Полоний: Свойства элемента, применение, история и безопасность

Описание

Полоний - редкий и высокорадиоактивный элемент. Его применение включает в себя термоэлектрическую генерацию, снятие статического электричества и биомедицинские исследования. Однако соображения безопасности ограничивают его применение.

История и производство

Открытие полония Кюри стало важной вехой в исследовании радиоактивности и ядерной химии. Он был выделен из урановых руд химическими методами, и его радиоактивность быстро стала определяющей характеристикой. Со временем ученые научились использовать уникальные свойства полония, хотя его редкость и радиоактивность создали сложности с его производством.

Основной метод получения полония обычно заключается в нейтронном облучении висмутовых мишеней в ядерном реакторе. В результате нейтронного облучения висмут превращается в один из наиболее распространенных изотопов полония - полоний-210. При извлечении и очистке полония приходится прибегать к сложным химическим разделениям из-за его низкой природной распространенности и наличия других побочных продуктов. Поэтому он остается элементом с очень ограниченным производством и высокой стоимостью, так как процесс производства довольно сложен.

Описание химических свойств

Полоний - радиоактивный металлический элемент, относящийся к группе халькогенов с атомным номером 84. Обычно он находится в состоянии окисления +2, но при наличии условий может принимать и состояние +4. Эти степени окисления позволяют полонию образовывать различные соединения с металлами и неметаллами, в том числе халькогениды и галогениды, которые представляют интерес для ядерной химии.

Радиоактивность приводит к саморазогреву полония, что может влиять на кинетику химических реакций. Такие свойства самонагревания - одна из многих причин, по которым полоний изучается в строго контролируемых лабораторных условиях. Соединения полония менее стабильны по сравнению с соединениями более легких элементов группы халькогенов, что усложняет работу с ним.

Физические свойства

Дополнительную информацию можно найти в Stanford Advanced Materials (SAM).

Тепловые и электрические свойства

Тепловые и электрические свойства полония учитывают его радиоактивную природу. Он является эффективным излучателем тепла, что находит применение в термоэлектрической технике, в том числе в космических полетах. Его альфа-излучение является частью его ключевого значения для нескольких специализированных промышленных и научных применений. Однако из-за своей радиоактивности он не находит широкого применения в электрических цепях, поскольку может помешать работе других компонентов, а также создает значительные риски для безопасности.

Применение полония

Несмотря на радиоактивность и редкость полония, существует несколько способов его применения в промышленности, науке и биомедицине. Вот несколько наиболее заметных применений:

1. Удаление статического электричества

Применяется в щетках и других устройствах для снятия статического заряда с таких материалов, как фотопленка, а также на текстильных фабриках. Альфа-частицы, испускаемые полонием, весьма эффективно нейтрализуют статический заряд, предотвращая, таким образом, накопление пыли и частиц на чувствительных материалах.

2. Термоэлектрическая энергия для космического оборудования

Изотоп полония, полоний-210, служит источником тепла в термоэлектрических генераторах, особенно на космических спутниках. В холодном вакууме космоса радиоактивный распад полония обеспечивает постоянный приток тепловой энергии, которая помогает поддерживать тепло и работоспособность электрооборудования. Это особенно полезно при полетах в дальний космос, где солнечная энергия не так эффективна.

3. Биомедицинские исследования

Po-210 используется в некоторых биомедицинских исследованиях благодаря своему мощному альфа-излучению. Хотя его применение в фундаментальных исследованиях ограничено из-за соображений безопасности, исследования, связанные с радиотерапией и другими медицинскими приложениями, являются некоторыми областями, где используется этот изотоп. Его радиоактивные свойства позволяют использовать его для некоторых видов целенаправленного лечения, однако риски, связанные с обращением с ним, заставляют строго контролировать его использование.

4. Ядерные батареи

Полоний-210 рассматривался для использования в ядерных батареях, которые применяются в некоторых удаленных или длительных приложениях, например, в кардиостимуляторах или космических кораблях. Его альфа-излучение обеспечивает постоянный источник энергии в течение длительного периода времени, хотя проблемы безопасности ограничивают его широкое применение.

Безопасность и риски

Полоний очень опасен из-за высокого уровня радиоактивности, особенно из-за альфа-излучения, которое он испускает. Альфа-частицы не проникают через кожу, но могут причинить серьезный вред, если полоний проглотить или ввести в организм при вдыхании. Воздействие даже небольшого количества полония-210 фактически смертельно.

Работа с полонием требует специального оборудования и мер предосторожности. Лаборатории, работающие с полонием, должны иметь экранированные корпуса, а персонал, участвующий в таких процедурах, должен носить защитное снаряжение, предотвращающее загрязнение. Кроме того, радиоактивный материал должен утилизироваться и содержаться в строгом соответствии с протоколами, чтобы не загрязнять окружающую среду.

Трагической демонстрацией рисков, связанных с применением полония, стало отравление бывшего российского шпиона Александра Литвиненко в 2006 году, когда в качестве яда был применен полоний-210. Это привлекло внимание мировой общественности к опасной природе этого элемента и осторожности, необходимой при обращении с ним.

Часто задаваемые вопросы

1. Что такое полоний и где он был обнаружен?

Полоний - это интенсивно радиоактивный элемент, открытый в 1898 году Марией и Пьером Кюри. Его название происходит от названия Польши, родины Марии Кюри.

2. Как получают полоний?

Полоний получают, облучая висмутовые мишени нейтронами в ядерном реакторе. В результате висмут превращается в полоний-210. Затем с помощью сложных химических методов разделения получают элемент.

3. Каковы основные области применения полония?

Среди областей применения полония - статические элиминаторы, источник тепла в космической технике, ядерные батареи и биомедицинские приложения, использующие преимущества альфа-излучения.

4. Почему полоний опасен?

Из-за своей высокой радиоактивности полоний очень токсичен. Альфа-излучение полония очень разрушительно для биологических тканей при попадании в организм или вдыхании.

5. Какие меры предосторожности необходимы при работе с полонием?

Поскольку полоний - радиоактивный элемент, обращаться с ним следует с большой осторожностью. Необходимо специальное оборудование, экранированные лаборатории и строгие протоколы безопасности, чтобы избежать заражения и вреда для работников.