釙 (Po)

發現史

發現: 1898

釙是由瑪麗·居禮和皮埃爾·居禮在1898年7月發現的，暫定名為鐳F，之後以瑪麗·居禮的故鄉波蘭（拉丁語：Polonia）命名。當時的波蘭在俄羅斯帝國、德意志帝國和奧匈帝國的瓜分之下，並沒有作為一個獨立的國家存在。瑪麗·居禮希望以她的故鄉命名該元素，宣傳它沒有獨立。釙可能是第一個被命名以突出政治爭議的元素。這種元素是居禮夫婦在調查瀝青鈾礦有放射性的原因時發現的第一個元素。在去除放射性元素鈾和釷之後，瀝青鈾礦的放射性比鈾和釷的總和還要高。這促使居禮夫婦尋找更多的放射性元素。他們於1898年7月首次從瀝青鈾礦中分離出釙，五個月後，他們也分離出了鐳。德國科學家維利·馬克瓦爾德於1902年成功分離出3毫克釙，儘管當時他認為這是一種新元素，稱之為「放射性碲」。「放射性碲」直到1905年才被證明是釙。在美國，釙是在第二次世界大戰期間作為曼哈頓計劃的代頓計劃的一部分生產的。釙和鈹是核彈球形彈芯中心的調製中子引爆器的關鍵成分。調製中子引爆器在瞬發臨界狀態時啟動了鏈式反應，以確保武器不會過早臨界。調製中子引爆器用於早期的美國武器，隨後的美國武器出於同樣的目的使用了脈衝中子產生器。直到戰後，釙的大部分基本物理學性質都是國家機密。它被用作引發劑這一事實直到1960年代才被解密。美國原子能委員會和曼哈頓計劃資助了在羅切斯特大學的人體實驗。他們在1943年至1947年間對五個人的身上使用釙。這些人們被管理在9和22微居禮（330和810千貝克）的釙里，以研究其排泄。

用途與應用

作為α粒子的來源的釙是在前蘇聯生產的。此類來源用於通過衰減的α輻射測量工業塗層的厚度。由於強烈的α輻射，一克210Po樣品會自發加熱到500 °C（932 °F）以上，產生大約140瓦的功率。因此，210Po用作原子熱源，通過熱電效應材料為放射性同位素熱電機提供動力。舉個例子，210Po熱源用於月面步行者1號（1970）和月面步行者2號（1973）這兩個月球漫遊車，以在月球夜晚保持其內部組件溫暖。它也用於宇宙號84和其它90顆人造衛星（1965）。使用氧化鈹可以將釙發射的α粒子轉化為中子，轉化率為每一百萬個α粒子變成93個中子。因此，Po-BeO混合物或合金可用作中子源，例如，用於核武器的調製中子引爆器中，也用於油井的檢查。蘇聯每年使用大約1500個這類中子源，其中單個中子源的活動為1,850 Ci（68 TBq）。釙也是刷子或更複雜的工具的一部分，用於在塗裝之前消除照相板、紡織工廠、紙卷、塑膠片和基材（如汽車）上的靜電。釙發射的阿爾法粒子游離空氣分子，從而中和附近表面的電荷。一些防靜電刷包含多達500微居禮（20百萬貝克）的210Po來作為帶電粒子的來源，用於中和靜電。在美國，每單位不超過500 µCi（19 MBq）的（密封）210Po的設備可以根據「通用許可證」以任意數量購買，這意味著買家不需要由任何機構註冊。釙的半衰期很短，幾乎每年都需要在這些設備中更換；它也具有高放射性，因此大部分已被不太危險的β粒子源所取代。實驗室和教學中有時會使用少量的210Po——它們通常的數量級為4—40 kBq（0.11—1.08 µCi）。釙以密封源的形式沉積在基材上或樹脂或聚合物基質中——通常無需NRC或類似機構的許可，因為它們不被認為是危險的。少量的210Po在美國會作為實驗室實驗的「針源」出售給公眾，並由科學供應公司進行零售。釙有一層鍍層，鍍層又鍍上一層金等材料，它允許α輻射（用於雲室等實驗）通過，同時防止有毒的釙洩露。根據鮑勃·拉扎爾，他們通常每年銷售四到八個這樣的釙源。

同位素

釙有42種同位素，質量數在186到227之間，全部都有放射性，其中有9種作為衰變產物存在於自然界中，當中以210Po（半衰期138.376天）壽命最長，且分布最為廣泛，可通過天然鉍發生中子捕獲而形成。半衰期更長的209Po（半衰期124年）和208Po（半衰期2.9年）不存在於自然界中，只能通過回旋加速器，用α粒子、質子或氘核轟擊鉛或鉍來製得。