ポロニウム210

ポロニウム210（²¹⁰ Po、Po-210、歴史的にはラジウムF）はポロニウムの同位体です。アルファ崩壊して安定した²⁰⁶ Pbになり、半減期は138.376日（約4 +210 Poは、天然に存在するすべてのポロニウム同位体（ ^210～218 Po）の中で最も長い半減期（約1⁄2か月）を持つ。[ ^1] 1898年に初めて特定され、ポロニウム元素の発見のきっかけとなった^{210 Poは、}ウラン238とラジウム226の崩壊系列で生成される。210Poは環境中の顕著な汚染物質であり、主に魚介類やタバコに影響を与える。その極めて強い毒性は、主^にアルファ粒子による強力な放射能に起因し周囲の組織にがんなどの放射線障害を引き起こしやすいの特定の放射能は、²¹⁰
Poは166 TBq/g、つまり1.66 × 10 ¹⁴ Bq/gです。同時に、^{210 Poは}ガンマ線のエネルギーが非常に低いため、一般的な放射線検出器では容易に検出されません。したがって、²¹⁰
Po は準純粋なアルファ線放射体とみなすことができます。

1898年、マリーとピエール・キュリーはピッチブレンドの中に強い放射性物質を発見し、それが新元素であると判定した。これは最初に発見された放射性元素の1つであった。彼らはそれを新元素であると特定し、マリーの母国ポーランドにちなんでポロニウムと名付けた。ウィリー・マークヴァルトは1902年に同様の放射性活動を発見し、放射性テルルと名付け、ほぼ同時期にアーネスト・ラザフォードはウランの崩壊系列の分析で同じ活動を特定し、ラジウムF（当初はラジウムE）と名付けた。1905年までにラザフォードは、これらすべての観察が同じ物質^{210 Poによるものであると結論付けた。さらなる発見と、1913年に}フレデリック・ソディによって初めて提唱された同位体の概念により、^{210 Poは}ウラン系列の最後から2番目の段階であることが確固たる地位を得た。^[3]

1943年、デイトン計画の一環として、 ^{210 Poは}核兵器の中性子発生源として研究された。その後数十年にわたり、 ²¹⁰ Poを取り扱う作業員の安全性に対する懸念から、その健康影響に関する広範な研究が行われた。^[4]

1950年代、オハイオ州マウンド研究所の米国原子力委員会の科学者たちは、 ^{210 Poを}放射性同位体熱電発電機（RTG）に使用して衛星に電力を供給する熱源として利用する可能性を探りました。1958年までに、 ²¹⁰ Poを使用した2.5ワットの原子電池が開発されました。しかし、代わりにプルトニウム238同位体が選ばれました。これは、半減期が87.7年とより長いためです。^[5]

ポロニウム210は、2006年にロシアの反体制活動家で元FSB職員のアレクサンドル・V・リトビネンコを殺害するために使用され、 ^{[6] [7] 、2012年から2013年にかけて}ヤセル・アラファトの遺体が掘り起こされ分析された結果、彼の死の原因となった可能性があると疑われました。^{[8]この放射性同位元素は、}ユーリ・シェコチキン、レハ・イスラモフ、ロマン・ツェポフの殺害にも使用された可能性があります。^[9]

²¹⁰ Poは半減期が138.376日のアルファ線放射体である。 ^[1]直接安定な²⁰⁶ Pbに崩壊する。ほとんどの場合、^{210 Poはアルファ粒子と}ガンマ線の両方を放出するのではなく、アルファ粒子のみを放出して崩壊する。10万回に1回程度の崩壊でガンマ線が放出される。^[10]

${\displaystyle \mathrm {^{210}_{\ 84}Po\ {\xrightarrow[{138.376\ d}]{}}\ _{\ 82}^{206}Pb\ +_{\ 2}^{\ 4}He} }$

ガンマ線生成率が低いため、この同位体の発見と特定が困難です。ガンマ線分光法ではなく、アルファ線分光法がこの同位体を測定する最良の方法です。

半減期がはるかに短いため、1ミリグラムの^{210 Poは、1秒間に5グラムの226} Raと同じ量のアルファ粒子を放出します。^[11]数キュリーの^{210 Poは、周囲の空気の}励起によって青い光を発します。

²¹⁰ Po は自然界に微量存在し、ウラン系列の崩壊系列の最後から2番目の同位体です^。210 Pbと210 ^Biのベータ崩壊によって生成されます。

天体物理学的s過程は²¹⁰ Poの崩壊によって終了する。これは、 ²¹⁰ Poの短い寿命の間に中性子束がさらに中性子捕獲につながるには不十分であるためである。代わりに、²¹⁰ Poアルファは^{206 Pbに崩壊し、これがさらに中性子を捕獲して210} Poになり、サイクルを繰り返して残りの中性子を消費する。その結果、鉛とビスマスが蓄積され、トリウムやウランなどのより重い元素は、はるかに速いr過程でのみ生成される。^[12]

²¹⁰ Po は自然界に微量に存在するが、ウラン鉱石から抽出できるほど豊富ではない（0.1 ppb ）。その代わりに、ほとんどの^{210 Po は、}原子炉で²⁰⁹ Bi を中性子で照射することによって合成される。このプロセスにより、 ^{209 Bi は210} Biに変換され、半減期が 5 日の²¹⁰ Poにベータ崩壊する。この方法により、ロシアで毎月約 8 グラム（0.28 オンス）の²¹⁰ Po が生成され、商業用途で米国に出荷されている。^[4]ベリリウムなどの軽元素核を含む特定のビスマス塩を照射すると、カスケード（α、n）反応が誘発され、²¹⁰ Po が大量に生成されることもある。^[13]

ポロニウム 210 の生成は、純鉛ではなく鉛ビスマス共晶で冷却される原子炉の欠点です。しかし、この合金の共晶特性を考慮して、提案されている第 4 世代原子炉の設計の中には、依然として鉛ビスマスに依存しているものもあります。

²¹⁰ Po 1グラムで140ワットの電力を発電します。 ^{[14] 210} Poは多くのアルファ粒子を放出し、高密度媒体内ではこれらの粒子が短時間で停止してエネルギーを放出するため、人工衛星の熱電セルに電力を供給する軽量の熱源として使用されてきました。また、月面に配備されたルノホート探査車にもそれぞれ²¹⁰ Po熱源が搭載され、月面夜間に内部部品を保温していました。^{[15]写真フィルムなどの}静電気を中和するために使用される一部の帯電防止ブラシには、荷電粒子源として数マイクロキュリーの^{210 Poが含まれています。 [16] 210 Poは、}ベリリウムとの(α,n)反応を介して原子爆弾の起爆装置にも使用されました。^[17]（α,n）反応に依存する小型中性子源では、比較的低いガンマ線放出（遮蔽が容易）と高い比放射能のため、ポロニウムをアルファ粒子の便利な発生源として使用することが一般的です。

²¹⁰ Po は非常に有毒であり、他のポロニウム同位体は人体にとって最も放射能毒性の強い物質の 1 つです。^{[6] [18]} 1マイクログラムの²¹⁰ Po は平均的な成人を殺すには十分すぎるほどで、重量で比較するとシアン化水素の 25 万倍の毒性があります。 ^[19] 1 グラムの²¹⁰ Po は、理論的には 5000 万人を殺し、さらに 5000 万人を病気にするのに十分な量です。^{[6]これは、アルファ粒子が体内の有機組織に特に損傷を与えるため、その}電離 アルファ放射線の結果です。ただし、体外に閉じ込められている場合は、²¹⁰ Po は放射線の危険をもたらさない。^{[20] 210 Po}が生成するアルファ粒子は、死んだ皮膚細胞の外層を透過できない。^[21]

²¹⁰ Poの毒性は、その放射能に完全に起因します。それ自体は化学的に有毒ではありませんが、水溶液への溶解度とその塩の溶解度は、溶解すると体内への拡散が促進されるため危険です。^{[6] 210} Poは、主に汚染された空気、食物、水、および開いた傷口から摂取されます。体内に入ると、^{210 Poは軟組織（特に}網内系）と血流に集中します。その生物学的半減期は約50日です。^[22]

環境中では、²¹⁰ Poは魚介類に蓄積する可能性がある。^[23]バルト海のさまざまな生物で検出されており、食物連鎖の中で増殖し、汚染する可能性がある。^{[18] 210 Poは、主に大気中の}ラドン222の崩壊と土壌からの吸収によって植物を汚染することも知られている。^[24]

特に、²¹⁰ Poはタバコの葉に付着し、濃縮されます。^{[4] [22]タバコ中の210} Poの濃度上昇は1964年にすでに記録されており、喫煙者は²¹⁰ Poとその親核種である²¹⁰ Pbからかなり大量の放射線にさらされていることがわかりました。^[24]ヘビースモーカーは 、ウクライナから運ばれてきたチェルノブイリの放射性降下物によってポーランドの人々が被曝したのと同じ量の放射線（推定値は年間100 µSv ^[18]から160 mSv ^[25]まで）にさらされる可能性があります。^[18]その結果、²¹⁰ Poはタバコの煙から吸入された場合に最も危険です。^[26]