книги из ГПНТБ / Ершова З.В. Полоний и его применение

3. В. ЕРШОВА, А. Г. ВОЛГИН

ПОЛОНИЙ

И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ

МОСКВА АТОМИЗДАТ 1974

УДК 546.794:621.039.8

В книге описываются основные физико-химические свойства полония, ядернофизические свойства его изото­ пов, взаимодействие его излучения с веществом — иони­ зация, тепловые и радиационные эффекты.

Рассмотрены различные лабораторные и промышлен­ ные методы получения полония-210, аппаратурное оформ­ ление технологических процессов, вопросы радиационной безопасности при работе с ним.

Приведены сведения по применению препаратов по­ лония в различных отраслях народного хозяйства — в научных исследованиях, медицине, энергетике.

Таблиц 93, рисунков 58, библиография 286 наимено­ ваний.

ЭНСИ ццт*.яьн

/

„ 20502—049

© Атомиздат, 1974

Е 034(01)-74 49-74

Положение о наличии в ‘минералах урана других хими­ ческих элементов, обладающих также способностью из­ лучать. Ею, также впервые, была высказана мысль, что наблюдаемое излучение есть проявление атомных свойств вещества, характерных для элемента и не свя­ занных ни с его химическим, ни с физическим состоя­ нием. М. Кюри предложила называть явление испуска­ ния излучения « р а д и о а к т и в н о с т ь ю».

Мария Кюри совместно с Пьером Кюри предприняла поиски новых химических элементов, используя для этих целей отходы от (переработки урановой смоляной руды. В качестве метода наблюдения за поведением вещества при различных химических реакциях было принято из­ мерение интенсивности излучения. Применяя этот метод, они установили, что наибольшая интенсивность излуче­ ния соответствует концентратам, содержащим висмут и барий. При осаждении сероводородом сульфида висму­ та, по-видимому, осаждался и сульфид нового элемента. Измерения интенсивности излучения образца висмута показали, что она в сотни раз превышала интенсивность излучения урана. Соединения висмута, полученные из руд, не содержащих уран, этим свойством не обладали. На основании поведения нового вещества Кюри пришли к заключению, что ими выделен новый химический эле­ мент, по свойствам очень близкий к висмуту, по облада­ ющий способностью самопроизвольного излучения.

О сделанном открытии Мария и Пьер Кюри сообщи­ ли Парижской академии наук в июне 1898 г. [1] и пред­ ложили назвать новый элемент «полонием», в честь ро­ дины Марии Кюри.

В декабре 1898 г. П. и М. Кюри открыли второй ра­ диоактивный элемент, который концентрировался с ба­ рием. Этот элемент они назвали «р а д и е м».

Элементы, обладающие способностью самопроизволь­ ного излучения, М. и П. Кюри предложили называть « р а д и о а к т и в н ы м и э л е м е н т а м и » .

Абсолютные количества полония и радия, содержа­ щиеся в урановой руде, были исключительно малы. Как было установлено позднее, в равновесии с 1 г U нахо­ дится 7-10-11 г Ро и 3,4-10-7 г Ra. При переработке 2 т урановой смоляной руды М. Кюри совместно с А. Дебьерном удалось выделить 2 мг вещества, содержащего 5% Ро [2]. Выделить полоний в чистом виде не удалось. Отделение полония от висмута и других металлов-носи-

4

с барием. Отделение радия от бария было осуществле­ но дробной кристаллизацией. Препарат хлорида радия весом 21,99 мг хранится в Парижском институте радия

влаборатории им. М. Кюри как международный эталон.

В1903 г. Марии и Пьеру Кюри за открытие первых радиоактивных элементов и Анри Беккерелю за откры­ тие радиоактивности была присуждена Нобелевская пре­

мия по физике. Присуждение Нобелевской премии за эти открытия означало признание их значимости.

Вскоре после открытия радиоактивных элементов од­ новременно несколькими исследователями было установ­ лено, что радиоактивные вещества испускают три вида излучений: «, (3, у, т. е. корпускулярное излучение с по­ ложительным зарядом (а), корпускулярное электронное излучение с отрицательным зарядом (|3) и электромаг­ нитное излучение, (у). Анализ излучений был выполнен при исследовании их поглощения в различных вещест­ вах и по их отклонению в магнитном и электрическом полях.

Вслед за открытием полония и радия последовали открытия других радиоактивных элементов. Изучение интенсивности их излучения позволило установить суще­ ствование газообразного вещества, радиоактивного инертного газа, в результате распада которого образу­ ются химические элементы; интенсивность их излучения очень быстро изменяется во времени. В результате этих наблюдений ученые пришли к выводу, что атомы радио­ активных элементов претерпевают самопроизвольные превращения и эти превращения атомов одного химиче­ ского элемента в атомы другого элемента сопровожда­ ются ионизирующим излучением.

В 1905 г. Швейдлер дал закону радиоактивного пре­ вращения статистическое описание, по которому

Aft= A0e -w ,

где Nt — число атомов, оставшихся по прошествии вре­ мени <t\ No — число атомов, присутствующих в началь­ ный момент наблюдения; !к—постоянная радиоактивно­ го превращения, характерная для каждого радиоактив­ ного вещества (постоянная распада).

В результате наблюдений за распадом радиоактив­ ных элементов во времени было установлено, что для

5

Каждого из -них существует постоянная величина — пе­ риод полураспада (Ti/z), т. е. время, за которое вещест­ во распадается наполовину. Период полураспада веще­ ства связан с постоянной распада К соотношением

элемента в другой .(с испусканием а- или (З-частицы)' привело Содди к установлению закона смещения масс. Согласно этому закону вновь образующийся элемент должен занимать место в периодической таблице эле­ ментов Д. И. Менделеева в зависимости от вида радио­ активного превращения материнского элемента: яри а-распаде вновь образующийся элемент имеет массу на четыре единицы и заряд на две единицы меньше и про­ двигается в периодической таблице на две клетки влево от материнского элемента; при ^-распаде масса нового элемента остается без изменения, заряд увеличивается на единицу, а новый элемент располагается на одну клетку вправо от материнского элемента.

На основании закона радиоактивного превращения была произведена классификация радиоактивных эле­ ментов, которая привела к расположению их в генетиче­ ски связанные семейства. Элемент, вновь образующийся при радиоактивном распаде, —дочерний элемент — рас­ полагается вслед за его предшественником — материн­ ским элементом.

Многие радиоактивные элементы и их стабильные продукты распада попали в клетки, уже занятые други­ ми химическими элементами. Попытки химического раз­ деления смеси этих элементов не увенчались успехом. Для этих элементов Содди ввел понятие «изотопы», по которому все элементы, занимающие одно и то же место в периодической системе элементов и имеющие одинаковый заряд атомного ядра, химически идентичны. Эти элементы имеют различные массовые числа и отли­ чаются ядерными свойствами.

Дак было определено место полония в периодической системе элементов в клетке с атомным номером 84, т. е. рядом с висмутом, расположенным в клетке с атомным номером 83. Материнский элемент полония RaE распо­ ложился вместе с висмутом; RaE был классифицирован как изотоп висмута с массой 210. Полонию, образую-

6

щемуся в результате p-распада RaE, 'была приписана масса 210.

Радиоактивные эманации—радон, торон, актинон расположились в VIII группе и заняли место с атомным номером 86. Классификация продуктов распада Rn, Тп, Ап привела к расположению дочерних элементов в клет­ ках 81, 82, 83, 84. Продукты распада радона — RaA, RaC', АсА, АсСУ, ThA, ThC' — оказались изотопами 210Ро.

Открытие радиоактивности и радиоактивных элемен­ тов сопровождалось крупными фундаментальными ис­ следованиями. К числу наиболее важных исследований можно отнести: изучение прохождения излучения через вещество; пересмотр представления о строении вещества и создание Нильсом Бором теории строения ядра; обна­ ружение в 1919 г. Резерфордом при бомбардировке а-частицами атомов азота испускания протонов —первое экспериментальное доказательство возможности расщеп­ ления атома; обнаружение в 1934 ir. Ирен и Фредериком Жолио-Кюри образования новых радиоактивных элемен­ тов с позитронным излучением при бомбардировке бора и алюминия а-частицами полония; открытие искусствен­ ной радиоактивности, что указывало на возможность осуществления реакций синтеза новых химических эле­ ментов; открытие Чедвиком нейтрона — частицы с мас­ сой единица и нулевым зарядом, испускаемой ядром атома бериллия при облучении его а-частицами, что при­ вело к открытию реакций синтеза новых элементов при облучении известных химических элементов нейтронами; осуществление Ферми в 1934—1936 гг. реакций синтеза, кроме получения радиоактивных изотопов всех извест­ ных элементов, что привело впервые к получению искус­ ственным путем элемента с атомным номером 93. Ис­ пользуемые при этих открытиях источники нейтронного излучения были изготовлены из смеси а-излучающих изотопов полония и радона с бериллием. В настоящее время синтез новых сверхтяжелых элементов также осу­ ществляется при бомбардировке тяжелых атомов заря­ женными частицами и ионами, получившими энергию в мощных ускорителях.

Полоний-210 и его корожоживущие изотопы, являю­ щиеся продуктами распада радона, долгое время оста­ вались единственными источниками энергии, и все наи­ более крупные исследования первых десятилетий XX в. в области строения ядра и освобождения энергии атома

7

s;Np

92U

«Ра soTh

ваАс

ggBa

87 Р Г

Sgffn

ssAt

mP°

83B1

ezPb

«Т1 -

Рис. 1. Радиоактивные семейства.