. [88] Управление по охране труда и технике безопасности специально не устанавливает пределы воздействия радия, а вместо этого ограничивает воздействие ионизирующего излучения в единицах эквивалента рентгена на человека на основе площади воздействия. Сами источники радия, а не воздействие на рабочих, более строго регулируются Комиссией по ядерному регулированию , [89] которая требует лицензирования для любого, кто владеет 226 Ra с активностью не менее 0,01 мкКи. [90] За пределами Соединенных Штатов воздействие радия регулируется Международной комиссией по радиологической защите и Всемирной организацией здравоохранения . [91]
{{cite magazine}}
: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )