Полоний. Свойства полония

Полоний-210 вызывает совершенно четкую ассоциацию с радиацией. И это совсем не зря, поскольку он крайне опасен.

История открытия

Его существование было предсказано еще в 1889 году Менделеевым, когда тот создал свою знаменитую периодическую таблицу. На практике же этот элемент под номером 84 был получен девятью годами позже усилиями супругов Кюри, изучавших явление радиации. пыталась выяснить причину сильного излучения, исходящего от некоторых минералов, а потому начала работу с несколькими образцами пород, обрабатывая их всеми доступными ей способами, деля на фракции и отбрасывая ненужное. В результате она получила новое вещество, ставшее аналогом висмута и третьим открытым радиоактивным элементом после урана и тория.

Несмотря на удачные результаты эксперимента, Мария не спешила говорить о своей находке. проведенный коллегой супругов Кюри, также не дал оснований говорить об открытии нового элемента. Тем не менее в докладе на заседании Парижской академии наук в июле 1898 года супруги сообщили о предположительном получении вещества, проявляющего свойства металла и предложили назвать его полонием в честь Польши - родины Марии. Это был первый и единственный в истории случай, когда еще не выделенный достоверно элемент уже получил название. Ну а первый образец появился лишь в 1910 году.

Физические и химические свойства

Полоний представляет собой сравнительно мягкий серебристо-белый металл. Он настолько радиоактивен, что светится в темноте и постоянно нагревается. При этом температура его плавления чуть выше, чем у олова - всего 254 градуса Цельсия. Металл очень быстро окисляется на воздухе. При низких температурах образует одноатомную простую кубическую кристаллическую решетку.

По своим химическим свойствам полоний очень близок к своему аналогу - теллуру. Кроме того, на характер его соединений большое влияние имеет высокий уровень радиации. Так что реакции с участием полония могут быть весьма зрелищными и интересными, хоть и довольно опасными с точки зрения пользы для здоровья.

Изотопы

Всего науке на данный момент известно 27 (по другим источникам - 33) форм полония. Ни одна из них не является стабильной, и все они радиоактивны. Наиболее тяжелые из изотопов (с порядковыми числами от 210 до 218) в небольшом количестве встречаются в природе, остальные могут быть получены только искусственными путями.

Радиоактивный полоний-210 - наиболее долгоживущий из природных форм. Он содержится в небольшом количестве в радиево-урановых рудах и образуется за счет цепочки реакций, начинающейся с U-238 и длящейся примерно 4,5 миллиарда лет, если говорить про период полураспада.

Получение

В 1 тонне содержится изотоп полоний-210 в количестве, равном примерно 100 микрограммам. Их можно выделить при обработке отходов производства, однако для получения более или менее значительного объема элемента пришлось бы обработать огромное количество материала. Гораздо более простым и эффективным способов является синтез с помощью облучения нейтронами природного висмута в ядерных реакторах.

В результате после еще некоторых процедур получается полоний-210. Изотопы 208 и 209 также можно получить, если облучать висмут или свинец ускоренными пучками альфа-частиц, протонов или дейтронов.

Радиоактивность

Полоний-210, как и остальные изотопы, является альфа-излучателями. Группа более тяжелых также испускает гамма-лучи. Несмотря на то что изотоп 210 является источником только альфа-частиц, он достаточно опасен, его нельзя брать руками и даже приближаться на близкое расстояние, поскольку, разогреваясь, он переходит в аэрозольное состояние. Крайне опасно также попадание полония внутрь с дыханием или пищей. Именно поэтому работа с этим веществом проходит в специальных герметичных боксах. Любопытно, что этот элемент около полувека назад был обнаружен в табачных листьях. Период распада полония-210 по сравнению с другими изотопами достаточно велик, а потому он может накопиться в растении и впоследствии навредить здоровью курильщика еще больше. Тем не менее, любые попытки извлечь из табака это вещество оказались безуспешными.

Опасность

Поскольку полоний-210 испускает лишь альфа-частицы, соблюдая определенные меры предосторожности, бояться работы с ним не следует. Длина пробега этих волн редко превышает десяток сантиметров, кроме того, они обычно не могут проникнуть сквозь кожу.

Однако, оказавшись внутри организма, они наносят ему огромный вред. При попадании в кровь он быстро разносится по всем тканям - уже через несколько минут его присутствие можно заметить во всех органах. Прежде всего он присутствует в почках и печени, но в общем и целом он распределяется довольно равномерно, чем и можно объяснить его высокое общее поражающее действие.

Токсичность полония настолько велика, что даже небольшие дозы вызывают хроническую лучевую болезнь и смерть через 6-11 месяцев. Основные пути выведения из организма - через почки и ЖКТ. Наблюдается зависимость от способа попадания. Период полувыведения составляет от 30 до 50 дней.

Случайное отравление полонием совершенно невозможно. Для получения достаточного количества вещества необходимо иметь доступ к ядерному реактору и намеренно подложить изотоп жертве. Сложность диагностики заключается также в том, что известно лишь несколько случаев за всю историю. Первой жертвой считается дочь первооткрывателей полония - Ирен Жолио-Кюри, которая в ходе исследований разбила капсулу с веществом в лаборатории и скончалась спустя 10 лет. Еще два случая приходятся на XXI век. Первый из них - нашумевшее дело Литвиненко, скончавшегося в 2006 году, а второй - смерть Ясера Арафата, в вещах которого были найдены следы радиоактивного изотопа. Тем не менее окончательный диагноз так и не был подтвержден.

Распад

Одним из наиболее долгоживущих изотопов, наряду с 208 и 209, является полоний-210. (то есть времени, за которое количество радиоактивных частиц уменьшается вдвое) у первых двух составляет соответственно 2,9 и 102 года, а у последнего 138 дней и 9 часов. Что касается остальных изотопов, время их жизни исчисляется в основном минутами и часами.

Сочетание различных свойств полония-210 делает его наиболее удобным из ряда для использования в различных сферах жизни. Находясь в специальной металлической оболочке, он уже не может навредить здоровью, но способен отдать свою энергию на благо человечества. Итак, для чего используется полоний-210 сегодня?

Современное применение

По некоторым данным, около 95% производства полония сосредоточено в России, причем в год синтезируется примерно 100 граммов вещества, и почти все оно экспортируется в США.

Существует несколько сфер, в которых применяется полоний-210. Прежде всего это космические аппараты. При своих компактных размерах он незаменим как прекрасный источник энергии и тепла. Несмотря на то что примерно каждые 5 месяцев его эффективность снижается вдвое, более тяжелые изотопы являются гораздо более дорогостоящими в производстве.

Кроме того, полоний совершенно незаменим в ядерной физике. Он широко применяется в изучении влияния альфа-излучения на другие вещества.

Наконец, еще одной областью применения является производство устройств для снятия статического электричества как для промышленности, так и для домашнего использования. Даже удивительно, как такой опасный элемент может стать чуть ли не кухонной утварью, будучи заключен в надежную оболочку.

Научные аспекты дела Литвиненко для ТрВ-Наука проанализировал докт. хим. наук, зав. лабораторией радиоизотопного комплекса Института ядерных исследований РАН

Страсти вокруг загадочной смерти Александра Литвиненко не утихают. Наконец-то в Лондоне начались общественные слушания по его делу. И сравнительно недавно интерес к этой теме был подогрет предположением, что аналогичным образом был умерщвлен палестинский лидер Ясир Арафат. Благодаря этому широкая публика хоть что-то узнала о радиоактивных изотопах и их возможном применении, впрочем весьма однобоко.

В свое время мне пришлось комментировать это дело во многих российских и зарубежных изданиях, радио- и телепередачах. Но массмедиа - не самая подходящая площадка для обсуждения научных аспектов этой интересной проблемы: вопрос слишком политизирован. Люди выдвигают самые фантастические версии, совершенно не утруждая себя никакими доказательствами. В то же время имеется ряд научных публикаций, в которых обсуждаются разные, в первую очередь медицинские, аспекты . Этот вопрос поднимался и на ряде научных конференций по получению и применению изотопов, в которых я принимал участие.

Здесь я кратко изложу следующий аспект: получение и свойства полония-210, которые могут быть связаны с отравлением А. Литвиненко. Ряд российских «экспертов» выражали удивление, почему именно это вещество было использовано, и многим было непонятно, каким образом оно было использовано. В частности, Лев Фёдоров, докт. хим. наук, президент Союза за химическую безопасность, в эфире «Эха Москвы» говорил: «Как можно отравить полонием-210? Вот это я ума не приложу... Вот если бы я думал, как бы человека отравить, то самым последним по счету я бы назвал полоний... Естественно, человек, который бы это тащил через границы, он должен был тащить в свинцовом контейнере» .

Ряд иных экспертов пытались обосновать свои выводы исходя из общих соображений. Так, известный банкир Александр Лебедев, сам бывший работник КГБ, утверждал в нашей с ним публичной дискуссии на телеканале НТВ («Воскресный вечер с Владимиром Соловьёвым», 3 декабря 2006 года): «Уверяю вас, что никакой возможности сегодня допустить, чтобы наши спецслужбы занимались подобными вещами, нет вообще ни малейшей... Потому что за этим обязательно последует уголовное наказание».

Отставим в сторону политические аспекты, кому это было выгодно или не выгодно. Давайте разберемся, почему использовали именно полоний?

Получение полония-210

Основной способ получения полония-210 - облучение висмута медленными нейтронами на ядерном реакторе (см. рис. 1). Затем необходимо химически выделить полоний из облученного висмута. Это можно делать методом возгонки (так как полоний обладает сравнительно высокой летучестью при повышенных температурах), электрохимическим или другими методами. Произведенный этим способом полоний-210 очень дешев. Разговоры о его дороговизне не соответствуют действительности. Другое дело его доступность.

В технологии есть еще и третий этап, это приготовление источника излучения для конечного применения. Источники могут быть разного типа. В данном конкретном случае полоний надо поместить в капсулу, лучше всего с многослойной оболочкой (чтобы избежать проникновения полония). Для отравления надо либо раскрыть эту капсулу, чтобы содержимое попало в питье, либо, что гораздо более удобно, изготовить миниатюрную ампулу с растворимой оболочкой, это не сложно.

Впервые полоний в чистом виде в Советском Союзе был получен в НИИ-9 (ныне - Высокотехнологический научно-исследовательский институт неорганических материалов имени А. А. Бочвара), который являлся лидером в исследовании этого элемента. Работы проводились под руководством нашего выдающегося ученого Зинаиды Васильевны Ершовой .

Можно ли определить происхождение полония техническим способом? Теоретически это возможно, но практически очень трудно. Каждый ядерный реактор (в определенном канале облучения) характеризуется своим нейтронным спектром. Наличие быстрых нейтронов приводит к образованию наряду с полонием-210 (период полураспада - 138,4 дня) небольших количеств полония-209 (период полураспада - 102 года, энергия альфа-частиц - 4,9 МэВ) по ядерной реакции (n, 2n) из накопленного полония-210, а также еще в меньших количествах полония-208 (2,9 года).

Таким образом, по таким «ядерным часам» в принципе можно определить место и дату производства полония. Однако сделать это непросто, а в определенных случаях и невозможно. Это зависит от того, какое количество полония и где было найдено: важно соотношение между образовавшимся из полония-210 стабильным свинцом-206 и фоновым свинцом, содержание которого в природной смеси изотопов составляет 24,1%. Потребуется специальный масс-сепаратор для разделения изотопов полония (или большая выдержка для распада полония-210), а также калибровочные образцы полония из реактора, изготовленные в том же режиме облучения.

Российский полоний производят во ВНИИ экспериментальной физики в г. Сарове. Облучение висмута на реакторе осуществляется, видимо, в другом месте - П/О «Маяк» в г. Озёрске Челябинской области. Метод получения полония-210 не является секретным, поэтому его могут производить на любых других реакторах, где имеется специальный канал для облучения мишеней с целью получения изотопов. Такие реакторы находятся в нескольких странах мира. Энергетические реакторы, как правило, для этого не подходят, хотя некоторые из них имеют канал для облучения мишеней. Сообщалось, что более 95% полония-210 производят в России.

Существуют еще и другие методы получения полония, однако они сейчас практически не используются, так как гораздо менее производительны и более дороги. Один из этих методов, использовавшийся еще Марией Кюри, - химическое выделение из урановых руд (полоний-210 содержится в цепочке распада урана-238). Собственно, полоний в 1898 году так и был открыт. Также полоний-210 можно получить и на ускорителях заряженных частиц по ядерным реакциям 208 Pb(A, 2n) или 209 Bi(d, n). При этом для получения полония-210 годится далеко не любой ускоритель. Для этого нужен ускоритель альфа-частиц или дейтронов. Таких ускорителей в мире не так много. Есть они и в России, и в Великобритании. Однако, насколько мне известно, в Британии ускоритель фирмы Amersham уже давно не настроен на альфа-частицы и постоянно работает исключительно на производство медицинских изотопов для диагностики. В ряде мест за рубежом, которые я посещал, коллеги мне говорили, что их установки инспектировались на предмет того, производился ли на них полоний.

В свое время А/О «Техснабэкспорт» продавал полоний-210 в Великобританию (фирме Reviss). Но это было за пять лет до печальных событий, и, как мне сообщили коллеги, фирму после этого очень тщательно проверяли. Из США и России изделия, содержащие полоний, официально в Великобританию не поставляются. Полоний-210 раньше получали в Национальной лаборатории Oak Ridge (США), но сейчас в значительных количествах его там не производят, а, наоборот, получают некоторое количество из России.

Работа и реакторов, и ускорителей строго контролируется. Если кто-то всё же и задумает произвести полоний нелегально, при существующей системе контроля это легко можно раскрыть.

Ядерно-физические свойства

Как уже упоминалось, период полураспада полония - 138,4 дня. Это значит, что каждые 138 дней его активность уменьшается в 2 раза, а за два года - примерно в 40 раз. Такой период полураспада весьма удобен для применения радионуклида в качестве яда.

Полоний-210 при распаде испускает альфа-частицы с энергией 5,3 МэВ, которые имеют небольшой пробег в твердых веществах. Например, алюминиевая фольга толщиной десятки микрон полностью поглощает такие альфа-частицы. Гамма-излучение, которое можно было бы зарегистрировать счетчиками Гейгера, чрезвычайно слабое: испускаются гамма-кванты с энергией 803 кэВ с выходом только 0,001% на распад. Полоний-210 имеет наинизшую гамма-постоянную из всех распространенных альфа-активных радионуклидов. Так, у америция-241 (широко применяется, например, в детекторах дыма) гамма-постоянная - 0,12, а у Po - 5·10 –5 Р×см 2 /ч×мКи (где Р - рентген, мКи - милликюри). При этом дозовый коэффициент и, следовательно, радиотоксичность вполне сравнимы.

Таким образом, даже без защитной оболочки достаточное для отравления количество полония-210 обнаружить дистанционно с помощью обычного счетчика чрезвычайно сложно, так как уровень излучения сравним с природным фоном (см. рис. 2). Таким образом, полоний-210 очень удобен для тайной транспортировки, и нет нужды даже использовать свинцовые контейнеры. Однако при транспортировке необходимо соблюдать особую осторожность, чтобы избежать разгерметизации контейнера (см. ниже).

Полоний-210 совсем не целесообразно использовать для провокаций, так как он может быть обнаружен только с помощью специальной аппаратуры, которая в обычных случаях не используется.

Гамму-линию 803 кэВ можно обнаружить только в результате длительных измерений при использовании хорошего гамма-спектрометра, причем полупроводниковый детектор должен располагаться очень близко к источнику. Имеются данные, что именно так вначале и нашли повышенную радиоактивность в Литвиненко, но сначала излучение было ошибочно приписано радиоактивному таллию (таллий-206), который получается при распаде висмута-210м (см. схему на рис. 1).

Об этом сообщалось в Интернете еще до того, как полоний был идентифицирован. Но потом эта версия была признана ошибочной, так как этот изотоп висмута имеет слишком большой период полураспада, и стали рассматривать возможность наличия других альфа-излучателей. После этого проанализировали мочу на наличие альфа-активных радионуклидов и обнаружили полоний, притом в громадных количествах. Предположение о том, что британским экспертам «подсказали» про полоний-210 некие провокаторы, мне кажется взятым с потолка. Британскими учеными всё делалось последовательно и достаточно логично.

На поверхности альфа-активность полония-210 может быть обнаружена с помощью альфа-счетчика, который используют обычно только в специальных целях, а не при рутинных проверках на радиоактивные загрязнения. Однако чтобы определить, что излучение относится именно к полонию-210, требуется более сложная аппаратура, обычно стационарная, - альфа-спектрометр. Активность порядка 1 Бк (распад в секунду) на поверхности может быть легко зарегистрирована. Если альфа-активность обнаружена, затем уже производят пробоподготовку (например, с помощью химического выделения) и на альфа-спектрометре детектируют линию в альфа-спектре 5,3 МэВ, характеризующую именно этот альфа-активный радионуклид.

Химические свойства

Полоний может существовать в разных химических формах, но в данном случае наиболее вероятно его нахождение в виде растворимых соединений (например, нитраты, хлориды, сульфаты), при этом в значительной части в растворе он может находиться и в коллоидной форме. Важно, что из нейтральных и слабокислых растворов полоний в значительной мере сорбируется на различных поверхностях, в частности на металле и стекле (максимум сорбции - при pH~5). Полностью отмыть его обычными методами трудно. Поэтому совершенно не удивительно, что были обнаружены чайник и чашка, из которых полоний потребляли.

Собственно полоний в микроколичествах начинает возгоняться только при температурах около 300°C. Но он может переходить в окружающую среду также вместе с парами воды, в которой он содержится, и в процессе с ядрами отдачи.

Полоний достаточно легко диффундирует в пластике и других органических веществах, источники на его основе изготавливают с многослойным покрытием. А уж если ампула была разгерметизирована, то с помощью альфа-счетчика могут быть обнаружены даже самые мельчайшие его следы.

Полоний - поливалентный элемент, склонный к образованию различных комплексов, и может образовывать разные химические формы. В связи с этим часть его довольно легко распространяется в природной среде. Поэтому вполне понятно, что следы полония распространились, и по ним можно отследить источник загрязнения полонием.

Биологическое воздействие и радиационная безопасность

Биологические исследования воздействия полония на животных проводились в нашей стране в основном в 60-х годах в Институте биофизики в лаборатории профессора Ю. И. Москалева, имеется несколько публикаций.

Давно известно, что полоний-210 - один из наиболее опасных радионуклидов . Уровни поражения человека полонием-210 приведены в таблице (данные по опытам с животными пересчитаны нами на массу человека).

Усваиваемость этого вещества через желудочно-кишечный тракт оценивается от 5 до 20%. Через легкие - более эффективно, но такое введение крайне неудобно для скрытого отравления, так как при этом можно очень сильно загрязнить окружающих и исполнителей. Через кожу всасывается только около 2% в день, и такое использование полония для отравления также малоэффективно.

Полоний распределяется в организме по всем органам, но, конечно, не вполне равномерно. А выводится из организма с любыми биологическими субстанциями: калом, мочой, потом... Период полувыведения, по разным данным, от 50 до 100 дней. Сообщалось об одном несчастном случае на производстве в нашей стране, который привел к гибели человека через 13 дней после попадании в него 530 МБк (14 мКи) полония.

По косвенным данным (по оказанному воздействию), количество полония, введенного в Литвиненко, могло составлять (0,2–4)×10 9 Бк (беккерелей), то есть распадов в секунду, по массе это 1–25 мкг, практически невидимое количество.

В случае, если полоний содержался в чашке чая, например ~10 9 Бк в 100 г, то на рядом сидящих людей в качестве капель или аэрозолей случайно могло попасть до 0,01–0,10 мл, то есть до 10 5 –10 6 Бк. Это не представляет серьезной опасности для жизни человека, хотя и превышает допустимые нормы загрязнения. Такое количество легко может быть обнаружено, обнаруживается и активность порядка 1 Бк.

В истории с Литвиненко, по сообщению Health Protection Agency , произошло следующее:

• 120 человек, вероятно, контактировали с полонием, но получили дозу ниже 6 мЗв (миллизивертов), что не составляет никакого риска для здоровья;
• 17 человек получили дозу выше 6 мЗв, но не столь существенную, чтобы вызвать какие-то болезни в ближайшее время, увеличение риска заболевания в отдаленном будущем, вероятно, очень мало. Наибольшую дозу, тем не менее не опасную для жизни, получила, естественно, жена Александра Литвиненко Марина, с которой он контактировал больше всего.

Допустимая доза для профессионалов, работающих с радиоактивностью, составляет в России 20 мЗв/год. Годовые дозы, получаемые людьми от естественного фонового излучения, составляют 1–10 мЗв/год, а в некоторых местах на Земле - намного больше, и смертность там не повышенная. Лишь облучение эффективной дозой свыше 200 мЗв в течение года рассматривается как потенциально опасное. Таким образом, заявления о том, что применение полония создало большую угрозу для окружающих, является преувеличением.

В прессе поднимался вопрос, применяли ли полоний-210 в качестве отравляющего вещества раньше и можно ли это установить. В частности, остались неизвестными яды, которыми, возможно, отравили Ю. Щекочихина и пытались отравить А. Политковскую. Если в этих случаях и присутствовал полоний-210, то за прошедшее время он распался до уровня ниже фонового. Однако при эксгумации может быть обнаружен полоний-209, который мог бы присутствовать в качестве примеси (см. выше).

Гипотеза об отравлении Ясира Арафата полонием-210 практически не подтвердилась. Некоторый избыток полония-210 может быть объяснен естественными причинами - вдыханием радона-222 во время долгого нахождения палестинского лидера в бункере. Полоний-210 является продуктом распада радона. В теле Арафата обнаружено соответствующее количество свинца-210, который тоже является продуктом распада радона.

Применение

До сих пор полоний-210 применяли в следующих целях.

1. Для создания автономных источников энергии, генерируемой в результате альфа-распада. Советский «Луноход» и некоторые спутники серии «Космос» были оснащены такими устройствами.

2. Как источник нейтронов, в частности, для инициаторов ядерного взрыва в атомных бомбах. Нейтроны образуются при облучении бериллия альфа-частицами и инициируют ядерный взрыв, когда масса урана-235 или плутония-239 делается критической. Также такие источники использовали для нейтронно-активационного анализа природных образцов и материалов.

3. Как источник альфа-частиц в виде аппликаторов для лечения некоторых кожных заболеваний. Сейчас его практически не используют для подобных целей, так как существуют гораздо более подходящие радионуклиды.

4. Как ионизатор воздуха в антистатических устройствах, например Staticmaster, производимых фирмой Calumet в США. Эти материалы в Великобританию не экспортируют, и для извлечения полония-210, нужного для отравления, пришлось бы переработать много таких устройств, для чего необходима радиохимическая лаборатория.

Выводы, относящиеся к смерти Литвиненко

Выводы технического характера, которые могут оказаться существенными для раскрытия преступления, можно разделить на две группы: вполне определенные и те, которые весьма вероятны, но для однозначного утверждения требуется проведение расследования не только в Великобритании, но и в России.

Вполне определенные

1. Полоний-210 - отравляющее вещество для скрытого применения. Главное его отличие от других радиоактивных веществ - трудность первоначального обнаружения. Соответственно, бессмысленно его использование для провокации, есть гораздо более доступные и подходящие для этого радионуклиды.

2. Полоний-210 - вещество, которое удобно скрытно транспортировать в количествах, достаточных для отравления. Также его легко скрытно ввести в питье человека. Другие методы введения (например, распыление в воздухе или введение через кожный покров) менее эффективны, ненадежны, сложны и очень опасны для отравителя.

3. Случайное загрязнение полонием-210 по неосторожности практически невероятно, так как для такой степени загрязнения необходимо огромное количество, которое может существовать только в местах массового производства полония на заводе, и это легко можно определить по распределению полония на теле человека.

4. Ни одно из обнародованных утверждений следственных органов Великобритании не содержит технических противоречий.

Весьма вероятные, но требуют подтверждения

1. Наиболее вероятно, что полоний-210 произведен в России. Он мог быть привезен в Великобританию из России или США, куда это вещество официально поставляется. Другие источники в принципе не исключены, но скрыть такое производство было бы практически невозможно. В Великобритании полоний-210 уже давно не производят.

2. Извлечение из антистатических устройств в США требует специальной радиохимической лаборатории, которую крайне трудно скрыть при существующей в США системе контроля. В других странах такие антистатические устройства практически не используются.

3. Установить происхождение полония путем проведения анализов можно только при определенных обстоятельствах (достаточные количества и концентрация, отсутствие фонового свинца, достаточная выдержка перед анализом, наличие специального масс-сепаратора и образцов для сравнения). При благоприятных условиях можно установить также и то, в каком производственном цикле он был получен.

4. Вещество не было похищено. Это крайне трудно организовать при существующей системе контроля. Ранее было зафиксировано несколько фактов пропажи полония, но все они раскрыты, так как раскрыть их не представляет большой проблемы.

Содержание статьи

ПОЛОНИЙ – радиоактивный химический элемент VI группы периодической системы, аналог теллура. Атомный номер 84. Не имеет стабильных изотопов. Известно 27 радиоактивных изотопов полония с массовыми числами от 192 до 218, из них семь (с массовыми числами от 210 до 218) встречаются в природе в очень малых количествах как члены радиоактивных рядов урана, тория и актиния,остальные изотопы получены искусственно. Наиболее долгоживущие изотопы полония – искусственно полученные 209 Ро (t 1/2 = 102 года) и 208 Ро (t 1/2 = 2,9 года), а также содержащийся в радиево-урановых рудах 210 Ро (t 1/2 = 138,4 сут). Содержание в земной коре 210 Ро составляет всего 2·10 –14 %; в 1 т природного урана содержится 0,34 г радия и доли миллиграмма полония-210. Самый короткоживущий из известных изотопов полония – 21З Ро (t 1/2 = 3·10 –7 с). Самые легкие изотопы полония – чистые альфа-излучатели, более тяжелые одновременно испускают альфа- и гамма-лучи. Некоторые изотопы распадаются путем электронного захвата, а самые тяжелые проявляют также очень слабую бета-активность (см . РАДИОАКТИВНОСТЬ). Разные изотопы полония имеют исторические названия, принятые еще в начале 20 в., когда их получали в результате цепочки распадов из «родительского элемента»: RaF (210 Po), AcC" (211 Po), ThC" (212 Po), RaC" (214 Po), AcA (215 Po), ThA (216 Po), RaA (218 Po).

Открытие полония.

Существование элемента с порядковым номером 84 было предсказано Д.И.Менделеевым в 1889 – он назвал его двителлуром (на санскрите – «второй» теллур) и предположил, что его атомная масса будет близка к 212. Конечно, Менделеев не мог предвидеть, что этот элемент окажется неустойчивым. Полоний – первый радиоактивный элемент, открытый в 1898 супругами Кюри в поисках источника сильной радиоактивности некоторых минералов (см . РАДИЙ). Когда оказалось, что урановая смоляная руда излучает сильнее, чем чистый уран, Мария Кюри решила выделить из этого соединения химическим путем новый радиоактивный химический элемент. До этого было известно только два слабо радиоактивных химических элемента – уран и торий. Кюри начала с традиционного качественного химического анализа минерала по стандартной схеме, которая была предложена немецким химиком-аналитиком К.Р.Фрезениусом (1818–1897) еще в 1841 и по которой многие поколения студентов в течение почти полутора веков определяли катионы так называемым «сероводородным методом». Вначале у нее было около 100 г минерала; затем американские геологи подарили Пьеру Кюри еще 500 г. Проводя систематический анализ, М.Кюри каждый раз проверяла отдельные фракции (осадки и растворы) на радиоактивность с помощью чувствительного электрометра, изобретенного ее мужем. Неактивные фракции отбрасывались, активные анализировались дальше. Ей помогал один из руководителей химического практикума в Школе физики и промышленной химии Густав Бемон.

Прежде всего, Кюри растворила минерал в азотной кислоте, выпарила раствор досуха, остаток растворила в воде и пропустила через раствор ток сероводорода. При этом выпал осадок сульфидов металлов; в соответствии с методикой Фрезениуса, этот осадок мог содержать нерастворимые сульфиды свинца, висмута, меди, мышьяка, сурьмы и ряда других металлов. Осадок был радиоактивным, несмотря на то, что уран и торий остались в растворе. Она обработала черный осадок сульфидом аммония, чтобы отделить мышьяк и сурьму – они в этих условиях образуют растворимые тиосоли, например, (NH 4) 3 AsS 4 и (NH 4) 3 SbS 3 . Раствор не обнаружил радиоактивности и был отброшен. В осадке остались сульфиды свинца, висмута и меди.

Не растворившуюся в сульфиде аммония часть осадка Кюри снова растворила в азотной кислоте, добавила к раствору серную кислоту и выпарила его на пламени горелки до появления густых белых паров SO 3 . В этих условиях летучая азотная кислота полностью удаляется, а нитраты металлов превращаются в сульфаты. После охлаждения смеси и добавления холодной воды в осадке оказался нерастворимый сульфат свинца PbSO 4 – активности в нем не было. Осадок она выбросила, а к отфильтрованному раствору добавила крепкий раствор аммиака. При этом снова выпал осадок, на этот раз – белого цвета; он содержал смесь основного сульфата висмута (BiO) 2 SO 4 и гидроксида висмута Bi(OH) 3 . В растворе же остался комплексный аммиакат меди SO 4 ярко-синего цвета. Белый осадок, в отличие от раствора, оказался сильно радиоактивным. Поскольку свинец и медь были уже отделены, в белом осадке был висмут и примесь нового элемента.

Кюри снова перевела белый осадок в темно-коричневый сульфид Bi 2 S 3 , высушила его и нагрела в вакуумированной ампуле. Сульфид висмута при этом не изменился (он устойчив к нагреву и лишь при 685° С плавится), однако из осадка выделились какие-то пары, которые осели в виде черной пленки на холодной части ампулы. Пленка была радиоактивной и, очевидно, содержала новый химический элемент – аналог висмута в периодической таблице. Это был полоний – первый после урана и тория открытый радиоактивный элемент, вписанный в периодическую таблицу (в том же 1898 году были открыты радий , а также группа благородных газов – неон, криптон и ксенон). Как потом выяснилось, полоний при нагревании легко возгоняется – его летучесть примерно такая же, как у цинка .

Супруги Кюри не спешили назвать черный налет на стекле новым элементом. Одной радиоактивности было мало. Коллега и друг Кюри французский химик Эжен Анатоль Демарсе (1852–1903), специалист в области спектрального анализа (в 1901 он открыл европий), исследовал спектр испускания черного налета и не обнаружил в нем новых линий, которые могли бы свидетельствовать о присутствии нового элемента. Спектральный анализ – один из самых чувствительных методов, позволяющий обнаруживать многие вещества в микроскопических, невидимых глазом количествах. Тем не менее, в статье, опубликованной 18 июля 1898 супруги Кюри написали: «Мы думаем, что вещество, выделенное нами из урановой смолки, содержит не известный пока металл, являющийся по аналитическим свойствам аналогом висмута. Если существование нового металла будет подтверждено, мы предлагаем назвать его полонием, по родине одного из нас» (Polonia на латыни – Польша). Это единственный случай, когда еще не идентифицированный новый химический элемент уже получил название. Однако получить весовые количества полония не удалось – его в урановой руде было слишком мало (позднее полоний был получен искусственно). И прославил супругов Кюри не этот элемент, а радий

Свойства полония.

Уже теллур частично проявляет металлические свойства, полоний же – мягкий серебристо-белый металл. Из-за сильной радиоактивности светится в темноте и сильно нагревается, поэтому нужен непрерывный отвод тепла. Температура плавления полония 254° С (чуть выше, чем у олова), температура кипения 962° С, поэтому уже при небольшом нагревании полоний возгоняется. Плотность полония почти такая же, как у меди – 9,4 г/см 3 . В химических исследованиях применяется только полоний-210, более долгоживущие изотопы практически не используются ввиду трудности их получения при одинаковых химических свойствах.

Химические свойства металлического полония близки к свойствам его ближайшего аналога – теллура, он проявляет степени окисления –2, +2, +4, +6. На воздухе полоний медленно окисляется (быстро при нагревании до 250° С) с образованием красного диоксида РоО 2 (при охлаждении он становится желтым в результате перестройки кристаллической решетки). Сероводород из растворов солей полония осаждает черный сульфид PoS.

Сильная радиоактивность полония отражается на свойствах его соединений. Так, в разбавленной соляной кислоте полоний медленно растворяется с образованием розовых растворов (цвет ионов Ро 2+): Po + 2HCl ® PoCl 2 + H 2 , однако под действием собственной радиации дихлорид превращается в желтый PoCl 4 . Разбавленная азотная кислота пассивирует полоний, а концентрированная быстро его растворяет. С неметаллами VI группы полоний роднит реакция с водородом с образованием летучего гидрида РоН 2 (т.пл. –35° С, т.кип. +35° С, легко разлагается), реакция с металлами (при нагревании) с образованием твердых полонидов черного цвета (Na 2 Po, MgPo, CaPo, ZnPo, HgPo, PtPo и др.) и реакция с расплавленными щелочами с образованием полонидов: 3Po + 6NaOH ® 2Na 2 Po + Na 2 PoO 3 + H 2 O. С хлором полоний реагирует при нагревании с образованием ярко-желтых кристаллов PoCl 4 , с бромом получаются красные кристаллы PoBr 4 , с иодом уже при 40° С полоний реагирует с образованием черного летучего иодида PoI 4 . Известен и белый тетрафторид полония PoF 4 . При нагревании тетрагалогениды разлагаются с образованием более стабильных дигалогенидов, например, PoCl 4 ® PoCl 2 + Cl 2 . В растворах полоний существует в виде катионов Ро 2+ , Ро 4+ , анионов РоО 3 2– , РоО 4 2– , также разнообразных комплексных ионов, например, PoCl 6 2– .

Получение полония.

Полоний-210 синтезируют путем облучения нейтронами природного висмута (он содержит только 208 Bi) в ядерных реакторах (промежуточно образуется бета-активный изотоп висмута-210): 208 Bi + n ® 210 Bi ® 210 Po + e. При облучении висмута ускоренными протонами образуется полоний-208, его отделяют от висмута возгонкой в вакууме – как это делала М.Кюри. В нашей стране методику выделения полония разработала Зинаида Васильевна Ершова (1905–1995). В 1937 она была командирована в Париж в Институт радия в лабораторию М.Кюри (руководимую в то время Ирэн Жолио-Кюри). В результате этой командировки коллеги стали называть ее «русской мадам Кюри». Под научным руководством З.В.Ершовой в стране было создано постоянно действующее, экологически чистое производство полония, что позволило реализовать отечественную программу запуска луноходов, в которых полоний использовали в качестве источника тепла.

Долгоживущие изотопы полония пока не получили заметного практического применения из-за сложности их синтеза. Для их получения можно использовать ядерные реакции 207 Pb + 4 He ® 208 Po + 3n, 208 Bi + 1 H ® 208 Po + 2n, 208 Bi + 2 D ® 208 Po + 3n, 208 Bi + 2 D ® 208 Po + 2n, где 4 Не – альфа-частицы, 1 Н – ускоренные протоны, 2 D – ускоренные дейтроны (ядра дейтерия).

Применение полония.

Полоний-210 испускает альфа-лучи с энергией 5,3 МэВ, которые в твердом веществе тормозятся, проходя всего тысячные доли миллиметра и отдавая при этом свою энергию. Время его жизни позволяет использовать полоний как источник энергии в атомных батареях космических кораблей: для получения мощности 1 кВт достаточно всего 7,5 г полония. В этом отношении он превосходит другие компактные «атомные» источники энергии. Такой источник энергии работал, например, на «Луноходе-2», обогревая аппаратуру во время долгой лунной ночи. Конечно, мощность полониевых источников энергии со временем убывает – вдвое каждые 4,5 месяца, однако более долгоживущие изотопы полония слишком дороги. Полоний удобно применять и для исследования воздействия альфа-излучения на различные вещества. Как альфа-излучатель, полоний в смеси с бериллием применяют для изготовления компактных источников нейтронов: 9 Be + 4 He ® 12 C + n. Вместо бериллия в таких источниках можно использовать бор. Сообщалось, что в 2004 инспекторы международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ) обнаружили в Иране программу по производству полония. Это привело к подозрению, что он может быть использован в бериллиевом источнике для «запуска» с помощью нейтронов цепной ядерной реакции в уране, приводящей к ядерному взрыву.

Полоний при попадании в организм можно считать одним из самых ядовитых веществ: для 210 Ро предельно допустимое содержание в воздухе составляет всего 40 миллиардных долей микрограмма в 1 м 3 воздуха, т.е. полоний в 4 триллиона раз токсичнее синильной кислоты. Вред наносят испускаемые полонием альфа-частицы (и в меньшей мере также гамма-лучи), которые разрушают ткани и вызывают злокачественные опухоли. Атомы полония могут образоваться в легких человека в результате распада в них газообразного радона. Кроме того, металлический полоний способен легко образовывать мельчайшие частицы аэрозолей. Поэтому все работы с полонием проводят дистанционно в герметичных боксах.

Илья Леенсон

Лондон - Впервые полоний получил широкое освещение в 2006 году, когда им воспользовались для того, чтобы в Лондоне убить критика Кремля, бывшего агента КГБ Александра Литвиненко.

На этой неделе вдова Ясира Арафата (Yasser Arafat) потребовала эксгумации тела палестинского лидера после того, как швейцарские ученые обнаружили следы радиоактивного полония-210 на одежде, которую, предположительно, он носил перед смертью в 2004 году.

Так что же такое полоний, и насколько он опасен?

Что такое полоний?

Полоний-210 является одним из самых редких элементов, а открыт он был в 1898 году супругами Пьером Кюри (Pierre Curie) и Марией Склодовской-Кюри (Maria Skłodowska-Curie) и назван в честь родины Марии, Польши. Элемент скапливается естественным способом в крайне незначительных количествах в земной коре, а также производится искусственно на атомных реакторах. В малых количествах он используется в законных промышленных целях, в основном, для снятия статического электричества.

Он опасен?

Очень. Если он попадает в организм, то он смертелен даже в ничтожно малых дозах. Менее одного грамма серебристого порошка достаточно для того, чтобы кого-то убить. В ходе исследования 2007 года ученые Министерства здравоохранения Великобритании показали, что после попадания полония в кровь его мощное действие почти невозможно остановить. У отравившейся жертвы наступает постепенный отказ различных органов, по мере того как альфа-частицы атакуют печень, почки и костный мозг. Симптомы Литвиненко также являются типичными - тошнота, выпадение волос, распухание горла и бледность.

Кто может заполучить полоний?

Хорошая новость - мало кто. Элемент может быть побочным продуктом химической обработки урана, но его чаще всего производят атомные реакторы или ускорители частиц. Данные ядерные объекты жестко контролируются и работают по жестким международным соглашениям.

Вышедший на пенсию британский эксперт по радиации Джон Крофт (John Croft), работавший с Литвиненко, считает, что достаточную для убийства дозу полония можно получить, скорее всего, от правительства, обладающего гражданским или военным ядерным потенциалом. Под это описание подходит Россия, производящая полоний и подозреваемая в убийстве Литвиненко, а также враг Арафата Израиль. Но есть и еще десяток других стран, включая США.

Почему он может заинтересовать убийц?

Полоний - хорошее оружие. Его большие радиоактивные альфа-частицы не проникают в кожу и не фиксируются детекторами радиации, потому его относительно легко провезти через границу. Полоний может попасть в организм через рану или дыхательные пути, но самый надежный способ - потребление полония с едой или напитком. Литвиненко выпил чай с полонием во время встречи в шикарной гостинице в Лондоне.

Кого им убили?

Отравление полонием - такая редкость, что врачам потребовалось несколько недель для того, чтобы определить заболевание Литвиненко, а специалисты по безопасности с трудом вспомнили предыдущий случай отравления. Прошло пять лет с момента убийства Литвиненко, но никто так и не был задержан. Британские следователи назвали бывшего агента КГБ Андрея Лугового главным подозреваемым, но Россия отказывается выдавать его.

Некоторые полагают, что дочь Кюри Ирен, скончавшаяся от лейкемии, заболела после случайного получения дозы полония в лаборатории.

Израильский автор Микаль Карпин (Michal Karpin) заявил, что смерть нескольких израильских ученых в следствии рака стала результатом утечки в Научном институте Вейсмана (Weizmann Institute of Science) в 1957 году. Израильские власти никогда не признавали взаимосвязь.

Могут ли ученые доказать, что Арафат был отравлен полонием?

Ученые предупредили, что следов полония на одежде Арафата недостаточно для того, чтобы доказать факт отравления. Эксгумация тела для проведения анализов является гораздо более надежным способом. Специалист по рентгенологии из Университетского колледжа Лондона Дэрек Хилл (Derek Hill) заявил, что спустя восемь лет после смерти Арафата, полоний уже должен был утратить своиства распался и является гораздо менее радиоактивным, чем был в 2004 году. Но по его словам, уровень все равно будет во много раз превышать норму, а вскрытие должно показать «с достаточно большой долей уверенности», присутствовал ли полоний в теле Арафата в момент смерти.

В 1898 г., исследуя урановую смолку из Богемии, содержащую до 75% урана, Кюри-Склодовская заметила, что смолка обладает значительно более высокой радиоактивностью, чем чистые препараты урана, выделенные из той же смолки. Это позволило предположить, что в минерале содержится один или несколько новых элементов высокой радиоактивности. В июле того же года Кюри-Склодовская сделала полный анализ урановой смолки, тщательно контролируя радиоактивность каждого выделенного из нее продукта. Анализ оказался очень сложным, так как в минерале содержалось несколько элементов. Повышенную радиоактивность имели две фракции; одна из них содержала соли висмута, другая - соли бария. Из висмутовой фракции был выделен продукт, активность которого в 400 раз превышала активность урана. Кюри- Склодовская пришла к естественному выводу, что столь высокая активность обусловлена присутствием солей какого-то доселе неизвестного металла. Она назвала его полонием (Polonium) в честь своей родины Пол (лат. Polonia - Польша). Однако несколько лет после этого открытия существование полония считалось спорным. В 1902 г. Марквальд проверил анализ урановой смолки на большом количестве минерала (около 2 тонн). Он выделил висмутовую фракцию, обнаружил в ней "новый" элемент и назвал его радиотеллуром (Radiotellurium), так как, будучи сильно радиоактивным, по другим свойствам металл был похож на теллур. Как определил Марквальд, выделенная им соль радиотеллура в миллион раз активнее урана и в 1000 раз активнее полония. Элемент имеет атомный вес 212 и плотность 9,3. Менделеев в свое время предсказал существование элемента с такими свойствами и по его предполагаемому положению в периодической системе назвал элемент дви-теллуром. Кроме того, выводы Марквальда были подтверждены несколькими исследователями. Однако вскоре Резерфорд установил, что радиотеллур является одним из продуктов радиоактивного распада ряда урана, и назвал элемент Rа-F (Radium-F). Только через несколько лет стало очевидным, что полоний, радиотеллур и радий-F представляют собой один и тот же элемент, обладающий alfa- и gamma - излучением и периодом полураспада около 140 дней. В результате этого было признано, что приоритет открытия нового элемента принадлежит польской ученой, и оставлено название, предложенное ею.