khimie.ru

Для полония известно 35 изотопов, включая 8 ядерных изомеров (эти изомеры отличаются строением ядра и имеют разные периоды полураспада) с массовыми числами от 192 до 218. Все они радиоактивны с периодами полураспада (t_1/2) от 3∙10^-7 секунды для ²¹²Ро до 102 лет для ²⁰⁹Ро. Семь изотопов полония с массовыми числами от 210 до 218 встречаются в природе в очень малых количествах как члены радиоактивных рядов тория, урана − радия, и урана − актиния. Эти изотопы имеют свои исторические названия, принятые еще в начале XX века, когда тех получали а результате цепочки распадов из «родительского» элемента − радия, тория или актиния: RаА (современное обозначение ²¹⁸Ро), RаС (²¹⁴Ро), RаF (²¹⁰Ро), ТhА (²¹⁶Ро), ТhС (²¹²Ро), АсА (²¹⁵Ро) и АсС (²¹¹Ро). Все остальные изотопы полония получены только искусственно. Наиболее долгоживущие из них − ²⁰⁹Ро, ²⁰⁸Ро и ²¹⁰Ро с периодами полураспада соответственно 102 года, 2,9 года и 138,4 суток. Это значит, что полония-210 (главного нашего «героя») через 4,5 месяца останется лишь половина, через 14 месяцев − около 10 %, через 2 года − менее 3 %, через 3 года − 0,4 %, через 4 года − всего 0,1 %. Легкие изотопы полония − чистые альфа-излучатели; при их распаде из ядра вылетают с огромной скоростью α-частицы (ядра гелия) с энергией от 6 до 7 МэВ (мета электрон-вольт; ₍для сравнения: энергия самой прочной химической связи в миллион раз меньше). При α-распаде масса ядра уменьшается на 4 единицы, а заряд ядра — на 2 (смещение на две клетки периодической таблицы влево). Начиная с ¹⁹⁸Ро к α-распаду добавляется электронный захват (иначе — К-захват), при котором электрон с самой внутренней электронной оболочки атома (К-оболочки) захватывается ядром При этом один протон превращается в нейтрон, масса ядра не меняется, а заряд уменьшается на единицу (смещение на одну клетку в таблице влево). Распад более тяжелых изотопов начиная с ¹⁹⁹Ро сопровождается гамма-излучением, энергия которого может составлять от 0,17 до 2,6 МэВ. Два самых тяжелых изотопа, ²¹⁵Ро и ²¹⁸Ро, в небольшой степени обладают также бета-активностью. При β-распаде нейтрон в ядре превращается в протон и электрон, последний и вылетает из ядра. При этом, массовое число атома остается неизменным, а заряд увеличивается на единицу (смещение на одну клетку вправо). Так, распад самого тяжелого изотопа полония более чем на 99 % происходит путем α-распада и на 0,018 % − путем β-распада: ²¹⁸Ро → Аt + е^—. Поражающее действие проникающей радиации сильно зависит от ее интенсивности и типа (так, альфа-частицы немного опаснее бета-частиц при той же дозе). У ²¹⁰Ро почти 100 % излучения приходится на α-частицы с энергией 5,3 МэВ. Такие частицы проходят в воздухе 3,8 см, но полностью задерживаются алюминиевой фольгой толщиной 0,03 мм и даже листком бумаги. В биологических, тканях они проходят менее 0,05 мм, разрушая при этом соседние клетки. При распаде ²¹⁰Ро возникает γ-излучение с энергией 0,8 МэВ и большой проникающей способностью. Чтобы ослабить его в 10 раз, требуется уже 3 см слоя свинца, а для стократного ослабления понадобится свинцовая плита толщиной 5,5 см или полуметровый слой бетона. Однако γ-излучение ²¹⁰Ро очень слабое, его интенсивность составляет всего лишь 0,0011 % от общей радиации, поэтому зарегестрировать его трудно. Малый пробег α-частиц в веществе и очень слабое γ-излучение делают обнаружение микроколичеств полония-210 сложной задачей. Даже если этот нуклид находится на поверхности какого-либо предмета, его сможет обнаружить не всякий счетчик Гейгера, потому что α-частицы задерживаются даже очень тонкой фольгой. Для обнаружения ²¹⁰Ро можно провести анализ с помощью сцинтилляционного счетчика. Сцинтилляция (от лат. scintillatio − «сверкание») − слабая вспышка света, возникающая в некоторых веществах под действием частиц высокой энергии. Другой чувствительный метод обнаружения − масс-спектрометрия. Мы живем в мире радиации, однако важен ее уровень. Вот пример. Природный калий состоит из трех изотопов − двух стабильных (³⁹К, его в природном калии 93,26 % — и ⁴¹К, его 6,73 %) и одного радиоактивного, ⁴⁰К (0,012 %, период полураспада 1,3 млрд. лет). Человек, весящий 70 кг, содержит 140 г калия, из которых около 17 мг приходится на калий-40. Каждую секунду в теле этого человека происходит 4000 актов распада ⁴⁰К (и еще столько же − из-за распада содержащегося в теле «радиоуглерода» ¹⁴С) с выделением частиц высокой энергии. Жизнь на Земле всегда сопровождалась такой «внутренней» радиацией (а также внешней, в том числе от космических лучей), и нельзя исключить, что она играла важную роль в эволюции, вызывая мутации. Но если бы период полураспада ⁴⁰К был не 1,3 млрд лег, а 1,3 года, то те же 17 мг в теле человека убили бы его в считаные часы.