Полониум-210

Полониум-210 (²¹⁰Po, Po-210, историски радиум F) — изотоп на полониумот. Тој е подложен на алфа-распад до стабилно ²⁰⁶Pb со време на полураспад од 138.376 дена (околу 4 ¹⁄₂ месеци), најдолгото време на полураспад од сите природни изотопи на полониумот (^210-218Po). Првпат идентификуван во 1898 година, овој изотоп го означува исто така и откривањето на елементот полониум. ²¹⁰Po се создава во распадната низа на ураниум-238 и радиум-226. ²¹⁰Po е истакнат загадувач на животната средина, кој најмногу влијае на морските плодови и тутунот. Неговата крајна отровност се припишува на јаката радиоактивност, најмногу поради алфа-честичките, кои лесно предизвикуваат оштетување од зрачење, вклучително и рак во околното ткиво. Посебната активност од 210
Po е 166 TBq/g, т.е. 1,66⋅10¹⁴ Bq/g. Во исто време, ²¹⁰Po не го откриваат лесно обичните детектори за зрачење, бидејќи неговите гама-зраци имаат многу ниска енергија. Затоа, 210
Po може да се смета како квазичист алфа-емитер.

Полониум-210, ²¹⁰Po

Општо
Симбол	210Po
Име	полониум-210, Po-210, радиум F
Протони (Z)	84
Неутрони (N)	126
Нуклидни податоци
Природна застапеност	Траги
Период на полураспад (t1/2)	138,376 ± 0,002 d[1]
Изотопна маса	209,9828736[2] Da
Спин	0
Родителски изотопи	210Bi (β−)
Распадни производи	206Pb
Начини на распад
Начин на распад	Распадна енергија (MeV)
Алфа-распад	5,40753[2]
Изотопи на полониумот Целосна табела

Историја

Распадната низа на ураниум-238, позната како ураниумска низа или радиумова низа, чиј член е полониумот-210

Шема на последните чекори на s-процесот. Црвената патека ја претставува низата од неутронски зафати. Сините и цијанидните стрелки претставуваат бета-распад, а зелената стрелка го претставува алфа-распадот од ²¹⁰Po. Краткото време на полураспад на ²¹⁰Bi и ²¹⁰Po го спречува образувањето на потешки елементи, наместо тоа резултира со циклус од четири неутронски зафати, две бета-распади и алфа-распад.

Во 1898 година, Марија и Пјер Кири откриле силно радиоактивна супстанција во уранинитот и утврдиле дека тоа е нов елемент. Тој бил еден од првите откриени радиоактивни елементи. Откако го идентификувале како таков, елементот го нарекле полониум според родната земја на Марија, Полска. Вили Марквалд открил слична радиоактивна активност во 1902 година и ја нарекол радиотелуриум, а приближно во исто време, Ернест Радерфорд ја идентификувал истата активност во неговата анализа на распадната низа на ураниумот и го нарекол радиум F (изворно радиум Е). До 1905 година, Радерфорд заклучил дека сите овие набљудувања се должат на истата супстанција, ²¹⁰Po. Понатамошните откритија и концептот на изотопи, првпат предложени во 1913 година од Фредерик Соди, цврсто го поставиле ²¹⁰Po како претпоследен чекор во ураниумовата низа.^[3]

Во 1943 година, ²¹⁰Po бил проучуван како можен неутронски иницијатор во јадреното оружје, како дел од Дејтонскиот проект. Во следните десетлетија, загриженоста за безбедноста на работниците кои ракуваат со ²¹⁰Po довело до обемни проучувања за неговите здравствени ефекти.^[4]

Во 1950-тите, научниците од Комисијата за атомска енергија на Соединетите Држави во лабораториите Маунд, Охајо ја истражувале можноста за користење на ²¹⁰Po во радиоизотопски термоелектрични генератори (РТГ) како извор на топлина за напојување на сателити. Во 1958 година била развиена атомска батерија од 2,5 вати користејќи ²¹⁰Po. Сепак, наместо него бил избран изотопот плутониум-238, бидејќи има подолго време на полураспад - 87,7 години.^[5]

Полониумот-210 бил искористен за убиство на рускиот дисидент и поранешен офицер на ФСБ Александар В. Литвиненко во 2006 година,^[6][7] и бил осомничен како можна причина за смртта на Јасер Арафат, по ексхумацијата и анализата на неговото тело во 2012-2013 година.^[8] Радиоизотопот можеби се користел и за убиството на Јуриј Шчекочихин, Леча Исламов и Роман Цепов.^[9]

Распадни својства

²¹⁰Po е алфа-емитер кој има време на полураспад од 138.376 дена, непосредно се распаѓа до стабилно ²⁰⁶Pb. Поголемиот дел од времето, ²¹⁰Po се распаѓа само со емисија на алфа-честичка, не со емисија на алфа-честичка и гама-зраци. Околу едно од 100.000 распаѓања резултира со емисија на гама-зраци.^[10]

${\displaystyle \mathrm {^{210}_{\ 84}Po\ {\xrightarrow[{138.376\ d}]{}}\ _{\ 82}^{206}Pb\ +_{\ 2}^{\ 4}He} }$

Оваа ниска стапка на производство на гама-зраци го отежнува пронаоѓањето и идентификувањето на овој изотоп. Наместо спектроскопија со гама-зраци, алфа-спектроскопијата е најдобриот метод за мерење на овој изотоп.

Поради своето многу пократко време на полураспад, милиграм од ²¹⁰Po емитира исто толку алфа-честички во секунда како 5 грама <sup id="mwow">226</sup>Ра.^[11] Неколку кирија од ²¹⁰Po емитуваат син сјај предизвикан од побудувањето на околниот воздух.

²¹⁰Po се јавува во мали количини во природата, каде што е претпоследниот изотоп во ураниумовата распадна низа. Се генерира преку бета-распад од ²¹⁰Pb и ²¹⁰Bi.

Астрофизичкиот s-процес е прекинат со распаѓање од ²¹⁰Po, бидејќи неутронскиот флукс е недоволен за да доведе до понатамошни неутронски зафати во краткиот животен век од ²¹⁰Po. Наместо тоа, ²¹⁰Po алфа се распаѓа до ²⁰⁶Pb, што потоа фаќа повеќе неутрони за да стане ²¹⁰Po и го повторува циклусот, со што се трошат преостанатите неутрони. Ова резултира со акумулација на олово и бизмут и осигурува дека потешките елементи како што се ториумот и ураниумот се произведуваат само во многу побрзиот r-процес.^[12]

Производство

Намерно

Иако ²¹⁰Po се јавува во трагови во природата, тој не е доволно застапен (0,1 ppb) за екстракцијата од ураниумова руда биде изведлива. Наместо тоа, повеќето ²¹⁰Po се произведуваат синтетички, преку неутронско бомбардирање од ²⁰⁹Bi во јадрен реактор. Овој процес го претвора ²⁰⁹Bi во ²¹⁰Bi, кој со бета-распад дава ²¹⁰Po со петдневен време на полураспад. Преку овој метод, приближно 8 грама од ²¹⁰Po се произведуваат во Русија и се испраќаат во САД секој месец за комерцијални апликации.^[4] Со зрачењето на одредени соли на бизмут кои содржат јадра на лесни елементи како што е берилиумот, каскадна (α,n) реакција може да се предизвика и да произведе ²¹⁰Po во големи количини.^[13]

Нуспроизвод

Производството на полониум-210 е негативна страна на реакторите што се ладат со олово-бизмутен евтектик наместо чисто олово. Сепак, со оглед на евтектичките својства на оваа легура, некои предложени дизајни на реактори од IV генерација сè уште се потпираат на олово-бизмут.

Апликации

Еден грам од ²¹⁰Po дава моќност од 140 вати.^[14] Бидејќи емитира многу алфа-честички, кои се запираат на многу кратко растојание во густи медиуми и ја ослободуваат нивната енергија, ²¹⁰Po се користи како лесен извор на топлина за напојување на термоелектрични ќелии во вештачки сателити. Извор на топлина од ²¹⁰Po имало и во секој од возилата Луноход распоредени на површината на Месечината, за да ги одржуваат нивните внатрешни составни делови топли за време на лунарните ноќи.^[15] Некои антистатички четки, кои се користат за неутрализирање на статичкиот електрицитет на материјали како фотографски филм, содржат неколку микрокирија од ²¹⁰Po како извор на наелектризирани честички.^{[16] 210}Po исто така се користел во иницијатори за атомски бомби преку (α,n) реакција со берилиумот.^[17] Малите неутронски извори зависни од (α,n) реакцијата, исто така, обично користат полониум како пригоден извор на алфа-честички поради неговите релативно ниски гама-емисии (дозволувајќи лесна заштита) и висока специфична активност.

Опасности

²¹⁰Po е исклучително отровен, тој и другите полониумови изотопи се едни од најрадиотоксичните материи за луѓето.^[6][18] Со оглед на тоа што еден микрограм од ²¹⁰Po е повеќе од доволен за да убие просечен возрасен, по тежина тој е 250.000 пати поотровен од водород цијанидот.^[19] Еден грам ²¹⁰Po хипотетички би бил доволен да убие 50 милиони луѓе и да заболи уште 50 милиони.^[6] Ова е последица на неговото јонизирачко алфа-зрачење, бидејќи алфа-честичките особено ги оштетуваат органските ткива во телото. Сепак, ²¹⁰Po не претставува опасност од зрачење кога се содржи надвор од телото.^[20] Алфа-честичките што ги произведува не можат да навлезат во надворешниот слој на мртвите клетки на кожата.^[21]

Отровноста на ²¹⁰Po целосно потекнува од неговата радиоактивност. Сам по себе не е хемиски отровен, но неговата растворливост во воден раствор, како и соли, претставува опасност бидејќи неговоото ширење низ телото е олеснето во растворот.^[6] Внесувањето на ²¹⁰Po се јавува првенствено преку заразен воздух, храна или вода, како и преку отворени рани. Откако ќе влезе во телото, ²¹⁰Po се сосредоточува во меките ткива (особено во ретикулоендотелниот систем) и крвотокот. Неговото биолошко време на елиминација е приближно 50 дена.^[22]

Во околината, ²¹⁰Po може да се акумулира во морска храна.^[23] Откриен е кај различни организми во Балтичкото Море, каде што може да се размножува и на тој начин да го контаминира ланецото на исхрана.^[18] Познато е дека ²¹⁰Po ја контаминира вегетацијата, првенствено што потекнува од распаѓањето на атмосферскиот радон-222 и апсорпцијата од почвата.^[24]

Особено, ²¹⁰Po се прицврстува на листовите тутун и се концентрира во нив.^[4][22] Покачените концентрации на ²¹⁰Po во тутунот биле документирани уште во 1964 година, а пушачите на цигари на тој начин биле изложени на значително поголеми дози на зрачење од ²¹⁰Po и неговиот родител ²¹⁰Pb.^[24] Тешките пушачи може да бидат изложени на иста количина на зрачење (проценките варираат од 100 µSv^[18] до 160 mSv^[25] годишно) како поединци во Полска што биле изложени од испадите во Чернобил кои патувале од Украина.^[18] Според тоа, ²¹⁰Po е најопасен кога се вдишува од чад од цигари.^[26]