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钋-210



钋（pō）-210（210Po, 历史上曾称作镭F）是钋元素的一种放射性同位素。它经过α衰变变成稳定核素铅-206（206Pb），半衰期为138.376天，是所有天然钋同位素中最长的[1]。钋-210于1898年被首次发现，也是钋的首次发现。自然界存在的210Po是铀-238和镭-226的衰变产物。210Po是环境中的一种重要放射性污染物，能在海产品和烟草中富集。由于其强放射性，钋-210对生物体有强烈毒性。

钋-210，210Po
基本
符号210Po
名称钋-210、Po-210、radium F
原子序84
中子数126
核素数据
丰度痕量
半衰期138.376 天[1] ± 0.002 天
母同位素210Bi (β−)
衰变产物206Pb
原子量209.9828736[2] u
自旋0
衰变模式
衰变类型衰变能量（MeV）
α衰变5.40753[2]
钋的同位素
完整核素表

历史

 
铀-238的衰变链，亦称作铀系列或镭系列。钋-210是链成员之一。
 
S-过程（慢速过程）最后步骤的示意图。红色路径代表中子俘获序列；蓝色和青色箭头代表β衰变，绿色箭头代表210Po的α衰变。由于210Bi和210Po的半衰期较短，阻碍了更重元素的合成，因此形成了这个包含四次中子俘获、两次β衰变和一次α衰变的循环。

1898年，玛丽和皮埃尔·居里夫妇在沥青铀矿中发现了一种具有强烈放射性的物质，并确定是一种新元素。他们以玛丽的母国波兰将其命名为钋。1902年，德国化学家马克瓦尔德（Willy Marckwald）发现了类似的放射性物质，并将其命名为放射性碲。大致在同一时间，欧内斯特·卢瑟福在分析铀的衰变链时发现了同样的物质，并将其命名为镭F（起先为镭E）。到1905年，卢瑟福得出结论，上述实验发现的放射性都来自于同一种元素，即210Po。后来的发现表明，210Po是铀-238的衰变产物之一，因此自然存在于沥青铀矿中。[3]

1943年，作为美国代顿计划（英语：Dayton Project）的一部分，210Po被认为有潜力成为核武器中的中子引发剂。在随后的几十年里，由于担心操作工的安全，210Po对生物健康的威胁受到了广泛的关注。[4]

20世纪50年代，美国原子能委员会下属的芒德实验室（Mound Laboratories，现属美国能源部）研究了在放射性同位素热电发电机中使用210Po作为热源为卫星供电的可能性。1958年，该实验室开发出了一种使用210Po的2.5瓦特原子电池。但是最终开发者选中了钚-238，因为其半衰期更长（87.7年），比钋-210可以在更长时间内维持供电。[5]

2006年，英国当局指俄罗斯前持不同政见者和前俄罗斯联邦安全局官员利特维年科死于钋-210中毒。[6][7]利特维年科遭遇的可能是历史上最昂贵的投毒暗杀行动[8]：他摄入的钋-210价值可能达到三千万欧元，创造了一个极端的吉尼斯世界纪录。[9]

2012年，半岛电视台援引瑞士的验尸报告称，已故巴解组织领导人阿拉法特的遗体中发现高剂量钋-210。这些报道引发外界猜测阿拉法特可能是死于暗杀。[10][11]

衰变特性

210Po是一种α辐射源，半衰期为138.376天[1]。它衰变为稳定的铅-206（206Pb）。在绝大多数情况下，210Po的衰变只释放出一个α粒子：

 

十万衰变中可能有一次会释放出一个α粒子，同时伴有一个γ光子[12]：

 

由于钋-210半衰期相对较短，一毫克210Po每秒发射的α粒子和5克226Ra释放出的α粒子数量相当。由于其辐射激发其周围的空气，钋-210的化合物及其水溶液在浓度不高的情况下就能发出肉眼可识别的蓝色光芒[13]。

红巨星中的S-过程止于210Po的衰变，因为中子通量在210Po短暂的寿命中不足以导致进一步的中子俘获。相反，210Po经由α衰变迅速转变为为206Pb，然后俘获更多的中子成为210Po。这一循环消耗了剩余的中子，导致铅和铋的积累，而钍和铀等更重的元素只在R-过程中产生[14]。

制备

210Po在自然界中只有痕量存在，其丰度约为0.1ppb（十亿分之一）。因此从铀矿石中提取钋-210不可行。大部分钋-210是通过在核反应堆中对209Bi进行中子轰击而制备的。这一过程将209Bi转化为210Bi，210Bi再经由β衰变为210Po，半衰期为5天。通过这种方法，俄罗斯每月生产大约8克210Po，并运往美国用于商业应用[4]。

应用

钋-210发射出大量α粒子。如果这些粒子在很短的距离内被致密介质吸收，便可将其动能转化为热能。一克210Po可产生140瓦的热功率[15]。因此，210Po可被用作轻型热源，为人造卫星热电电池供电。例如，1970年代前苏联发射到月球表面的月球步行者登陆器中就包括至少一个210Po热源，以便在月球夜晚保持其内部组件的温度[16]。某些防静电用品也含有微克量级的钋-210。其释放出的α粒子可以电离空气，防止静电积聚[17]。钋-210释放出的α粒子可以轰击铍靶产生大量中子，因此可以用作裂变核武器的引发剂[18]。

危害

210Po具有极强的放射毒性，其本身并无已知的化学毒性。它和其它钋同位素是对生物体放射毒性最强的物质之一[6][19]。 一微克钋-210就足以杀死普通成年人。按重量计算，210Po的毒性是氢氰酸的25万倍。[20]据此推算，一克210Po足以使5千万人死亡，另外5千万人患病。这是α粒子电离辐射的结果。因此生物体一旦摄入钋-210，就会导致程度不一的放射病。然而，210Po在体外并不构成威胁，因为α粒子的贯穿力很弱，甚至无法穿透人体皮肤，实验服的织物和橡胶手套足以防护[6]。

210Po的摄入主要是通过受污染的空气、食物、水以及开放性伤口。一旦进入体内，210Po将富集在软组织，尤其是网状内皮系统和血液中。其在生物体内的半衰期约为50天[21]。

在环境中，210Po可能在海产品中富集[22]。比如，波罗的海的各种生物体中都检测到了钋-210，整个食物链无一幸免[19]。210Po也会污染植被，主要来源于大气中氡-222的衰变和土壤的吸收[23]。210Po会附着在烟叶上并在其中富集。[4][21]早在1964年，就有人报道了烟草中210Po的浓度及危害。抽烟的人受到210Po及其母体210Pb的辐射剂量要远高于不抽烟的人。[23]重度吸烟者每年吸收的来自钋-210的辐射剂量约为 100 µSv[19]到160 mSv[24]之间。这个剂量同波兰居民从切尔诺贝利核灾难飘尘中受到的辐射剂量相当[19]。据信，钋-210和吸烟人群中的肺癌有关联[25]。

参考资料

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