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] 4f 14 5d 10 6s 2 6р 4 .
- 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 ← Ро 3 + 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/см 3 .
- 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 238 U, 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.
Найти активность а массы m =1 мкг полония ?
Дано:
m =1 мкг = 1 ·10 – 9 кг
Т 1/2 = 138 суток = 1,19·10 7 с
Решение:
Начальная активность изотопа полония
где λ – постоянная распада, N – первоначальное
количество ядер полония .
Постоянная распада связана с периодом полураспада
МОСКВА, 11 дек – РИА Новости. Развернутая в СМИ дискуссия вокруг свойств полония-210, обнаруженного в теле экс-сотрудника ФСБ Александра Литвиненко, содержит большое количество неточной информации, что в конечном итоге приводит «к запутыванию ситуации», заявил РИА Новости эксперт в области ядерной физики.
Литвиненко, бежавший в 2000 году в Великобританию и получивший в октябре этого года британский паспорт, скончался 23 ноября в больнице Университетского колледжа Лондона. Специалисты британского Агентства по охране здоровья обнаружили в его теле следы радиоактивного элемента полония-210.
Следы полония были найдены в местах, которые Литвиненко посещал, в частности, в ресторане и отеле в центре Лондона.
«В таких сложных вопросах, как обращение с радиоактивным изотопом и последствия поражения человека полонием-210, к сожалению, очень многие считают себя экспертами, придумывая невероятные вещи. В начале появилась неправдоподобная информация, распространяемая СМИ, что отравленный полонием-210 человек может оставлять после себя следы. Это ерунда, никакие потовыделения не выносят полоний-210 наружу», – заявил эксперт.
Аналогичное мнение выразил РИА Новости ранее директор Института стратегической стабильности Росатома Виктор Михайлов. Он заявил, что человеку, пораженному полонием-210, «невозможно оставлять после себя следы изотопа».
«Какие следы? Это смешно! Человек, пораженный полонием-210, не может оставлять после себя следы, если только он не нес этот полоний-210 в руках», – сказал Михайлов.
По его словам, «изотоп полоний-210 имеет альфа-излучение и поскольку он находился внутри человека, он не может оставлять следов».
Агентство по охране здоровья Великобритании еще в конце ноября выпустило официальное заявление, в котором говорится, что «риск заражения этим веществом (полоний-210) минимален».
«Риск поражения лучевой болезнью появляется только при условии, что это вещество проникло внутрь: вы его вдохнули, взяли в рот или оно попало в открытую рану. Оно не представляет собой угрозы, пока остается снаружи. Большую часть следов вещества можно убрать, просто помыв руки, используя стиральную или посудомоечную машину», – говорится в заявлении британского агентства.
По мнению эксперта в области радиационной медицины, развитие лучевой болезни от попадания полония-210 в организм человека практически неизбежно. «Но все зависит от дозы изотопа и от особенностей организма пострадавшего. Если доза крайне небольшая, то можно зафиксировать присутствие полония-210, но риск здоровью будет минимальным», – сказал эксперт РИА Новости.
Другой эксперт – в области ядерной физики – напомнил, что «элемент 84 – полоний – первый элемент, вписанный в таблицу Менделеева после открытия радиоактивности». «Он первый по порядку атомных номеров и самый легкий из элементов, не имеющих стабильных изотопов», – сказал он.
Полоний был открыт Пьером и Марией Кюри и получил свое название 13 июля 1898 года в честь исторической родины Марии – Польши. Он встречается в природе, но в урановых рудах его концентрация в 100 триллионов раз меньше концентрации урана.
Полоний – мягкий металл серебристо-белого цвета чуть легче свинца. В организм человека поступает с едой и табачным дымом
Изотопы – это разновидности одного и того же радиоактивного элемента. Например, полоний существует в таких вариантах, как полоний (Р) P-210 с периодом полураспада 138 дней, P-208 – с периодом полураспада два года и P-209 – с периодом полураспада 103 года. По словам эксперта, наиболее важным с точки зрения науки является изотоп полоний-210 – чистый альфа-излучатель.
«Испускаемые им альфа-частицы тормозятся в металле и, пробегая в нем всего несколько микрометров, растрачивают при этом свою атомную энергию, которая превращается в тепло, которое, в свою очередь, можно использовать для обогрева или превратить в электричество», – рассказал эксперт.
Эту энергию уже используют и на Земле, и в космосе. Изотоп P-210 применен в энергетических установках некоторых искусственных спутников. В частности, он летал за пределы Земли на советских спутниках «Космос-84» и «Космос-90».
Чистые альфа-излучатели – и полоний-210 – имеют перед другими источниками излучения несколько очевидных преимуществ, в том числе и то, что такие излучатели практически не требуют специальных мер защиты: проникающая способность и длина пробега альфа-частиц минимальны. В свое время радиоактивный изотоп полоний-210 служил топливом «печки», установленной на «Луноходе-2».
Подобные устройства используют и на Земле. Кроме них, важны полоний-бериллиевые и полоний-борные источники нейтронов. Это герметичные металлические ампулы, в которые заключена покрытая полонием-210 керамическая таблетка из карбида бора или карбида бериллия. Поток нейтронов из ядра атома бора или бериллия порождают альфа-частицы, испускаемые полонием.
Такие нейтронные источники легки и портативны, совершенно безопасны в работе, очень надежны. Латунная ампула диаметром 2 см и высотой 4 см – советский полоний-бериллиевый источник нейтронов – ежесекундно дает до 90 миллионов нейтронов.
Среди прочих земных дел полония следует упомянуть его применение в стандартных электродных сплавах, которые нужны для запальных свечей двигателей внутреннего сгорания. Излучаемые полонием-210 альфа-частицы понижают напряжение, необходимое для образования искры, и облегчают включение двигателя.
Эксперт в области радиационной медицины сообщил, что несмотря на присутствие только альфа-излучения у P-210, от которого «в принципе можно защититься простой преградой», работают с полонием лишь в герметичных боксах, поскольку он один из самых опасных радиоэлементов.
Эксперт отметил, что сегодня уже с большой долей вероятности можно сказать, что Литвиненко умер от острой лучевой болезни.
«В истории его смерти есть множество вопросов, и с каждым днем их становится все больше и больше, но ясно то, что известные нам через официальные заявления британских властей данные по протеканию болезни Литвиненко и причинам его смерти с большой долей вероятности указывают на поражение от лучевой болезни», – сказал он.
«Хотя, конечно, без обнародования официальных итогов вскрытия невозможно дать абсолютно точный ответ», – подчеркнул эксперт.
Он сообщил, что говорить об остром лучевом поражении организма человека можно при получении радиоактивной дозы облучения свыше 0,5 зиверт (Зв).
Зиверт – единица измерения эффективной и эквивалентной дозы. Наиболее часто используемой дольной единицей зиверта является его тысячная доля – миллизиверт.
1 Зиверт равен 1000 миллизивертов (мЗв). Эквивалентная доза – поглощенная доза в органе или ткани, умноженная на соответствующий весовой коэффициент для данного вида излучения. Учитывают биологическую эффективность различных видов ионизирующего излучения, поскольку при одной и той же поглощенной дозе альфа-, бета- и гамма-излучения оказывают неодинаковое воздействие.
Внесистемной единицей эквивалентной дозы является бэр – биологический эквивалент рентгена. 1 Зв равен 100 бэр.
«Негативные эффекты появляются немедленно или через несколько дней, в частности слабнет иммунная система, страдает желудочно-кишечный тракт, легкие и другие внутренние органы, а также центральная нервная система», – сообщил эксперт.
При дозах от 1 до 2 зиверт врачи-радиологи считают, что у пятой части пострадавших возможен летальный исход. При дозах свыше 7 зиверт процент выживающих равен нулю.
Как ранее сообщалось в некоторых СМИ, в России на уральском комбинате «Маяк» находится реактор, где в свое время облучали специальные мишени из висмута, чтобы получить промежуточное сырье, из которого выделяют чистый полоний-210.
Как сообщили РИА Новости в Росатоме, два года назад реактор, который использовали для производства полония-210, был выведен из эксплуатации.
В ряде некоторых британских СМИ появилась информация о том, что полоний, которым мог быть отравлен в Лондоне Литвиненко, был произведен в городе Железногорске Красноярского края. Эту информацию поставил под сомнение экс-глава Минатома РФ Виктор Михайлов, отметивший, что британские специалисты не могли так быстро определить место изготовления полония-210.
«Я думаю, что невозможно так быстро с момента обнаружения следов полония-210, без обмена информации со странами, которые могут произвести полоний, определить место производства этого радиоактивного изотопа», – заявил Михайлов.
Красноярские специалисты-ядерщики также полностью отвергли предположения о том, что обнаруженный в Великобритании полоний-210 мог быть произведен в Красноярском крае.
Как сообщили в дирекции действующего в закрытом городе Железногорск горно-химического комбината, который уже почти полвека производит оружейный плутоний, названный изотоп «никогда не присутствовал в технологических цепях местных предприятий».
Ранее глава Росатома Сергей Кириенко сообщил на пресс-конференции, что Россия ежемесячно экспортирует полоний-210 в США, осуществляя поставки под строгим контролем.
Федеральная комиссия США по ядерному регулированию (Nuclear Regulatory Commission) в свою очередь заявила, что имеющиеся в свободной продаже в США образцы полония-210 не представляют опасности. По словам официального представителя комиссии Дэвида Макинтайра, опасности не представляют ни свободно продающиеся через Интернет учебно-научные образцы изотопа полония-210, ни реализуемые через розничную торговлю технические устройства и приборы для борьбы со статическим электричеством, содержащие этот радиоактивный элемент.
«Если вы захотите разобрать устройство, то любое его (полония-210) количество будет трудно извлечь и оно все равно будет в безвредной форме», – заявил Макинтайр, подчеркнув, что продающиеся на американском рынке приспособления-антистатики могут быть «крайне маловероятным источником» радиоактивного полония-210, чтобы им можно было воспользоваться для отравления человека.
Американская компания United Nuclear распространила заявление, в котором сообщила, что объем полония-210 в ее образцах настолько мал, что для накопления смертельной дозы этого радиоактивного изотопа понадобится закупить около 15 тысяч таких образцов. При цене в $69 за один образец общая стоимость такой покупки составила бы более $1 миллиона, что, разумеется, немедленно вызвало бы тревогу как из-за огромной суммы, так и из-за большого количества заказов для компании, которая продает обычно не более одного-двух образцов в квартал.