מדוע היה צורך בפולוניום? פולוניום: ההיסטוריה של גילוי יישום היסוד פולוניום
לונדון- פולוניום זכה לראשונה לתשומת לב נרחבת בשנת 2006, כאשר הוא שימש להתנקשות במבקר הקרמלין וסוכן ה-KGB לשעבר אלכסנדר ליטוויננקו בלונדון.
אלמנתו של יאסר ערפאת קראה השבוע להוציא את גופת המנהיג הפלסטיני מהקבר לאחר שמדענים שוויצרים מצאו עקבות של פולוניום-210 רדיואקטיבי על בגדים שלבש על פי החשד לפני מותו ב-2004.
אז מה זה פולוניום, ועד כמה הוא מסוכן?
מה זה פולוניום?
פולוניום-210 הוא אחד היסודות הנדירים ביותר, והוא התגלה ב-1898 על ידי בני הזוג פייר קירי ומריה סקלודובסקה-קירי ונקרא על שם מולדתה של מריה, פולין. היסוד מצטבר באופן טבעי בכמויות קטנות ביותר בקרום כדור הארץ, וכן מיוצר באופן מלאכותי בכורים גרעיניים. הוא משמש בכמויות קטנות למטרות תעשייתיות לגיטימיות, בעיקר כדי להקל על חשמל סטטי.
האם הוא מסוכן?
מאוד. אם הוא חודר לגוף, הוא קטלני אפילו במינונים זניחים. פחות מגרם אחד של אבקת כסף מספיק כדי להרוג מישהו. במחקר משנת 2007, מדעני משרד הבריאות הבריטי הראו שברגע שהפולוניום נכנס לזרם הדם, כמעט בלתי אפשרי לעצור את ההשפעות החזקות שלו. הקורבן המורעל חווה אי ספיקת איברים הדרגתית כאשר חלקיקי אלפא תוקפים את הכבד, הכליות ומח העצם. גם התסמינים של ליטוויננקו אופייניים - בחילות, נשירת שיער, נפיחות בגרון וחיוורון.
מי יכול לקבל פולוניום?
החדשות הטובות הן שמעט אנשים עושים זאת. היסוד יכול להיות תוצר לוואי של עיבוד כימי של אורניום, אבל הוא מיוצר לרוב על ידי כורים גרעיניים או מאיצי חלקיקים. מתקנים גרעיניים אלו נמצאים בפיקוח הדוק ופועלים תחת הסכמים בינלאומיים קפדניים.
מומחה הקרינה הבריטי בדימוס, ג'ון קרופט, שעבד עם ליטוויננקו, סבור שסביר להניח שמנה מספקת של פולוניום להרוג תתקבל מממשלה בעלת יכולות גרעיניות אזרחיות או צבאיות. רוסיה, המייצרת פולוניום וחשודה בהריגת ליטוויננקו, מתאימה לתיאור הזה, וכך גם אויבת ערפאת ישראל. אבל יש גם תריסר מדינות אחרות, כולל ארצות הברית.
למה הוא עשוי לעניין רוצחים?
פולוניום הוא נשק טוב. חלקיקי האלפא הרדיואקטיביים הגדולים שלו אינם חודרים לעור או מתגלים על ידי גלאי קרינה, מה שהופך אותו קל יחסית להברחה מעבר לגבולות. פולוניום יכול לחדור לגוף דרך פצע או שאיפה, אבל הדרך האמינה ביותר היא לצרוך פולוניום דרך מזון או משקה. ליטוויננקו שתה תה עם פולוניום במהלך פגישה במלון יוקרה בלונדון.
את מי הם הרגו?
הרעלת פולוניום כל כך נדירה שנדרשו לרופאים מספר שבועות כדי לזהות את מחלתו של ליטוויננקו, ומומחי אבטחה התקשו לזכור מקרה קודם של הרעלה. חמש שנים חלפו מאז הרצח של ליטוויננקו, אך איש לא נעצר. חוקרים בריטים ציינו את סוכן הק.ג.ב לשעבר אנדריי לוגובוי כחשוד המרכזי, אך רוסיה מסרבת להסגירו.
יש הסבורים שבתה של קירי, אירן, שמתה מלוקמיה, חלתה לאחר שקיבלה בטעות מנת פולוניום במעבדה.
הסופרת הישראלית מיכל קרפין ציינה כי מותם של כמה מדענים ישראלים כתוצאה מסרטן הם תוצאה של דליפה במכון ויצמן למדע ב-1957. הרשויות הישראליות מעולם לא הכירו בקשר.
האם מדענים יכולים להוכיח שערפאת הורעל בפולוניום?
מדענים הזהירו כי עקבות של פולוניום על בגדיו של ערפאת אינם מספיקים כדי להוכיח הרעלה. הוצאת הגוף לבדיקה היא שיטה אמינה הרבה יותר. מומחה הרדיולוגיה של מכללת אוניברסיטת לונדון דרק היל אמר כי שמונה שנים לאחר מותו של ערפאת, הפולוניום כבר היה צריך להתפרק והוא הרבה פחות רדיואקטיבי ממה שהיה ב-2004. אבל הוא אמר שהרמה עדיין תהיה גבוהה פי כמה מהרגיל, ונתיחה אמורה להראות "במידה סבירה של ודאות" אם פולוניום היה קיים בגופו של ערפאת בזמן המוות.
הרעלת אלכסנדר ליטוויננקו הייתה מצריכה, לפי מומחים בריטיים, שימוש בידע ובמיומנות טכנית ניכרים.
ליטוויננקו מת ב-23 בנובמבר עקב מנה קטלנית של קרינה מהאיזוטופ פולוניום-210 שנמצא בגופו.
מאז, עקבות של איזוטופ זה נמצאו בחמישה מקומות בלונדון, כולל סושי בר ומלון שבו ביקר קצין ה-FSB לשעבר.
עם זאת, פולוניום-210 שייך לסוג של חומרים רדיואקטיביים שזיהוי וייצורם מעורר קשיים משמעותיים.
איזוטופ זה מופיע באופן טבעי בטבע ובגוף האדם בריכוזים נמוכים במיוחד. על מנת להשיג כמויות של חומר זה המספיקות לשימוש פלילי, נדרשת טכנולוגיה מתוחכמת וידע מיוחד.
פרופסור ניק פריסט, אחד מהפיזיקאים הבריטים הבודדים שיש להם ניסיון ישיר עם פולוניום-210, אמר ל-BBC שרק מיליגרם אחד מהאיזוטופ הזה יספיק כדי להרוג את ליטוויננקו.
פולוניום-210 פולט זרם רב עוצמה של חלקיקי אלפא. בניגוד לקרינת גמא, חלקיקי אלפא חודרים למרחק קצר יחסית, לעומקם של תאים בודדים בלבד ברקמות ביולוגיות.
עם זאת, לחלקיקי אלפא יש בתחילה אנרגיה גבוהה, מה שנותן לה הם מסוגלים לגרום להרס רב למבנים תאיים.
"אם שמים את החומר הזה במבחנה או בבקבוק, לא ניתן לזהות אותו לפי סימנים חיצוניים", אומר ד"ר פרנק ברנבי, פיזיקאי גרעיני מאוניברסיטת אוקספורד. "זה מה שהופך אותו לרעל כמעט מושלם".
אבל אם מבחנה כזו נפתחת, אז פולוניום-210 מתפשט בקלות באוויר באדי מים ומזהם את הסביבה.
ידועות לפחות שלוש שיטות להשגת איזוטופ זה. ניתן להפיק פולוניום-210 מעפרת אורניום, מאורניום המועשר בכור, או מאיזוטופ אחר, רדיום-226.
פרי מאמציה של מארי קירי
פולוניום התגלה על ידי מארי קירי בשנת 1897 על ידי מיצוי כימי מהמינרל תחמוצת אורניום. החוקרת נתנה לאלמנט את שמו לכבוד מולדתה - פולין.
לפי הפיזיקאי ניק פריסט, שיטה זו אינה מסוגלת לייצר מספיק מהאיזוטופ הדרוש להרוג מבוגר.
כדי להשיג את הכמות הנדרשת, נדרש שימוש בכור גרעיני, הוא סבור.
לדבריו, הדרך הריאלית ביותר להשיג פולוניום-210 היא הקרנת היסוד ביסמוט בניוטרונים בכור כזה, וכתוצאה מכך נוצר האיזוטופ ביסמוט-210.
לאיזוטופ זה יש זמן מחצית חיים קצר, ולאחר מכן הוא מתפרק לפולוניום-210 ותליום-206.
כפי שמציין ניק פריסט, היו דיווחים על נוכחות של כמויות קטנות של תליום רדיואקטיבי בגופו של ליטוויננקו, מה שעשוי לשמש סימן עקיף לייצור פולוניום בכור.
לתליום-206 יש זמן מחצית חיים קצר מאוד, ולכן אמורים להיות עקבות של ביסמוט-210 בפולוניום, שבתורו נותן לנו תליום.
זה יכול לקרות אם ביסמוט לא מופרד לחלוטין מפולוניום בשלב הסופי של התהליך.
השגת פולוניום מהאיזוטופ רדיום-226 נחשבת לתהליך מורכב מכיוון שאיזוטופ רדיום זה מייצר קרינה קשה וחודרת.
רוברי הירח הלכו עליו
לדברי מומחים, ישנם רק 40-50 כורים בעולם המסוגלים לייצר פולוניום-210. כל הנתונים הזמינים מצביעים על מקורות מחוץ לבריטניה.
ביניהם כמה מתקני גרעין בברית המועצות לשעבר, כמו גם באוסטרליה ובגרמניה.
"יש רק כור אחד בבריטניה שיכול לייצר את האיזוטופ הזה, ואני בטוח שהפיזיקאים שעבדו עליו לא עשו דברים כאלה", אומר ניק פריסט.
פולוניום משמש במכשירי מדידה שונים, אך לא קל להפיק מהם.
בעבר, פולוניום, כמו בריליום, שימש כיוזם תגובה גרעינית בפצצות אטום שיוצרו בארה"ב, בריטניה וברית המועצות. בנוסף, רוברי הירח הסובייטיים בשנות ה-70 היו מצוידים בסוללות איזוטופים על בסיס פולוניום-210.
קשה יותר למצוא את האשמים
מקרה ליטוויננקו שוב מאלץ אותנו לפנות לנושא הסחר הבלתי חוקי בחומרים רדיואקטיביים רוסיים. מאז 1995, סבא"א מחזיקה מאגר נתונים של אפיזודות מתועדות של התפשטות פסולת גרעינית וחומרים רדיואקטיביים. על פי נתונים לשנה שעברה, בסך הכל נרשמו 827 פרקים כאלה.
לרשות הסבא"א אין מידע על הימצאות האיזוטופ פולוניום-210 בשוק השחור, אך היו דיווחים לא מאושרים בהקשר זה.
ביום שלישי דחה סרגיי קיריינקו, ראש רוסתום, את ההצעות לפיהן ניתן היה לייצא את הפולוניום-210 שגרם למותו של ליטוויננקו באופן בלתי חוקי מרוסיה. לדבריו, רוסיה מייצאת רק 8 גרם פולוניום-210 בחודש, וכל הכמות הזו נשלחת לארצות הברית. היצוא לבריטניה הופסק לפני חמש שנים.
בתיאוריה, חוקרים המובילים את תיק ליטוויננקו יכולים להתחקות אחר מקורותיו של פולוניום-210, אך לשם כך תידרש תחילה למצוא שאריות של איזוטופים אחרים.
אבל גם אם יתקבלו נתונים כאלה, זה לא בהכרח יוביל לגילוי האשם, במיוחד במקרה של גניבה של חומרים כאלה. לפי פיסיקאים רבים, פולוניום-210 נבחר ככלי רצח בדיוק בגלל רעילותו הגבוהה וקשיי הזיהוי שלו.
יסוד רדיואקטיבי מקבוצה VI של המערכת המחזורית של מנדלייב. הפולוניום התגלה בשנת 1898 על ידי מארי סקלודובסקה-קירי ופייר קירי. השם ניתן לכבוד פולין.
M. Curie מצא שדגימות מסוימות של עפרות שרף אורניום הן רדיואקטיביות יותר מהאורניום עצמו. לכן, עפרה זו בוודאי הכילה חומרים רדיואקטיביים יותר מאורניום. חומרים (יסודות) אלו בודדו. קודם פולוניום ואחר כך רדיום.
אורך החיים הארוך ביותר מבין האיזוטופים הטבעיים הוא 210 פו. זמן מחצית החיים של 210 Po הוא 138.376 ימים, כלומר. במהלך זמן זה, הכמות הראשונית של 210 Po מצטמצמת בחצי. לאחר זמן זה, מחצית מגרעיני 210 Po הופכים לגרעינים של איזוטופ העופרת היציב 206 Pb. הטרנספורמציה של 210 Po ל-206 Pb מתרחשת כתוצאה מהתפרקות α
210 Po → 206 Pb + α.
אורז. 1. סכימה של ריקבון 210 פו. |
הָהֵן. בנוסף לגרעיני עופרת (206 Pb), ההתפרקות של 210 Po מייצרת גם גרעיני הליום 4 He, הנקראים בדרך כלל חלקיקי α (אלפא). יתר על כן, 210 Po הוא פולט α כמעט טהור. ריקבון אלפא, אם הוא מתרחש לא למצב הקרקע או לא רק למצב הקרקע של הגרעין הסופי, מלווה בקרינת גמא. ברוב המוחץ של המקרים, 210 Po מתפרק למצב היסוד של 206 Pb עם פליטת חלקיקי אלפא באנרגיה של 5.3 MeV, ורק חלק זעיר (0.00122%) מ-210 Po מתפרק לתוך הנרגש (803 keV) ) מצב של 206 Pb, שמתפרק עם פליטת חלקיקי קרני גמא. quanta ניתן לזהות את קרינת הגמא הנלווית לדעיכת אלפא כזו רק בניסוי מדויק.
האיזוטופ 210Po הוא לא רק בעל החיים הארוך ביותר מבין הטבעיים, כלומר. הקיימים על כדור הארץ, ולא הושגו באופן מלאכותי, איזוטופים של פולוניום, אבל גם הנפוצים ביותר. הוא נוצר כל הזמן עקב שרשרת של התפרקות איזוטופים שמתחילה ב-238 U ומסתיימת ב-206 Pb.
238 U → 234 Th → 234 Pa → 234 U → 230 Th → 228 Ra → 222 Rn → 218 Po → 214 Pb → 214 Bi → 214 Po → 210 Pb → 210 Pb → 2200 Pb → 2200 Pb.
זמן מחצית חיים (T 1/2) של 238 U הוא 4.5 מיליארד שנים. בתערובת האורניום הטבעית, 238 U הוא יותר מ-99%. לגבי מספר הגרעינים (N) איזוטופים של אורניום (238 U) ופולוניום (210 Po) בתערובת טבעית וזמן מחצית החיים שלהם (T 1/2), היחס הבא נכון:
N(238 U)/N(210 Po) = T 1/2 (238 U)/T 1/2 (210 Po).
יחסים דומים תקפים עבור כל האיזוטופים בשרשרת של דעיכה רצופה, שכן הם במה שנקרא שיווי משקל חילוני , כאשר מספר ההתפרקות ליחידת זמן זהה עבור כל האיזוטופים. מכיוון שגרעיני איזוטופים רבים נוצרים כתוצאה מהתפרקות קודמת ליחידת זמן, אותו מספר מתפורר. לפיכך, טון אחד של עפרות אורניום מכיל רק כ-100 מיקרוגרם של פולוניום. בעיקרון זה 210 פו. כל שאר האיזוטופים הטבעיים של פולוניום קטנים עוד יותר (ועל ידי רבים). ניתן לבודד פולוניום מעפרות אורניום במהלך עיבוד פסולת ייצור אורניום. עם זאת, על מנת להשיג כמות בולטת של פולוניום, יהיה צורך לעבד כמות מדהימה של פסולת כזו. 210 Po מיוצר בכורים גרעיניים על ידי הקרנת ביסמוט בניוטרונים כתוצאה מהתגובה
209 Bi(n,γ) 210 Bi.
210 Bi עובר ריקבון בטא והופך ל-210 Po. זמן מחצית החיים של 210 Bi הוא 5.013 ימים.
בנוסף ל-210 Po, לשני איזוטופים נוספים רדיואקטיביים מלאכותיים של פולוניום יש מחצית חיים ארוכים יחסית - 208 Po (T 1/2 = 2.898 גרם) ו-209 Po (T 1/2 = 102 גרם). איזוטופים אלה יכולים להיות מיוצרים על ידי הפצצת מטרות עופרת או ביסמוט עם אלומות מואצות בציקלוטרון של חלקיקי אלפא, פרוטונים או דוטרונים. ניתן לרכוש 209 Po מ-Oak Ridge National Laboratory באישור מהוועדה לאנרגיה אטומית (A.E.C.) של ארצות הברית תמורת כ-$3,200 לכל µCi (microcurie)*. במקור כזה יהיו 6 ·
10 -8 גרם 209 פו. לכל שאר האיזוטופים של הפולוניום יש זמן מחצית חיים מ-8.8 ימים (206 Po) עד שברירי מיקרו-שנייה ( ).
לסוגים שונים של קרינה מייננת (α,β,γ) יש יכולות חדירות שונות באופן ניכר. חלקיקי אלפא מאיזוטופים רדיואקטיביים שעפים בחומר קולטים בקלות אלקטרונים והופכים לאטומי הליום. לכן, כדי להפוך להליום, מספיק שחלקיקי אלפא של 210 פו יעופו פחות מ-4 ס"מ באוויר, פחות מ-50 מיקרון ברקמה ביולוגית ופחות מ-30 מיקרון באלומיניום. לפיכך, קרינת אלפא ממקורות רדיואקטיביים אינה ניתנת לזיהוי על ידי מדי דוסימטרים קונבנציונליים המשתמשים במדדי גייגר. חלקיקי אלפא של אנרגיות כאלה לא יעברו דרך גוף המונה, גם אם פני השטח שלו מרוחים באיזוטופ אלפא רדיואקטיבי. מספיק להניח פולט α טהור באריזה סגורה שקירותיה אינם עבים יותר מגיליון נייר (העיקר שהסם הרדיואקטיבי לא "יישפך" ממנו); מכשירים רגישים יותר, כגון, עבור לדוגמה, גלאי מוליכים למחצה או נצנוץ, לא יוכלו לזהות את הקרינה שלו. האחרונים יכולים לסייע בזיהוי קרינת אלפא אם הם נמצאים בסמיכות למקור "פתוח" של זיהום רדיואקטיבי.
באיור. 2 מציג את המאפיינים של גלאי זיהום נצנוץ LB 124 SCINT, המיוצר על ידי BERTHOLD TECHNOLOGIES GmbH & Co.
מקורות רדיואקטיביים של 210 Po משמשים הן במחקר מדעי והן בטכנולוגיה. במהלך העבודה על פרויקט מנהטן, מקור הנייטרונים פולוניום-בריליום נועד לשמש כפתיל לפצצת אטום. ניוטרונים במקור כזה מתקבלים כתוצאה מאינטראקציה של חלקיקי אלפא מהתפרקות של 210 Po עם בריליום, התגובה 9 Be(α,n). עם זאת, החלטה זו נזנחה מאוחר יותר. שחרור האנרגיה הספציפי של פולוניום הוא גבוה - 140 וואט/גרם. קפסולה המכילה 0.5 גרם פולוניום מחוממת ל-500 מעלות צלזיוס. מאפיין זה משמש ליצירת מקורות תרמו-אלקטריים המבוססים עליו, המשמשים, במיוחד, בחללית. פולוניום משמש גם במכשירים להסרת חשמל סטטי. חלק מהמכשירים מסוג זה עשויים להכיל פולוניום בפעילות של עד 500 µCi (כ-0.1 מיקרוגרם). סכום זה מספיק תיאורטית כדי להרוג 5,000 אנשים. עם זאת, הפולוניום הזה ארוז בצורה מאובטחת, וחילוץ שלו למטרות זדוניות דורש טכנולוגיה מתוחכמת וידע מעמיק. ככלל, פעילות המקורות המוצעים בשוק נמוכה. אז אתה יכול לרכוש מקור 210 Po עם פעילות של 0.1 µCi (מיקרוקורי) תמורת $69. מקור עם פעילות כזו פולט 3,700 חלקיקים בשנייה. המסה של 210 Po במקור כזה היא בערך 2 ·
10 -11
קרינת אלפא ממקורות רדיואקטיביים אינה יכולה לחדור לעור, אולם נוקלידים פולטי אלפא מהווים סכנה גדולה בכניסה לגוף דרך איברי הנשימה והעיכול, פצעים פתוחים ומשטחי כוויות, ולא רק בגלל קרינה מייננת, אלא גם פשוט כרעילה. חומרים. עומס המינון המרבי המותר על הגוף כאשר 210 Po נבלע הוא רק 0.03 µCi (6.8 - 10 -12 גרם). עם אותו משקל 210 Po הוא בערך 2.5. רעילה פי 11 מחומצה הידרוציאנית. פעם אחת בגוף האדם, פולוניום מתפשט בכל הרקמות דרך זרם הדם. פולוניום מופרש מהגוף בעיקר דרך צואה ושתן. רובו מופרש בימים הראשונים. תוך 50 יום, כמחצית מהפולוניום שנכנס לגוף מסולק. נוכחות פולוניום אצל אנשים הנגועים בו מזוהה על ידי קרינת הגמא החלשה של ההפרשות. בליעה של מאה אלפית המיליגרם של פולוניום בגוף האדם היא קטלנית ב-50% מהמקרים. פולוניום היא מתכת נדיפה מאוד; באוויר, תוך 45 שעות, 50% ממנה מתאדים בטמפרטורה של 55 מעלות צלזיוס.
* יחידות פעילות - 1 Ci (Curie) = 3.7. 10 10 דעיכה בשנייה, 1 Ci = 10 3 mCi = 10 6 μCi. 1 Bq = 1 דעיכה בשנייה.
| איזוטופים של פולוניום | |||
|---|---|---|---|
| א | T 1/2 | מצב דעיכה | סדרה רדיואקטיבית |
| 190 | 2.53 אלפיות השנייה | α , EZ 0.1% | |
| 191 | 22 אלפיות השנייה | α | |
| 192 | 33.2 אלפיות השנייה | α 99.5%, EZ0.5% | |
| 194 | 0.392 שניות | α | |
| 195 | 4.64 שניות | α 75%, EZ 25% | |
| 196 | 5.8 שניות | α 98%, EZ2% | |
| 197 | 1.4 מ' | EZ 56%, α 44% | |
| 198 | 1.87 מ' | α 57%, EZ 43% | |
| 199 | 4.58 מ' | EZ 92.5%, α 7.5% | |
| 200 | 10.9 מ' | EZ 88.9%, α 11.1% | |
| 201 | 15.3 מ' | EZ 98.4%, α 1.6% | |
| 202 | 44.7 מ' | EZ 98.08%, α 1.92% | |
| 203 | 36.7 מ' | EZ 99.89%, α 0.11% | |
| 204 | 3.53 שעות | EZ 99.34%, α 0.66% | |
| 205 | 1.66 שעות | EZ 99.96%, α 0.04% | |
| 206 | 8.8 ד | EZ 94.55%, α 5.45% | |
| 207 | 5.80 שעות | EZ 99.98%, α 0.02% | |
| 208 | 2.898 גרם | α, EZ | |
| 209 | 102 גרם | α 99.52%, EZ 0.48% | |
| 210 | 138.376 ד | α | 238U |
| 211 | 0.516 שניות | α | 235U |
| 212 | 0.299 µs | α | 236U |
| 213 | 3.65 מיקרון | α | 237 Np |
| 214 | 164.3 מיקרומטר שניות | α | 238U |
| 215 | 1.781 אלפיות השנייה | α,β - 0.00023% | 235U |
| 216 | 0.145 שניות | α | 236U |
| 217 | 1.47 שניות | α >95%, β -<5% | 237 Np |
| 218 | 3.10 מ' | α 99.98%,β - 0.02% | 238U |
| 219 | 2 מ' | α ?,β - ? | |
ההיבטים המדעיים של המקרה של ליטוויננקו נותחו עבור TRV-Nauka על ידי Dr. chem. מדעים, ראש מעבדה של מתחם הרדיואיזוטופים של המכון למחקר גרעיני של האקדמיה הרוסית למדעים
התשוקות סביב מותו המסתורי של אלכסנדר ליטוויננקו אינן שוככות. לבסוף החלו דיונים פומביים בעניינו בלונדון. ולאחרונה יחסית, התעניינות בנושא זה ניזונה מההנחה שהמנהיג הפלסטיני יאסר ערפאת נהרג באופן דומה. הודות לכך, הציבור הרחב למד לפחות משהו על איזוטופים רדיואקטיביים ויישומים אפשריים שלהם, עם זאת, בצורה מאוד חד-צדדית.
פעם, נאלצתי להגיב על המקרה הזה בהרבה פרסומים, תוכניות רדיו וטלוויזיה רוסיים וזרים. אבל תקשורת ההמונים אינה הפלטפורמה המתאימה ביותר לדיון בהיבטים המדעיים של הבעיה המעניינת הזו: הנושא פוליטי מדי. אנשים מעלים את הגרסאות הפנטסטיות ביותר, מבלי להטריד את עצמם עם ראיות כלל. במקביל, ישנם מספר פרסומים מדעיים הדנים בהיבטים שונים, בעיקר רפואיים. שאלה זו עלתה גם במספר כנסים מדעיים בנושא ייצור ושימוש באיזוטופים, בהם השתתפתי.
כאן אתאר בקצרה את ההיבט הבא: הייצור והמאפיינים של פולוניום-210, אשר עשוי להיות קשור להרעלת א. ליטוויננקו. מספר "מומחים" רוסים הביעו תמיהה על הסיבה לשימוש בחומר המסוים הזה, ורבים לא היו ברורים כיצד נעשה בו שימוש. בפרט, לב פדורוב, דר. chem. סיינס, נשיא האיגוד לבטיחות כימית, אמר ב-Ekho Moskvy: "איך אתה יכול להרעיל עם פולוניום-210? אני לא יכול לדמיין את זה... אם הייתי חושב על איך להרעיל אדם, אז הדבר האחרון שהייתי אומר זה פולוניום... מטבע הדברים, האדם שיישא אותו מעבר לגבולות היה צריך לשאת אותו ב מיכל עופרת ».
מספר מומחים נוספים ניסו לנמק את מסקנותיהם על סמך שיקולים כלליים. כך, הבנקאי המפורסם אלכסנדר לבדב, בעצמו עובד לשעבר ב-KGB, הצהיר בדיון הציבורי שלנו איתו בערוץ NTV ("ערב ראשון עם ולדימיר סולוביוב", 3 בדצמבר 2006): "אני מבטיח לך שהיום אין ולו אפשרות קלה לאפשר לשירותים המיוחדים שלנו לעשות דברים כאלה... כי זה בהחלט יגרור אחריו ענישה פלילית".
נניח בצד את ההיבטים הפוליטיים, מי הרוויח או לא הרוויח מזה. בואו נבין מדוע השתמשו בפולוניום?
השגת פולוניום-210
השיטה העיקרית לייצור פולוניום-210 היא הקרנת ביסמוט בניוטרונים איטיים בכור גרעיני (ראה איור 1). לאחר מכן יש לבודד כימית את הפולוניום מהביסמוט המוקרן. ניתן לעשות זאת על ידי סובלימציה (מכיוון שלפולוניום יש תנודתיות גבוהה יחסית בטמפרטורות גבוהות), שיטות אלקטרוכימיות או אחרות. פולוניום-210 המיוצר בשיטה זו הוא זול מאוד. לדבר על העלות הגבוהה שלו זה לא נכון. דבר נוסף הוא הזמינות שלו.
יש גם שלב שלישי בטכנולוגיה, זהו הכנת מקור הקרינה לשימוש סופי. מקורות יכולים להיות מסוגים שונים. במקרה הספציפי הזה, יש להניח את הפולוניום בקפסולה, רצוי עם מעטפת רב-שכבתית (כדי למנוע חדירת פולוניום). כדי להרעיל, עליך לפתוח את הקפסולה הזו כדי שהתוכן ייכנס למשקה, או, וזה הרבה יותר נוח, להכין אמפולה מיניאטורית עם קליפה מסיסה; זה לא קשה.
בפעם הראשונה, פולוניום טהור בברית המועצות הושג ב-NII-9 (כיום המכון לחקר ההיי-טק A.A. Bochvar לחומרים אנאורגניים), שהיה מוביל בחקר יסוד זה. העבודה בוצעה בהדרכתה של המדענית המצטיינת שלנו זינאידה וסילייבנה ארשובה.
האם ניתן לקבוע את מקור הפולוניום בשיטה טכנית? תיאורטית זה אפשרי, אבל מעשית זה מאוד קשה. כל כור גרעיני (בתעלת קרינה ספציפית) מאופיין בספקטרום נויטרונים משלו. נוכחותם של נויטרונים מהירים מובילה להיווצרות, יחד עם פולוניום-210 (זמן מחצית חיים - 138.4 ימים), של כמויות קטנות של פולוניום-209 (זמן מחצית חיים - 102 שנים, אנרגיית חלקיקי אלפא - 4.9 MeV) לפי הגרעין. תגובה (n, 2n) מפולוניום-210 מצטבר, כמו גם כמויות קטנות עוד יותר של פולוניום-208 (2.9 שנים).
לפיכך, באמצעות "שעון גרעיני" כזה ניתן, באופן עקרוני, לקבוע את המקום והתאריך של ייצור הפולוניום. עם זאת, זה לא קל לעשות, ובמקרים מסוימים זה בלתי אפשרי. זה תלוי בכמה פולוניום נמצא והיכן: מה שחשוב הוא היחס בין העופרת-206 היציבה שנוצרה מפולוניום-210 לעופרת הרקע, שתכולתה בתערובת הטבעית של האיזוטופים היא 24.1%. יידרש מפריד מסה מיוחד להפרדת איזוטופים של פולוניום (או זמן חשיפה ארוך להתפרקות פולוניום-210), וכן דגימות כיול של פולוניום מהכור, שהוכנו באותו אופן הקרנה.
פולוניום רוסי מיוצר במכון המחקר הכל-רוסי לפיזיקה ניסויית בסרוב. הקרנת ביסמוט בכור מתבצעת ככל הנראה במקום אחר - P/O Mayak בעיר Ozyorsk, אזור צ'ליאבינסק. השיטה להפקת פולוניום-210 אינה סודית, ולכן ניתן לייצר אותה בכל כור אחר שבו קיים ערוץ מיוחד להקרנת מטרות לצורך קבלת איזוטופים. כורים כאלה ממוקמים במספר מדינות ברחבי העולם. כורי אנרגיה, ככלל, אינם מתאימים לכך, אם כי לחלקם יש ערוץ להקרנת מטרות. דווח כי יותר מ-95% מהפולוניום-210 מיוצר ברוסיה.
ישנן גם שיטות אחרות לייצור פולוניום, אך כיום כמעט ולא נעשה בהן שימוש, מכיוון שהן הרבה פחות פרודוקטיביות ויקרות יותר. אחת השיטות הללו, שבה משתמשת מארי קירי, היא הפרדה כימית מעפרות אורניום (פולוניום-210 כלול בשרשרת הריקבון של אורניום-238). למעשה, פולוניום התגלה בשנת 1898. ניתן להשיג פולוניום-210 גם במאיצי חלקיקים טעונים באמצעות התגובות הגרעיניות 208 Pb(A, 2n) או 209 Bi(d, n). יחד עם זאת, לא סתם מאיץ מתאים לייצור פולוניום-210. זה דורש חלקיק אלפא או מאיץ דיוטרון. אין הרבה מאיצים כאלה בעולם. הם קיימים גם ברוסיה וגם בבריטניה. עם זאת, עד כמה שידוע לי, בבריטניה מאיץ אמרשם לא הוגדר עבור חלקיקי אלפא במשך זמן רב והוא פועל ללא הרף על ייצור איזוטופים רפואיים לאבחון. במספר מקומות שבהם ביקרתי בחו"ל, עמיתים סיפרו לי שהמתקנים שלהם נבדקו כדי לראות אם הם מייצרים פולוניום.
בשלב מסוים, Techsnabexport JSC מכר פולוניום-210 לבריטניה (ל-Reviss). אבל זה היה חמש שנים לפני האירועים העצובים, וכפי שסיפרו לי עמיתיי, החברה נבדקה בזהירות רבה לאחר מכן. מוצרים המכילים פולוניום אינם מסופקים רשמית לבריטניה מארה"ב ומרוסיה. פולוניום-210 הושג בעבר במעבדה הלאומית של Oak Ridge (ארה"ב), אך כעת הוא אינו מיוצר שם בכמויות משמעותיות, אלא להיפך, כמות מסוימת מתקבלת מרוסיה.
פעולתם של כורים ומאיצים כאחד מבוקרת בקפדנות. אם מישהו אכן מחליט לייצר פולוניום באופן לא חוקי, עם מערכת הבקרה הקיימת ניתן לגלות זאת בקלות.
תכונות פיזיקליות גרעיניות
כפי שכבר הוזכר, זמן מחצית החיים של פולוניום הוא 138.4 ימים. המשמעות היא שכל 138 ימים הפעילות שלו יורדת פי 2, ובעוד שנתיים - בערך פי 40. זמן מחצית חיים זה נוח מאוד לשימוש ברדיונוקליד כרעל.
פולוניום-210, כשהוא מתפרק, פולט חלקיקי אלפא באנרגיה של 5.3 MeV, שיש להם טווח קצר במוצקים. לדוגמה, רדיד אלומיניום בעובי של עשרות מיקרונים סופג לחלוטין חלקיקי אלפא כאלה. קרינת הגמא שיכולה להתגלות על ידי מוני גייגר חלשה ביותר: קרני גמא בעלות אנרגיה של 803 keV נפלטים עם תפוקת דעיכה של 0.001% בלבד. לפולוניום-210 יש את קבוע הגמא הנמוך ביותר מבין כל הרדיונוקלידים הפעילים באלפא הנפוצים. לפיכך, עבור americium-241 (בשימוש נרחב, למשל, בגלאי עשן), קבוע הגמא הוא 0.12, ועבור Po - 5·10 –5 R×cm 2 /h×mCi (כאשר R הוא רונטגן, mCi הוא מיליקיורי). במקרה זה, מקדם המינון, ולפיכך, רעילות הרדיו הם די דומים.
לפיכך, גם ללא מעטפת מגן, קשה ביותר לזהות כמות מספקת של פולוניום-210 להרעלה מרחוק באמצעות מונה רגיל, שכן רמת הקרינה דומה לרקע הטבעי (ראה איור 2). לפיכך, פולוניום-210 נוח מאוד להובלה חשאית, ואין צורך אפילו להשתמש במיכלי עופרת. עם זאת, במהלך ההובלה, יש לנקוט זהירות מיוחדת כדי למנוע ירידת לחץ של המיכל (ראה להלן).
פולוניום-210 אינו מומלץ כלל לשימוש עבור פרובוקציות, שכן ניתן לזהות אותו רק באמצעות ציוד מיוחד, שאינו משמש במקרים רגילים.
ניתן לזהות את קו הגמא של 803 keV רק באמצעות מדידות ארוכות טווח באמצעות ספקטרומטר גמא טוב, וגלאי המוליכים למחצה חייב להיות ממוקם קרוב מאוד למקור. ישנן עדויות לכך שכך נמצאה תחילה רדיואקטיביות מוגברת בליטוויננקו, אך בתחילה יוחסה הקרינה בטעות לתליום רדיואקטיבי (תליום-206), המתקבל מהתפרקות ביסמוט-210m (ראה תרשים באיור 1). .
כך דווח באינטרנט עוד לפני שזוהה פולוניום. אבל אז גרסה זו הוכרה כשגויה, שכן לאיזוטופ זה של ביסמוט יש זמן מחצית חיים ארוך מדי, והם החלו לשקול את האפשרות של נוכחותם של פולטי אלפא אחרים. לאחר מכן, השתן נותח עבור נוכחות של רדיונוקלידים פעילים אלפא ונמצא פולוניום, ובכמויות אדירות. ההנחה שמומחים בריטיים "נודעו" על פולוניום-210 על ידי פרובוקטורים מסוימים נראית לי שהוצאה מהאוויר. מדענים בריטים עשו הכל באופן עקבי ודי הגיוני.
על פני השטח ניתן לזהות פעילות אלפא של פולוניום-210 באמצעות מונה אלפא, המשמש לרוב רק למטרות מיוחדות ולא לבדיקות שגרתיות לאיתור זיהום רדיואקטיבי. עם זאת, כדי לקבוע שהקרינה מתייחסת ספציפית לפולוניום-210, נדרש ציוד מורכב יותר, לרוב נייח - ספקטרומטר אלפא. ניתן לזהות בקלות פעילות בסדר גודל של 1 Bq (התפוררות בשנייה) על פני השטח. אם מתגלה פעילות אלפא, אזי מתבצעת הכנת דגימה (לדוגמה, באמצעות בידוד כימי) וקו בספקטרום האלפא של 5.3 MeV מזוהה בספקטרומטר אלפא, המאפיין את הרדיונוקליד האלפא-פעיל המסוים הזה.
תכונות כימיות
פולוניום יכול להתקיים בצורות כימיות שונות, אך במקרה זה סביר להניח שהוא נמצא בצורה של תרכובות מסיסות (למשל, חנקות, כלורידים, סולפטים), בעוד שחלק ניכר מהתמיסה יכול להיות גם בצורה קולואידית. חשוב שמתמיסות ניטרליות ומעט חומציות, פולוניום נספג במידה רבה על משטחים שונים, בפרט על מתכת וזכוכית (הספיחה המקסימלית היא ב-pH ~ 5). קשה לשטוף אותו לחלוטין בשיטות קונבנציונליות. לכן אין זה מפתיע כלל שהתגלו קומקום וספל שמהם נצרך פולוניום.
הפולוניום עצמו, בכמויות מיקרו, מתחיל לעבור סובלימציה רק בטמפרטורות של כ-300 מעלות צלזיוס. אבל הוא גם יכול לעבור לסביבה יחד עם אדי המים שבהם הוא מצוי, ובתוך כך עם גרעיני רתיעה.
פולוניום מתפזר די בקלות בפלסטיק ובחומרים אורגניים אחרים; מקורות המבוססים עליו עשויים בציפוי רב שכבתי. ואם האמפולה הייתה מופחתת, אז אפילו את העקבות הקטנים ביותר שלה ניתן לזהות באמצעות מונה אלפא.
פולוניום הוא יסוד רב ערכי, הנוטה ליצור קומפלקסים שונים, ויכול ליצור צורות כימיות שונות. בהקשר זה, חלק ממנו מתפשט די בקלות בסביבה הטבעית. לכן מובן שעקבות פולוניום התפשטו וניתן להשתמש בהם כדי להתחקות אחר מקור זיהום הפולוניום.
חשיפה ביולוגית ובטיחות קרינה
מחקרים ביולוגיים של השפעות הפולוניום על בעלי חיים בוצעו בארצנו בעיקר בשנות ה-60 במכון לביופיזיקה במעבדתו של פרופסור יו.י.מוסקלב, ישנם מספר פרסומים.
זה זמן רב ידוע שפולוניום-210 הוא אחד הרדיונוקלידים המסוכנים ביותר. רמות הנזק לבני אדם על ידי פולוניום-210 מוצגות בטבלה (נתונים מניסויים בבעלי חיים חושבו מחדש למסה של אדם).
הספיגה של חומר זה דרך מערכת העיכול מוערכת בין 5 ל-20%. דרך הריאות - זה יעיל יותר, אבל מתן כזה הוא מאוד לא נוח עבור הרעלה נסתרת, שכן זה יכול מאוד לזהם אחרים ומבצעים. רק כ-2% ליום נספגים דרך העור, וגם שימוש זה בפולוניום להרעלה אינו יעיל.
הפולוניום מופץ בכל איברי הגוף, אבל, כמובן, לא לגמרי באופן שווה. והוא מופרש מהגוף עם כל חומר ביולוגי: צואה, שתן, אז... זמן מחצית החיים, לפי מקורות שונים, הוא בין 50 ל-100 ימים. דווח על תאונה תעשייתית אחת בארצנו שגרמה למותו של אדם 13 ימים לאחר שנחשף ל-530 MBq (14 mCi) של פולוניום.
על פי נתונים עקיפים (בהתבסס על ההשפעה), כמות הפולוניום המוכנסת לליטוויננקו יכולה להיות (0.2-4) × 10 9 Bq (בקרל), כלומר, התפוררות בשנייה, לפי מסה היא 1-25 מיקרוגרם, כמות כמעט בלתי נראית.
אם פולוניום היה כלול בכוס תה, למשל ~10 9 Bq ל-100 גרם, אז עד 0.01-0.10 מ"ל עלול ליפול בטעות על אנשים היושבים בקרבת מקום כטיפות או אירוסולים, כלומר עד 10 5 -10 6 Bk . הדבר אינו מהווה סכנה חמורה לחיי אדם, למרות שהוא חורג מסטנדרטי הזיהום המותרים. כמות כזו ניתנת לזיהוי בקלות, ומתגלה גם פעילות בסדר גודל של 1 Bq.
בסיפור של ליטוויננקו, על פי הסוכנות להגנת הבריאות, התרחשו הדברים הבאים:
- 120 אנשים נחשפו ככל הנראה לפולוניום אך קיבלו מינון נמוך מ-6 mSv (מיליזיוורטים), שאינו מהווה סיכון בריאותי;
- 17 אנשים קיבלו מינון גבוה מ-6 mSv, אך לא משמעותי מספיק כדי לגרום למחלה כלשהי בעתיד הקרוב; העלייה בסיכון למחלה בעתיד הרחוק כנראה קטנה מאוד. המנה הגדולה ביותר, שבכל זאת לא הייתה מסכנת חיים, התקבלה באופן טבעי על ידי מרינה אשתו של אלכסנדר ליטוויננקו, איתה היה לו הכי הרבה קשר.
המינון המותר לאנשי מקצוע העובדים עם רדיואקטיביות ברוסיה הוא 20 mSv לשנה. המינונים השנתיים שמקבלים אנשים מקרינת רקע טבעית הם 1-10 mSv לשנה, ובמקומות מסוימים על פני כדור הארץ גבוהים בהרבה, והתמותה לא גדלה שם. רק חשיפה למינון אפקטיבי של יותר מ-200 mSv במהלך שנה נחשבת כמסוכנת. לפיכך, הטענות שהשימוש בפולוניום יצר איום גדול יותר על אחרים היא הגזמה.
העיתונות העלתה את השאלה האם פולוניום-210 שימש בעבר כחומר רעיל והאם ניתן לקבוע זאת. בפרט, הרעלים שבהם הם עשויים להרעיל את יו. שצ'קוצ'יקין וניסו להרעיל את א. פוליטקובסקיה נותרו עלומים. אם פולוניום-210 היה קיים במקרים אלה, הוא התכלה עם הזמן עד מתחת לרמות הרקע. עם זאת, אקסהומציה עשויה לגלות פולוניום-209, שיכול היה להיות קיים כטומאה (ראה לעיל).
ההשערה שיאסר ערפאת הורעל בפולוניום-210 לא אוששה כמעט. חלק מהעודף של פולוניום-210 יכול להיות מוסבר מסיבות טבעיות - שאיפת ראדון-222 במהלך שהותו הארוכה של המנהיג הפלסטיני בבונקר. פולוניום-210 הוא תוצר ריקבון של ראדון. בגופו של ערפאת נמצאה כמות מקבילה של עופרת-210, שהיא גם תוצר של ריקבון ראדון.
יישום
עד כה, פולוניום-210 שימש למטרות הבאות.
1. ליצור מקורות אנרגיה אוטונומיים הנוצרים כתוצאה מדעיכת אלפא. הלונוכוד הסובייטי וכמה מלווייני קוסמוס היו מצוידים במכשירים כאלה.
2. כמקור לנייטרונים, בפרט, ליוזמי פיצוץ גרעיני בפצצות אטום. ניוטרונים נוצרים כאשר הבריליום מוקרן בחלקיקי אלפא ומתחילים פיצוץ גרעיני כאשר המסה של אורניום-235 או פלוטוניום-239 מגיעה למסה קריטית. מקורות כאלה שימשו גם לניתוח הפעלת נויטרונים של דגימות וחומרים טבעיים.
3. כמקור לחלקיקי אלפא בצורת אפליקטורים לטיפול במחלות עור מסוימות. כיום זה כמעט לא משמש למטרות כאלה, מכיוון שיש רדיונוקלידים הרבה יותר מתאימים.
4. כמיינן אוויר במכשירים אנטי סטטיים, למשל Staticmaster, מתוצרת Calumet בארה"ב. חומרים אלה אינם מיוצאים לבריטניה, וכדי לחלץ את הפולוניום-210 הדרוש להרעלה, רבים מהמכשירים הללו יצטרכו לעבור עיבוד, מה שמצריך מעבדה רדיוכימית.
ממצאים הנוגעים למותו של ליטוויננקו
מסקנות בעלות אופי טכני שעשויות להיות משמעותיות לפתרון פשע ניתן לחלק לשתי קבוצות: די ברורות וכאלה שסבירות מאוד, אבל בשביל הצהרה חד משמעית נדרשת חקירה לא רק בבריטניה, אלא גם ברוסיה.
די ברור
1. פולוניום-210 הוא חומר רעיל לשימוש סמוי. ההבדל העיקרי שלו מחומרים רדיואקטיביים אחרים הוא הקושי בגילוי ראשוני. לפיכך, אין טעם להשתמש בו לצורך פרובוקציה, יש רדיונוקלידים הרבה יותר נגישים ומתאימים לכך.
2. פולוניום-210 הוא חומר שנוח לשינוע סמוי בכמויות מספיקות כדי לגרום להרעלה. זה גם קל להכניס אותו בסתר למשקה של אדם. שיטות מתן אחרות (למשל אירוסוליזציה או מתן עורי) הן פחות יעילות, לא אמינות, מורכבות ומסוכנות מאוד עבור המרעיל.
3. זיהום מקרי של פולוניום-210 ברשלנות הוא כמעט בלתי אפשרי, שכן מידת זיהום כזו דורשת כמות עצומה שיכולה להתקיים רק במקומות של ייצור המוני של פולוניום במפעל, וניתן לקבוע זאת בקלות לפי תפוצת הפולוניום. על גוף האדם.
4. אף אחת מההצהרות שנאמרו בפומבי על ידי רשויות החקירה בבריטניה אינה מכילה סתירות טכניות כלשהן.
סביר מאוד, אבל דורש אישור
1. סביר להניח שפולוניום-210 הופק ברוסיה. אפשר היה להביא אותו לבריטניה מרוסיה או מארה"ב, שם החומר מסופק באופן רשמי. מקורות אחרים אינם נשללים באופן עקרוני, אבל זה יהיה כמעט בלתי אפשרי להסתיר ייצור כזה. פולוניום-210 לא מיוצר בבריטניה במשך זמן רב.
2. הסרה ממכשירים אנטי סטטיים בארה"ב מצריכה מעבדה רדיוכימית מיוחדת, שקשה מאוד להסתיר אותה תחת מערכת הבקרה הנוכחית בארה"ב. במדינות אחרות, מכשירים אנטי-סטטיים כאלה אינם בשימוש כמעט.
3. בירור מקור הפולוניום באמצעות ניתוח אפשרי רק בנסיבות מסוימות (כמויות וריכוז מספיקים, היעדר עופרת רקע, חשיפה מספקת לפני ניתוח, זמינות של מפריד מסות מיוחד ודגימות להשוואה). בתנאים נוחים, ניתן גם לקבוע באיזה מחזור ייצור הוא הושג.
4. החומר לא נגנב. קשה מאוד לארגן זאת עם מערכת הבקרה הקיימת. בעבר נרשמו מספר עובדות על היעדר פולוניום, אך כולן נחשפו, שכן חשיפתן אינה מהווה בעיה גדולה.
פולוניום הוא יסוד כימי רדיואקטיבי מקבוצה VI של הטבלה המחזורית של היסודות. מספר אטומי 84. מסה אטומית 209. מסומן בסמל Po (lat. Polonium).
היסוד התגלה בשנת 1898 על ידי בני הזוג פייר קירי ומארי סקלודובסקה-קירי בתערובת שרף - עפרות אורניום. במקרה זה, יסוד 84 היה מרוכז בשבריר הביסמוט. הדגימה הראשונה של פולוניום המכילה 0.1 מ"ג של יסוד זה בודדה בשנת 1910. היסוד נקרא על שם מולדתה של מארי Skłodowska-Curie, פולין (לט. פולוניה). מ' קירי הציע כי הרדיואקטיביות המוגברת של כמה דגימות של עפרות שרף אורניום נובעת מנוכחותם של חומרים רדיואקטיביים אחרים, שעדיין לא ידועים, בעפרה. הדבר אושר, ומעפרות אורניום בודד תחילה יסוד חדש, מרוכז בתרכובות ביסמוט - פולוניום, ולאחר מכן יסוד הדומה לבריום - רדיום.
פולוניום קיים תמיד במינרלים של אורניום ותוריום. תכולת שיווי המשקל של פולוניום בקרום כדור הארץ היא 2·10–14% במסה. בעפרות אורניום, יחס שיווי המשקל בין אורניום לפולוניום הוא 1.9x10 10. המשמעות היא שבמינרלי אורניום יש כמעט פי עשרים מיליארד פחות פולוניום מאורניום (בשיווי משקל עם 1 גרם רדיום יש 0.2 מ"ג פולוניום).
תכולת הפולוניום בקרום כדור הארץ היא 2-10 -15%. ישנם שבעה איזוטופים של פולוניום, שנוצרים בכל שלוש המשפחות הרדיואקטיביות באופן טבעי במהלך דעיכת הנביעה (ראדון, תורון, אקטינון) או תוצרי ההתפרקות שלהם. כשהם מתפוררים, הם הופכים לאיזוטופים יציבים או רדיואקטיביים של עופרת. המקור העיקרי של 210 Po בסביבה הוא 222 Rn המשתחרר מהאדמה.
פולוניום (Po)
מספר אטומי 84
מראה מתכת אפורה כסופה
מסה אטומית (מסה מולרית) 208.9824 אמו. (גרם/מול)
רדיוס אטומי 176 בערב
תכונות תרמודינמיות
צפיפות 9.32 גרם/ס"מ³
קיבולת חום סגולית 0.125 J/(K mol)
נקודת התכה 527 K
חום היתוך (10) קילו-ג'יי/מול
נקודת רתיחה 1.235 K
חום אידוי (102.9) קילו ג'יי/מול
נפח מולארי 22.7 ס"מ³/מול
איזוטופים של פולוניום
בתחילת שנת 2006 ידועים 33 איזוטופים של פולוניום בטווח של מספרי מסה שבין 188 ל-220. (פולוניום הוא אחד היסודות הפוליאיזוטופיים ביותר). בנוסף, ידועים 10 מצבים נרגשים גרורתיים של איזוטופים פולוניום. איזוטופ בעל החיים הארוך ביותר 209 ל-Po (מיוצר באופן מלאכותי), יש זמן מחצית חיים של 102 שנים.
בעל החיים הארוך ביותר מבין האיזוטופים הטבעיים, פולוניום-210 (רדיונוקליד טבעי) הוא פולט אלפא טהור כמעט (T = 138.401 ימים), הנוצר בסדרה הרדיואקטיבית של אורניום-238. זהו אחד מהתוצרים של שאריות ראדון אקטיביות ארוכות חיים.
ברוב המוחץ של המקרים, 210 Po מתפרק למצב היסוד של 206 Pb עם פליטת חלקיקי אלפא באנרגיה של 5.3 MeV, ורק חלק זעיר (0.00122%) מ-210 Po מתפרק לתוך הנרגש (803 keV) ) מצב של 206 Pb, שמתפרק עם פליטת חלקיקי קרני גמא. quanta ניתן לזהות את קרינת הגמא הנלווית לדעיכת אלפא כזו רק בניסוי מדויק. האיזוטופ 210Po הוא לא רק בעל החיים הארוך ביותר מבין הטבעיים, כלומר. הקיימים על כדור הארץ, ולא הושגו באופן מלאכותי, איזוטופים של פולוניום, אבל גם הנפוצים ביותר. הוא נוצר כל הזמן עקב שרשרת של התפרקות איזוטופים שמתחילה ב-238 U ומסתיימת ב-206 Pb.
לפיכך, מקור הפולוניום-210 יכול להיות משקעי ראדון פעילים המצטברים באמפולות ראדון ישנות.
טון אחד של עפרות אורניום מכיל 100 מיקרוגרם של פולוניום. בעיקרון זה 210 פו. כל שאר האיזוטופים הטבעיים של פולוניום קטנים עוד יותר (ועל ידי רבים). ניתן לבודד פולוניום מעפרות אורניום במהלך עיבוד פסולת ייצור אורניום. עם זאת, על מנת להשיג כמות בולטת של פולוניום, יהיה צורך לעבד כמות מדהימה של פסולת כזו.
בנוסף ל-210 Po, לשני איזוטופים רדיואקטיביים מלאכותיים נוספים של פולוניום יש חיי מחצית חיים ארוכים יחסית - 208 Po (T = 2.898 שנים) ו-209 Po (T = 102 שנים). ניתן להשיג איזוטופים אלה על ידי הפצצת מטרות עופרת או ביסמוט עם אלומות מואצות בציקלוטרון של חלקיקי אלפא, פרוטונים או דוטרונים. לכל שאר האיזוטופים של הפולוניום יש זמן מחצית חיים מ-8.8 ימים (206 Po) עד שברירי מיקרו-שנייה
תכונות פיזיקליות וכימיות
פולוניום היא מתכת כסופה שזוהרת בחושך, מתמזגת ובעלת נקודת רתיחה נמוכה יחסית; נקודות ההיתוך והרתיחה שלו הן 254 ו-962 מעלות צלזיוס, בהתאמה.
השוואה של תכונות הפולוניום עם התכונות של גופרית, סלניום וטלוריום מחד, וביסמוט, עופרת ותליום מאידך, מראה שפולוניום מתכתי בתכונותיו הפיזיקליות נוטה יותר להידמות ליסודות השכנים בתקופה זו. (Bi) מאשר בקבוצה (Te ).
לפולוניום הטהור יש שני שינויים אלוטרופיים: צורת α בטמפרטורה נמוכה עם סריג מעוקב, וצורת β בטמפרטורה גבוהה עם סריג מעוין. מעבר הפאזה מצורה אחת לאחרת מתרחש ב-36 מעלות צלזיוס. מעניין שבטמפרטורת החדר, פולוניום שהוכן טרי נמצא בטמפרטורה גבוהה. הוא מחומם על ידי הקרינה שלו - חום משתחרר בדגימה עצמה כאשר חלקיקי α נפלטים מפולוניום. במראה, פולוניום דומה לכל מתכת רגילה. מבחינת התמזגות - עופרת וביסמוט. על פי תכונות אלקטרוכימיות - למתכות אצילות. לפי הספקטרום האופטי והרנטגן - רק לעצמו. ולפי התנהגותם בתמיסות - לכל שאר היסודות הרדיואקטיביים: הודות לקרינה מייננת בתמיסות המכילות פולוניום, נוצרים ומתפרקים ללא הרף אוזון ומי חמצן. השיטות הרלוונטיות ביותר להשגת פולוניום מתכתי הן פירוק תרמי של פולוניום גופרתי בוואקום ב-500-700 מעלות צלזיוס או סובלימציה בוואקום מפני השטח של אלקטרודות מתכת אצילות, שעליהן משתחרר פולוניום באלקטרוליזה.
הקוטר האטומי של פולוניום הוא 3.38A, צפיפות 9.392 גרם/סמ"ק (קצת פחות מזו של עופרת), m.p. 254 מעלות צלזיוס, בסיס 962°C, חום אידוי 24.597 קק"ל/מול. מקדם התפשטות ליניארית תרמית הוא 2.35*10 -5. ההתנגדות החשמלית לצורות α ו-β ב-0°C היא בהתאמה (μΩ.cm) 42 ו-44. מבחינת תכונות כימיות, פולוניום הוא אנלוגי ישיר של גופרית, סלניום וטלוריום. הוא מציג ערכיות של 2-, 2+, 4+, 6+, וזה טבעי למרכיב בקבוצה זו. היציב שבהם הוא Po4+.
פולוניום נספג היטב בחומרים שונים, בעיקר מתכות. יש לו תכונות אמפוטריות. יוצר הידרוקסידים קולואידים או מלחים בסיסיים בתמיסות אלקליות, ניטרליות או מעט חומציות.
פולוניום אלמנטרי מתחמצן באוויר. פולוניום דו חמצני (PoO 2)x ופולוניום חד חמצני PoO ידועים. פולוניום מגיב במהירות עם חמצן בחימום, ויוצר PoO2 דו חמצני ב-250 מעלות צלזיוס. בכמויות אינדיקטור התקבלו פולוניום טריאוקסיד חומצי PoO3 ומלחים של חומצת פולוניום, שאינה קיימת במצב חופשי, פולונטים K 2 PoO 4. עם הלוגנים, כאשר מחומם, פולוניום נותן טטרהאלידים RoG 4. אינו מקיים אינטראקציה עם מימן וחנקן. כאשר מחומם פולוניום מתכתי עם מתכות, נוצרים פולונידים, שהם איזומורפיים עם הטלורידים המקבילים. מתכת פולוניום מתמוססת בחומצות חנקתיות וחומצות הידרוכלוריות.
מתכת פולוניום מתמוססת בקלות בחומצה חנקתית מרוכזת (אך לא מדוללת), ומשחררת תחמוצות חנקן.
קַבָּלָה
ניתן לבודד את האיזוטופ 210 Po מעפרות אורניום כתוצר לוואי במהלך כריית הרדיום. בדרך כלל, 210 Po מתקבל מהאיזוטופ הרדיואקטיבי הארוך של עופרת 210 Pb (T = 23.3 שנים).
פולוניום מבודד ממלחי רדיום ומאמפולות ראדון ישנות על ידי מיצוי, החלפת יונים, כרומטוגרפיה או סובלימציה. ראשית, מופק RaD, אשר נשמר לצורך הצטברות פולוניום. לעתים קרובות, לצורך בידוד מיצוי של פולוניום, נעשה שימוש במסיסות הטובה של קומפלקסים קלאטים של יסוד זה בממיסים אורגניים (לדוגמה, תרכובות עם TTA, dithizone).
כדי להפריד בין RaD ו-Po, מתבצעת הפרדה אנודית של פולוניום על פלטינה, או שקיעה של PbS עם מימן גופרתי, כמו גם התגבשות של ברומידים מתמיסות מרוכזות של HBr. מיצוי יכול להתבצע על ידי מיצוי מחומצה הידרוכלורית עם ממיסים אורגניים (אצטילאצטון, טריבוטיל פוספט וכו'). לעתים קרובות, לצורך בידוד מיצוי של פולוניום, נעשה שימוש במסיסות הטובה של קומפלקסים קלאטים של יסוד זה בממיסים אורגניים (לדוגמה, תרכובות עם TTA, dithizone).
Po מתכתי מתקבל על ידי פירוק תרמי בוואקום של PoS sulfide או דו-חמצני (PoO 2)x ב-500 C. כדי לבודד פולוניום מכמויות גדולות של ביסמוט מוקרן, נעשה שימוש בסובלימציה ואקום, כמו גם בשיטות המבוססות על תהליכי מיצוי או משקעים משותפים של פולוניום עם נשאים של ביסמוט מותך. תהליך הפקת פולוניום מביסמוט מותך ב-400-500 מעלות צלזיוס עם נתרן הידרוקסיד באטמוספרה אינרטית הוא שיטה טכנולוגית להפקתו מביסמוט מוקרן. בשתי עקירות עוקבות, שיטה זו יכולה לשחזר 99.5% מהפולוניום.
בפועל, נוקליד הפולוניום 210 Po מסונתז באופן מלאכותי בכמויות גרם על ידי הקרנת 209 Bi טבעי עם נויטרונים בכורים גרעיניים. ה-210 Bi המתקבל הופך ל-210 Po עקב דעיכת β.
יישום
מקורות רדיואקטיביים של 210 Po משמשים הן במחקר מדעי והן בטכנולוגיה. תוך כדי עבודה על פרויקט מנהטן ליצירת פצצת האטום (ארה"ב), פולוניום
מקור הנייטרונים הבריליום היה אמור לשמש כפתיל לפצצת אטום. ניוטרונים במקור כזה מתקבלים כתוצאה מאינטראקציה של חלקיקי אלפא מהתפרקות של 210 Po עם בריליום, התגובה 9 Be(,n). עם זאת, החלטה זו נזנחה מאוחר יותר.
פולוניום משמש לייצור מקורות נויטרונים קומפקטיים וחזקים מאוד שאין להם קרינת γ. לשם כך, הוא מתמזג עם אלמנט שיש לו איזוטופים עם חתך גבוה של התגובה (α,n), למשל, עם בריליום או בורון. מדובר באמפולות מתכת אטומות המכילות טבלית קרמית מצופה פולוניום-210 עשויה בורון קרביד או בריליום קרביד. מקורות נויטרונים כאלה הם קלים וניידים, בטוחים לחלוטין לתפעול ואמינים מאוד. לדוגמה, אמפולת פליז בקוטר שניים ובגובה של ארבעה סנטימטרים מייצרת עד 90 מיליון נויטרונים בכל שנייה. מחוללי נויטרונים פולוניום-בריליום משמשים כמקורות אנרגיה בחקר החלל. מחוללי חשמל איזוטופיים המשתמשים ב-210 Po שימשו בהצלחה בלווייני התקשורת Kosmos-84 ו-Kosmos-85.
שחרור האנרגיה הספציפי של פולוניום הוא גבוה - 140 וואט/גרם. קפסולה המכילה 0.5 גרם פולוניום,מתחמם עד 500מעלות צלזיוס (1 ס"מ 3 210 Rho מייצר חום של 1320 W). כוח זה גבוה מאוד; הוא מביא בקלות את הפולוניום למצב מותך, וזו הסיבה שהוא מתמזג, למשל, עם עופרת. ולמרות לסגסוגות הללו יש צפיפות אנרגיה נמוכה באופן ניכר (150 W/cm 3 ), עם זאת נוח יותר לשימוש ובטוח.
סגסוגות כאלה משמשות ליצירת מקורות תרמו-אלקטריים, המשמשים במיוחד בחלליות. לדוגמה, לרובר הירחי הסובייטי היה מחמם פולוניום לחימום תא המכשירים.
פולוניום משמש גם במכשירים להסרת חשמל סטטי. חלק מהמכשירים מסוג זה עשויים להכיל פולוניום בפעילות של עד 500 µCi (כ-0.1 מיקרוגרם). סכום זה מספיק תיאורטית כדי להרוג 5,000 אנשים. פולוניום-210 יכול לשרת בסגסוגת עם ליתיום-6, חומר שיכול להפחית משמעותית את המסה הקריטית של מטען גרעיני ולשמש מעין נפץ גרעיני. לכן, פולוניום הוא מתכת אסטרטגית, יש לקחת בחשבון בקפדנות רבה, ואחסנתו חייבת להיות בשליטה של המדינה בשל איום הטרור הגרעיני.
פולוניום משמש גם בסגסוגות האלקטרודות של מצתים לרכב עבורהפחתת מתח הניצוץ, כמו גם לניתוח הפעלת α. כמויות קטנות של פולוניום משמשות לחקר תהליכי קרינה-כימיים בנוזלים תחת השפעת קרינת α על אורגניזמים חיים.
היבטים סניטריים
כאשר עובדים עם פולוניום, אתה צריך להיות זהיר במיוחד - זה אחד הרדיואלמנטים המסוכנים ביותר. למרות שפולוניום-210 פולט חלקיקי אלפא בלבד, אסור לטפל בו; התוצאה תהיה נזקי קרינה לעור ואולי גם לגוף כולו: פולוניום חודר די בקלות דרך העור. יסוד מס' 84 מסוכן גם במרחק העולה על אורך הנתיב של חלקיקי אלפא. התרכובות שלו מתחממות מעצמן, הופכות לארוסוליות ומזהמות את האוויר. לכן, הם עובדים עם פולוניום רק בקופסאות אטומות.
עם אותו משקל, 210 Po הוא 2.5 * 10 פי 11 יותר רעיל מחומצה הידרוציאנית. פעם אחת בגוף האדם, פולוניום מתפשט בכל הרקמות דרך זרם הדם. פולוניום מופרש מהגוף בעיקר דרך צואה ושתן. רובו מופרש בימים הראשונים. תוך 50 יום, כמחצית מהפולוניום שנכנס לגוף מסולק. נוכחות פולוניום אצל אנשים הנגועים בו מזוהה על ידי קרינת הגמא החלשה של ההפרשות. בליעה של מאה אלפית המיליגרם של פולוניום בגוף האדם מובילה למוות ב-50% מהמקרים. פולוניום היא מתכת נדיפה מאוד; באוויר, 50% ממנה מתאדים תוך 45 שעות בטמפרטורה של 55 מעלות צלזיוס.
טוען...
