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

Т а б л и ц а 76

Кристаллографические свойства некоторых полонидов

140

Т а б л и ц а 77

Полониды металлов

ствие большого сродства к кислороду). Представление о процессе окисления соединений полония с редкоземель­ ными металлами можно получить, наблюдая характер свечения (или флюоресценции, вызываемой термическим эффектом в сочетании с влиянием a-излучения) при крат­ ковременном пребывании их на воздухе. Так, в работе [189] указывается на характер свечения полонидов: со­ единения полония с европием и дернем дают темно­ красное свечение, с эрбием и скандием — желтое, с ту­ лием — слабо-желтое, с лютецием — светло-желтое, с ит­ трием — оранжевое, с тербием, неодимом, иттербием — не светятся и свечение наблюдается только в области, доступной для пробега а-частиц.

О взаимодействии некоторых полонидов редкоземель­ ных металлов с кислородом воздуха можно судить по данным работы [189], в которой отмечается, что соеди­ нения с гольмием и церием лирофорны, а с иттрием — слабопирофорны. Другие полониды редкоземельных ме­ таллов к окислению воздуха более чувствительны, и чув­ ствительность возрастает от празеодима к лютецию. В табл. 77 по опубликованным данным приведены све­ дения о металлах, с которыми изучалось взаимодействие полония.

11. ПРИМЕНЕНИЕ ПОЛОНИЯ

Полоний применяется в различных областях науки и техники как источник энергии излучения.

Идеи прямого использования энергии радиоактивно­ го распада для практических целей, но не оформленные в виде конкретных решений, высказывались еще в нача­ ле XX века [198], и впервые об этом было сказано Пье­ ром Кюри в его выступлении при вручении ему и Марии Кюри Нобелевской премии. Осуществление этих идей задерживалось из-за отсутствия необходимого количест­ ва радиоактивных элементов. За последние десятилетия появилась возможность получать различные радиоактив­ ные изотопы в виде продуктов деления ядер урана из отходов атомной промышленности.

210Ро был одним из первых радиоактивных изотопов, который начали получать искусственным путем в боль­ ших количествах при нейтронном облучении природного висмута. Получение других сс-излучающих изотопов, на­ пример 242Cm, ш Ст, 238Ри, также осуществляется при реакторном нейтронном облучении различных мишеней,

ИЗ

но производство их таким способом менее доступно, так как в качестве исходного материала применяются изото­ пы, которые сами являются продуктами ядерных реак­ ций.

Радиоактивные элементы как источники излучения в настоящее время в связи с возросшими возможностя­ ми получать их в больших количествах нашли широкое применение. Особенно становится перспективным исполь­ зование их в качестве источников тепловой энергии при создании малогабаритных источников питания приборов и установок космического назначения.

Использование энергии a-излучения изотопов, и в пер­ вую очередь 210Ро, развивается в следующих направле­ ниях: радиоизотопные энергетические установки; радио­ изотопные тепловые источники; источники а-излучения; источники нейтронного излучения.

РАДИОИЗОТОПНЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ

Тепловыделение радиоактивных элементов первона­ чально было использовано для определения периода по­ лураспада вещества с помощью калориметра Бунзена [34]. В дальнейшем этот метод совершенствовался и в настоящее время является основным для определения периода полураспада многих изотопов и абсолютного количества радиоактивных элементов. Наиболее точные данные периода полураспада 210Ро получены при исполь­ зовании этого метода [199, 200].

Кинетическая энергия радиоактивного распада, пре­ образованная при поглощении излучения 'в тепловую энергию, выражается в калориях или ваттах. Наиболее высокое удельное тепловыделение (вт/г) будет у радио­ активного изотопа, полученного в виде металла (тепло­ выделение снижается за счет разбавления веществом, входящим в состав химического соединения изотопа или металла-носителя, применяемого для концентрирова­ ния) . Часто для оценки энергетической ценности изотопа используется его энергоемкость, т. е. количество кило­ ватт-часов, которые можно получить при заданной теп­ ловой мощности.

Удельная тепловая мощность изотопа кроме энергии излучения зависит также от периода полураспада веще­ ства, т. е. от числа распадов в единицу времени на весо­ вую единицу изотопа.

143

Для изотопов со средней продолжительностью жиз­ ни (от 0,1 года до 100 лет) удельное тепловыделение за счет а-распада составляет от десятых долей ватта до сотен ватт на 1 г вещества. У (3-излучающих изотопов удельное тепловыделение ниже в несколько раз. Высокое тепловыделение «-излучающих изотопов дает возмож­ ность создать конструкцию теплового блока с радио­ активным изотопом, дающего тепловыделение от единиц до сотен ватт на 1 см2 поверхности. Тепловая энергия изотопа в таком виде может ‘быть использована непо­ средственно или быть преобразована различными спосо­ бами в электрическую энергию.

Оценка пригодности радиоактивных изотопов для те­ пловых и электрических генераторов различного назна­ чения производится по следующим характеристикам: удельному тепловыделению изотопа на 1 г или на 1 см3 вещества; весовым характеристикам топлива, имеющего требуемую тепловую мощность, на конечный срок рабо­ ты источника; периоду полураспада изотопа, который определяет срок службы источника; наличию у изотопа проникающего у- или нейтдонного излучения, для ослаб­ ления интенсивности которого требуется введение в кон­ струкцию генератора биологической защиты; возможно­ сти получения изотопа в количествах, потребных для создания источника; возможности получения химически

итермически устойчивых соединений; стоимости изотопа.

Втабл. 78 приведены основные характеристики а-из­ лучающих изотопов, представляющих интерес как источ­ ники тепловой энергии, а в табл. 79 — некоторых |3-из- лучающих изотопов, уже применяемых в электрических генераторах. Из данных табл. 78 видно, что наилучшими характеристиками из а-излучающих изотопов обладают

характеристику имеет 147Рш — р-излучающий изотоп. Среди а-излучающих изотопов очень мало имеется

изотопов — чистых (или практически чистых) излучате­ лей. Это 210Ро, * Р п и 241Агп. Остальные изотопы харак­ теризуются более сложным составом излучения. Так, 228Th, 227Ас, 232U обладают жестким у-излучением с боль­ шим выходом квантов за счет уизлучення, сопровож­ дающего радиоактивный распад дочерних продуктов. Изотопы кюрия отличаются большим выходом нейтро­ нов спонтанного деления.

144

l

П р о д о л ж е н и е т а б л . 78

1

*5 — С р е д н я я э н е р ги я Я ср о п р е д е л я л а с ь с у ч е то м в ы х о д а и зо то п а .

Т а б л и ц а 79

Бета-излучающие изотопы—возможные источники тепловой энергии [201]