Поло́ний — радиоактивный химический элемент 16-й группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы VI группы), 6-го периода в периодической системе Д. И. Менделеева, с атомным номером 84, обозначается символом Po (). Относится к группе халькогенов. При нормальных условиях представляет собой мягкий радиоактивный металл (согласно другим данным — полуметалл) серебристо-белого цвета, из-за высокой радиоактивности значительно нагревается.
История и происхождение названия Элемент открыт в 1898 году супругами Пьером Кюри и Марией Склодовской-Кюри в урановой смоляной руде. Об открытии они впервые сообщили 18 июля на заседании Парижской академии наук в докладе под названием «О новом радиоактивном веществе, содержащемся в смоляной обманке». Элемент был назван в честь родины Марии Склодовской-Кюри — Польши ()Во время открытия полония Польши как государства не существовало: страна была поделена между Россией, Австрией и Пруссией..
В 1902 году немецкий учёный Марквальд выделил новый элемент, который он назвал радиотеллуром. Кюри, прочтя заметку об этом открытии, сообщила, что это — элемент полоний, открытый ими четырьмя годами ранее. Марквальд не согласился с такой оценкой, заявив, что полоний и радиотеллур — разные элементы. После ряда экспериментов с элементом супруги Кюри доказали, что полоний и радиотеллур обладают одним и тем же периодом полураспада. Марквальд был вынужден признать свою ошибку.
Нахождение в природе Радионуклиды полония входят в состав естественных радиоактивных рядов:
210Po (Т1/2 = 138,376 сут), 218Po (Т1/2 = 3,10 мин) и 214Po (Т1/2 = 1,643 с) — в ряд 238U;
216Po (Т1/2 = 0,145 с) и 212Po (Т1/2 = 2,99 с) — в ряд Th;
215Po (Т1/2 = 1,781 с) и 211Po(Т1/2 = 0,516 с) — в ряд 235U.
Поэтому полоний всегда присутствует в урановых и ториевых минералах. Равновесное содержание полония в земной коре — около 2 % по массе.
Физические и химические свойства Полоний — мягкий серебристо-белый радиоактивный металл (часто относят к полуметаллам).
Металлический полоний быстро окисляется на воздухе. Известны диоксид полония (РоО2)x и монооксид полония РоО. С галогенами образует тетрагалогениды. При действии кислот переходит в раствор с образованием катионов Ро2+ розового цвета:
Po + 2 HCl -> PoCl2 + H2 ^
При растворении полония в соляной кислоте в присутствии магния образуется полоноводород:
Po + Mg + 2 HCl -> MgCl2 + H2Po,
который при комнатной температуре находится в жидком состоянии (от −36,1 до 35,3 °C), но неустойчив при температурах выше 0 °C, также склонен к радиолизу.
В индикаторных количествах получены кислотный триоксид полония РоО3 и соли полониевой кислоты, не существующей в свободном состоянии — полонаты К2РоО4. Образует галогениды состава PoX2, PoX4 и PoX6. Подобно теллуру полоний способен с рядом металлов образовывать химические соединения — полониды.
Полоний является единственным химическим элементом, который при низкой температуре образует одноатомную простую кубическую кристаллическую решётку.
Изотопы
На начало 2006 года известны 33 изотопа полония в диапазоне массовых чисел от 188 до 220. Кроме того, известны 10 метастабильных возбуждённых состояний изотопов полония. Стабильных изотопов не имеет. Наиболее долгоживущие изотопы, 209Po и 208Po имеют периоды полураспада 125 и 2,9 года соответственно. Некоторые изотопы полония, входящие в радиоактивные ряды урана и тория, имеют собственные наименования, которые сейчас в основном рассматриваются как устаревшие:
ИзотопНазваниеОбозначениеРадиоактивный ряд210PoРадий FRaF 238U211PoАктиний C′AcC′ 235U212PoТорий C′ThC′ 232Th214PoРадий C′RaC′ 238U215PoАктиний AAcA 235U216PoТорий AThA 232Th218PoРадий ARaA 238U
Получение На практике в граммовых количествах нуклид полония 210Ро синтезируют искусственно, облучая металлический 209Bi тепловыми нейтронами в ядерных реакторах. Получившийся 210Bi за счёт β-распада превращается в 210Po. При облучении того же изотопа висмута протонами по реакции
209Bi + p → 209Po + n
образуется самый долгоживущий изотоп полония 209Po.
В реакторах с жидкометаллическим носителем в качестве теплоносителя может применяться эвтектика свинец-висмут. Такой реактор, в частности, был установлен на подводной лодке К-27. В активной зоне реактора висмут может переходить в полоний.
Микроколичества полония извлекают из отходов переработки урановых руд. Выделяют полоний экстракцией, ионным обменом, хроматографией и возгонкой.
Металлический Po получают термическим разложением в вакууме сульфида PoS или диоксида (PoO2)x при 500 °C.
Более 95 % мирового производства полония-210 приходится на Россию, однако практически весь он поставляется в США, где используется в основном для производства промышленных и бытовых антистатических ионизаторов воздуха.
На 2006 год, по утверждению британского учёного и писателя Джона Эмсли, в год производилось около 100 граммов 210Ро.Q&A: Polonium-210 // Royal Society of Chemistry, 27 November 2006.
Стоимость По данным британских экспертов, микроскопические дозы полония-210 стоят миллионы долларов СШАДело Литвиненко: Россия причастна «так или иначе» // Би-Би-Си, 31 июля 2015.. С другой стороны, согласно утверждению радиохимика, д. х. н. Б. Жуйкова, получаемый из висмута полоний-210 очень дёшевЗачем был нужен полоний? // Троицкий вариант, 10 февраля 2015.. Согласно данным на 2006 год, за производство 9,6 граммов полония-210 заводу «Авангард»Российский завод, расположенный вблизи города Саров, имеющий военный ядерный реактор. платили порядка 10 миллионов рублейКогда полоний призвали на службу // Российская газета, 31 июля 2015., что сопоставимо со стоимостью тритияIs fusion power really viable? // Би-Би-Си, 5 марта 2010.. Однако, американская компания United Nuclear, получающая изотоп из России, на 2006 год продавала образцы по цене 69 USD, утверждая, что для накопления смертельной дозы потребовалось бы более 1 миллиона долларовЧеловек, поражённый полонием-210, не может оставлять после себя следы // РИАНОВОСТИ, 11 декабря 2006..
Применение Полоний-210 в сплавах с бериллием и бором применяется для изготовления компактных и очень мощных нейтронных источников, практически не создающих γ-излучения (но короткоживущих ввиду малого времени жизни 210Po: Т1/2 = 138,376 суток) — альфа-частицы полония-210 рождают нейтроны на ядрах бериллия или бора в (α, n)-реакции. Это герметичные металлические ампулы, в которые заключена покрытая полонием-210 керамическая таблетка из карбида бора или карбида бериллия. Такие нейтронные источники легки и портативны, совершенно безопасны в работе и очень надёжны. Например, советский нейтронный источник ВНИ-2 представляет собой латунную ампулу диаметром 2 и высотой 4 сантиметра, ежесекундно излучающую до 90 миллионов нейтронов.
Полоний-210 часто применяется для ионизации газов (в частности, воздуха). В первую очередь ионизация воздуха необходима для борьбы со статическим электричеством (на производстве, при обращении с особо чувствительной аппаратурой). Например, для прецизионной оптики изготавливаются кисточки удаления пыли. Для окраски автомобилей в гаражах используются пульверизаторы с подачей воздуха, проходящего через антистатический ионизатор с полонием («ионную пушку»)College breaches radioactive regulations .. Другое, уже ушедшее в прошлое применение эффекта ионизации газа — в электродных сплавах автомобильных свечей зажигания для уменьшения напряжения возникновения искры.
Важной областью применения полония-210 является его использование в виде сплавов со свинцом, иттрием или самостоятельно для производства мощных и весьма компактных источников тепла для автономных установок, например, космических. Один кубический сантиметр полония-210 выделяет около тепла. Эта мощность весьма велика, она легко приводит полоний в расплавленное состояние, поэтому его сплавляют, например, со свинцом. Хотя эти сплавы имеют заметно меньшую энергоплотность (), тем не менее, они более удобны к применению и безопасны, так как полоний-210 испускает почти исключительно альфа-частицы, а их проникающая способность и длина пробега в плотном веществе минимальны. Например, у советских самоходных аппаратов космической программы «Луноход» для обогрева приборного отсека применялся полониевый обогреватель.
Полоний-210 может послужить в сплаве с лёгким изотопом лития (6Li) веществом, которое способно существенно снизить критическую массу ядерного заряда и послужить своего рода ядерным детонатором. Кроме того, полоний пригоден для создания компактных «грязных бомб» и удобен для скрытной транспортировки, так как практически не испускает гамма-излучения. Изотоп испускает гамма-кванты с энергией 803 кэВ с выходом только 0,001 % на распад.
Полоний является стратегическим металлом, должен очень строго учитываться, и его хранение должно быть под контролем государства ввиду угрозы ядерного терроризма.
Токсичность Полоний-210 обладает особо высокой радиотоксичностью и является исключительно сильным канцерогеном, имеет период полураспада 138 дней 9 часов. Его удельная активность (166 ТБк/г, тепловыделение 148 Вт/г) настолько велика, что, хотя он излучает только альфа-частицы, брать его руками нельзя, поскольку результатом будет лучевое поражение кожи и, возможно, всего организма: полоний довольно легко проникает внутрь сквозь кожные покровы. Он опасен и на расстоянии, превышающем длину пробега альфа-частиц, так как его соединения саморазогреваются из-за очень сильного удельного тепловыделения, возгоняются и переходят в аэрозольное состояние. ПДК в водоёмах и в воздухе рабочих помещений 11,1 Бк/л и 7,41 Бк/м3. Поэтому работают с полонием-210 только в герметичных боксах (перчаточных или с механическими манипуляторами). Опасны также и все соединения полония, наиболее токсичным из которых является полоноводород.
Положительно заряженные альфа-частицы, излучаемые полонием, не проходят через кожу, однако при попадании полония внутрь организма, — при ингаляции, проникновении через кожные покровы или проглатывании, — альфа-частицы необратимо вызовут опасные радиобиологические эффекты внутри организма человека (в первую очередь они обусловлены радиолизом воды), что может привести к лучевой болезни, мутациям, развитию злокачественных новообразований (среди них — лейкоз и некоторые виды неходжкинских лимфом, также характерны, учитывая особенности аккумуляции полония в организме, рак почек, печени, селезёнки), нарушению кроветворения и гибелиДело Литвиненко: смертельный след полония // Би-Би-Си, 28 июля 2015.Отравление полонием трудно обнаружить, поскольку гамма-излучение, определяемое счётчиком Гейгера, отсутствует. Для идентификации полония требуется специальное оборудование и сложные методы (Дело Литвиненко: смертельный след полония // Би-Би-Си, 28 июля 2015)..
По оценке специалистов, летальная доза полония-210 для взрослого человека оценивается в пределах от 0,1—0,3 ГБк (0,6—2 мкг) при попадании изотопа в организм через лёгкие до 1—3 ГБк (6—18 мкг) при попадании в организм через пищеварительный тракт.
Более долгоживущие полоний-208 (период полураспада 2,898 года) и полоний-209 (период полураспада 103 года) обладают несколько меньшей радиотоксичностью на единицу массы, обратно пропорционально периоду полураспада. Сведений о радиотоксичности других, короткоживущих изотопов полония мало. В организме человека полоний ведёт себя подобно своим химическим гомологам, селену и теллуру, концентрируется в печени, почках, селезёнке и костном мозге. Период полувыведения из организма − от 30 до 50 дней, выделяется в основном через почки. Были сообщения об успешном использовании 2,3-димеркаптопропанола для выведения полония из организма крыс — 90 % животных, которым внутривенно вводилась смертельная доза полония-210 (9 нг/кг массы тела), выжили, тогда как в контрольной группе все крысы погибли в течение полутора месяцев.
Случаи отравления полонием-210 Смерть Александра Литвиненко в 2006 году, который скончался в результате отравления полонием-210.