Радиоактивный изотоп полоний-210: период полураспада

Полоний – это элемент, все изотопы которого (разновидности атомов) являются радиоактивными. Также он является халькогеном, то есть встречается в природе – входит в состав земной коры. А еще он невероятно опасен. Особенно его изотоп – полоний-210. Впрочем, обо всем по порядку.

Период полураспада

Как уже было сказано, полоний-210 является очень опасным веществом. Он высокотоксичен, а его период полураспада составляет 138 дней и 9 часов. Под данной величиной подразумевается время, в течение которого вещество распадается примерно в соотношение ½. Применим данный термин, кстати, не ко всем системам. А исключительно к экспоненциально распадающимся.

Важно отметить, что за два таких периода не распадаются все частицы. Ведь каждый этап полураспада уменьшает количество сохранившихся частиц в 2 раза. И еще стоит знать, что активность вещества является пропорциональной количеству его атомов.

Токсичность

У рассматриваемого элемента очень большая удельная активность – целых 166 ТБк/г. Под данным термином подразумевается количество осуществляемых в единицу времени радиоактивных распадов – спонтанного изменения состава или внутреннего строения атомных ядер.

Данное вещество излучает только альфа-частицы – положительно заряженные, образованные 2 протонами и 2 нейтронами. Но даже несмотря на это, его запрещено брать руками. Коснувшись этого мягкого серебристо-белого металла, человек гарантированно заработает лучевое поражение кожи как минимум. И высока вероятность того, что оно распространится по всему организму. Потому что изотоп легко проникает внутрь через кожные покровы.

Опасен он и на расстоянии, которое превышает длину преодоления альфа-частиц. Все потому, что они начинают самостоятельно нагреваться, вследствие чего переходят в аэрозольное состояние.

Это что касательно токсичности и распада полония-210. Но еще есть изотопы 208 и 209 – более долгоживущие. У 208-го период полураспада составляет 2,898 года. А у 209-го – и вовсе 103 года. Они менее токсичны. А об остальных изотопах и их радиотоксичности практически нет сведений, поскольку они являются короткоживущими.

Нормы содержания и пределы

Существует понятие предельно допустимой концентрации – это законодательно утвержденный санитарно-гигиенический норматив. Он допускает содержание в окружающей среде тех или иных элементов в строго определенном, безопасном для флоры, фауны и человека количестве.

И даже такое токсичное вещество, как полоний-210, фото которого представлено ниже, имеет ПДК. Допустимо его содержание в водоемах в количестве 11,1•10⁻³ Бк/л. В воздухе рабочих помещений он может находиться в концентрации 7,41•10⁻³ Бк/м³. Именно поэтому с данным изотопом работают исключительно в герметичных боксах.

Наряду с допустимыми пределами существует и летальная доза. Для взрослого человека достаточно всего 0,1—0,3 ГБк. Это от 0,6 до 2 мкг. То есть 0,000002 грамма изотопа, попавшего в организм через легкие, способно убить. Летальный исход в пероральном случае возникает при большем количестве вещества – от 6 до 18 мгк (0,000006 - 0,000018 грамм).

Естественно, у радиоактивного изотопа полония-210 нет антидота. Хотя эксперименты проводятся. Есть сведения, что 2.3-димеркаптопропанол, являющийся дезинтоксикационным лекарственным средством с сульфгидридными составляющими, успешно проявил себя в качестве антидота во время опытов с крысами.

Животным внутривенно вводилась смертельная доза изотопа. И у одной части подопытной группы его выводили при помощи указанного средства, а других оставляли умирать. 90 % крыс, которым был введен 2.3-димеркаптопропанол, выжили. Все другие, включая отравленных и не вылеченных, погибли в следующие 1,5 месяца.

Свойства и характеристики

О них тоже необходимо рассказать. Если рассматривать данное радиоактивное вещество как элемент, то можно выделить следующие его свойства и особенности:

• Масса ядра полония-210 составляет около 208,9824 атомной единицы (г/моль).
• Формула расположений электронов по оболочкам атома (конфигурация) выглядит так: [Хе] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s² 6р⁴_.
• Радиус атома, обозначающий расстояние между ядром и самой дальней электронной орбитой, равен 176 пикометрам. 1 пк = 1 триллионная часть метра.
• Ковалентный радиус, обозначающий половину расстояния между ядрами атома с ковалентной связью, равен 146 пк.
• Радиус иона (размер) составляет (+6e) 67 пм.
• Электроотрицательность по шкале Полинга равна 2,3. Данный термин подразумевает способность одних атомов оттягивать к себе электроны иных. Самый высокий показатель, кстати, у фтора - 9,915.
• Электродный потенциал (электродвижущая сила) выглядит следующим образом: Ро ← Ро³+ 0,56 В и Ро ← Ро2+ 0,65 В.
• Степени окисления следующие: -2, +2, +4 и +6.
• Энергия ионизации (наименьшая необходимая для удаления от свободного атома электрона) составляет 813,1 (8,43) кДж/моль или эВ.
• Плотность вещества при нормальных условиях равна приблизительно 9,5 г/см³.
• Температура плавления этого мягкого металла равна всего лишь 254 °C.
• Кипит полоний при 962°C.
• Удельная теплота плавления и испарения составляет 10 и 102,9 кДж/моль соответственно.
• Молярная теплоемкость равна 26,4 Дж/(K*моль).
• Молярный объем составляет 22,7 см³/моль.

И еще пару слов стоит сказать о кристаллической решетке данного мягкого металла. Это геометрический образ, который введен для анализа строения кристаллов вещества. У полония структура кубическая, и параметры равны 3,35 ангстрема.

Источники полония

Мало кто знает, но данный изотоп был обнаружен в табаке, используемом при производстве сигарет. И соответственно, в табачном дыме. Производители, конечно же, предпочитают об этом умалчивать. Но данная информация все равно была выяснена и разглашена.

Впервые статью опубликовали в американском издании под названием American Journal of Public Health. Она была написана группой исследователей, в которую вошли специалисты клиники Майо (Рочестер) и ученые Стэнфордского университета.

В статье говорится, что производители сигар более сорока лет тому назад обнаружили, что радиоактивный полоний-210 входит в состав табака. Они всеми доступными методами пытались его изъять из продукции, но безуспешно.

Во избежание большей информированности потенциальных покупателей о данном факте, компании не стали сообщать о результатах своих внутренних исследований. Об этом свидетельствуют внутренние документы концернов табачной промышленности.

Швейцарская газета Le Temps, в свою очередь, пишет о том, что желание скрыть данную информацию было столь сильным, что производители замалчивали ее даже тогда, когда выяснилось – концентрация полония-210 в два-три раза меньше оценок, сделанных изначально.

Ученые считают, что на сигаретных пачках, в связи с этим, необходимо изображать знак, который предупреждал бы о радиоактивной опасности.

Получение металла

Выше было многое рассказано про молярную массу полония-210, его физико-химические свойства и прочие особенности. Не будет лишним поведать и о том, как происходит получение данного металла.

В природе его изотопы входят в радиоактивный естественный ряд ²³⁸U, а еще присутствуют в урановых рудах. Но в связи с коротким периодом альфа-распада, полоний-210 не накапливается в значительных количествах. Концентрация находится в пределах допустимой нормы.

Чтобы получить данное вещество из руды, необходимо извлечь из нее радий – серебристо-белый блестящий щелочноземельный металл, который отличается высокой химической активностью. Его остатки растворяют посредством соляной кислоты, после чего при помощи сероводорода осаждают полоний. Вместе с ним выделяется и висмут – блестящий металл с розовым оттенком.

Следующий этап – отделение полония. В данном процессе используют метод дробной кристаллизации соединений, которые имеют разную растворимость и отличающиеся свойства.

На сегодняшний день получить полоний-210 можно в ядерных реакторах, где висмут облучают нейронами. А самый долгоживущий изотоп извлекают посредством бомбардировки розового металла протонами.

Говоря простыми словами, получить радиоактивный полоний не так уж и просто. Согласно словам экспертов, в мире существует всего 40-50 реакторов, которые могут произвести это вещество. Некоторые из них являются ядерными объектами, находящимися на территории бывшего СССР, а также Германии и Австралии.

Использование

Выше было достаточно рассказано о различных свойствах данного полуметалла, а также о том, каков состав ядра полония-210. 84 – это номер, под которым элемент располагается, но в таблицу Менделеева он был вписан первым благодаря уникальности, проявляемой по многим показателям.

Где он применяется? Полоний был первым радиоактивным металлом, использованным в космических исследованиях. Примерно 40 лет тому назад он был применим в термоэлектрических элементах спутников. Однако период полураспада полония-210 составляет лишь 138 дней, этого недостаточно. Поэтому его заменили плутонием-238.

Также металл использовался в источниках нейтронов. Однако и там его заменили тритием – сверхтяжелым радиоактивным изотопом водорода.

Кроме этого, полоний использовался в качестве антистатика в печатающих устройствах. Его добавляли, чтобы снизить статическую электризацию, свойственную полимерным материалам. Но сейчас в этом уже нет необходимости.

Вообще, производство этого материала уже давно было прекращено во многих странах. В Британии его закончили в 1960-х годах. В США – в 1970-х. В Канаде производство закончили еще до начала 1980-х, и только в Китае оно длилось до 1990-х. Последний изготовленный полоний был сделан в Сарове – закрытом научном российском городе Нижегородской области.

Отравление. Симптомы

Даже выиграть в лотерею миллиард долларов проще, чем где-то встретить полоний. Ведь его производство засекречено правительством, и каждый микрограмм добываемого вещества строго контролируется. Однако если это каким-то образом произошло, то действовать нужно незамедлительно.

Отравление полонием-210 не имеет явных признаков. Но с первого же контакта вещество провоцирует развитие лучевой болезни, которая сопровождается симптомами радиоактивного поражения. Проявляются те же признаки, которые наблюдаются при отравлении иными высокотоксичными металлами. А именно:

• Диарея, тошнота, рвота.
• Гипертония и тахикардия.
• Упадок и усталость.
• Бред, галлюцинации и нарушения сознания.

Это общие признаки. Спустя какое-то время начинается:

• Выпадение волос.
• Резкое старение организма.
• Отказ органов (начинается с печени и почек).
• Полное поражение иммунитета и отвечающей за него лейкоцитарной формулы.
• Нехватка костного мозга и лимфы.

Полоний-210, попав в организм, посредством крови равномерно «расходится» по всему организму. Однородная концентрация наблюдается уже спустя пару часов после случившегося. Сразу же нарушаются обменные процессы, могут появляться судороги и психоз, проблемы с двигательной моторикой. Сердечные приступы, кровавый стул, перепады давления, частичная или полная слепота – все это является последствиями отравления.

Как действовать?

То, удастся ли спасти человека от губительного контакта с этим веществом, зависит не от периода полураспада полония-210, и даже не от того, какое количество металла или испарений оказало воздействие. А от лечения и своевременной помощи. Вот как нужно действовать:

• При прикосновении к металлу сразу же промыть этот участок тела, применив большое количество стирального порошка или хозяйственного мыла.
• При попадании изотопа в пищевод надо немедля вызвать рвоту. Поскольку счет идет на секунды, для этого применяются подкожные инъекции апоморфина. И прием слабительного – введение клизмой сульфата натрия и магния.

Естественно, перед этим необходимо вызвать скорую. В таких случаях квалифицированная медицинская помощь первостепенна.

В течении полугода-года изотоп может быть выведен из организма почками. Но за это время он накопится и причинит вред (облысение, например).

Если вещество успело впитаться в ткань органов, медики используют химические соединения из оксатиола и унитиола. Эти препараты могут «извлечь» полоний-210 и вывести наружу. В течение как минимум недели пострадавшему придется лежать под капельницей.

Случаи отравления

Истории известно лишь два таковых. Один произошел в 2006 году – полонием-210 отравили 43-летнего Александра Вальтеровича Литвиненко, подполковника советской и российской госбезопасности, пребывавшего на тот момент в Лондоне.

В ночь на 23 ноября его состояние резко ухудшилось, и меньше чем через сутки он скончался. Тело Александра не вскрывали долгое время, поскольку было опасение облучения медиков радиацией. Были проведены подробнейшие расследования. В их рамках удалось обнаружить следы радиации в тех местах, где был Александр перед тем, как ему стало плохо.

Второй случай не столь однозначный. Полоний-210 был обнаружен в личных вещах председателя Палестинской национальной администрации по имени Ясир Арафат, который умер в 2004 году.

Была даже проведена эксгумация его тела, и швейцарская сторона международной комиссии в результате исследований подтвердила – это отравление изотопом. Но потом все-таки они изменили решение. В итоге российская, французская и швейцарская стороны пришли к тому, что доказательств, подтверждающих факт отравления полония, нет, и дело было закрыто.