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人工“夜明珠”,钷元素神奇在哪

2020-1-21 10:40:52 作者:中國稀土協會

钷(pǒ)元素是“萬能之土”稀土元素家族成員之一,被譽為人工“夜明珠”。它的特殊性質使得其在人類生活中大放光彩。

钷元素(Promethium)的名字來源于希臘神話中的英雄——天神普羅米修斯(Prometheus)。在希臘神話中,眾神之王宙斯為了永遠統治大地,故意不給人類降火。天神普羅米修斯看到人類因沒有火而生活得十分悲慘,便決心違抗宙斯意志,冒著生命危險到太陽神阿波羅那里盜取火種并送給人類,給人類帶去了光明、溫暖和安全。稀土元素钷的名字來源似乎也預示著稀土元素將給人類帶來光明和創作活力。

1902年,化學家波希拉夫·布蘭納推測在元素周期表中應該有一個元素在釹和釤之間。他嘗試發現它并提出了幾種說法,但最后都被證明是錯誤的。

直45年,美國橡樹嶺國立實驗室化學家馬林斯基、格倫丁寧和克里爾才從原子反應堆用過的鈾燃料中,用離子交換法成功分離出一種新的化學元素,即元素周期表中的61號元素——钷。钷是繼锝之后,人工制得的第二個化學元素。這個發現使當時元素周期表上的空白全部被填滿,“失蹤元素”全部被找到。

微量的钷元素以核裂變的結果出現在鈾礦石中,總量少于每百萬噸1微克。那么,在哪里可以找到钷的身影?

在核反應堆中用中子轟擊釹可以得到钷的同位素。钷的所有同位素半衰期都比較短,所以長期以來,人們普遍認為自然界中不存在钷。然而,1964年有報道稱,芬蘭科學家從天然磷灰石中分離出82微克的钷;1965年,荷蘭的一個磷酸鹽工廠在處理磷灰石發現了钷的痕量成分。

所以,被視為天然核裂變產物的钷其實在自然界中也存在,只是這極微量并無提取價值。要生產利用钷,必須采取用核反應堆人造元素的辦法。

钷的主要應用領域為放射發光,也就是某些物體在放射性同位素的射線作用下產生長時間光輻射的現象。放射發光不產生熱量,也叫“冷光”。比起普通的自發光元素,放射發光的優勢在于它不需要維護保養即可長期提供微弱照明,例如地下指揮部永久性的發光標志等。

選擇放射性同位素有3點要求:適當的溫度、適當的半衰期和放射性危害小。例如,钷-147的半衰期為2.6年,是一種只放射β射線的放射性核素,對人體危害小。因此,钷-147被廣泛應用于人工“夜明珠”、軍事設施及醫用領域等。

在軍事方面,各種飛機、軍艦、坦克、車輛的駕駛室、儀表艙、控制臺的儀表刻度和指針以及炮兵用觀察、測地、指揮器材的分劃鏡、水準器等。利用放射發光粉做涂料,夜間顯示儀表數據十分清晰,一目了然。

在航天方面,美國阿波羅登月艙中曾使用了125個钷-147原子燈。用钷制成的熒光物還可用于航標燈。

在醫用方面,钷-147可用于制造放射性同位素電池。利用钷發出射線產生熱量,通過熱電偶將熱能轉化為電能;也可以利用放射線作用于熒光物質產生的熒光,照射在硅光電池上產生電能。這類特殊的電池只有紐扣大小,能持續工作5年之久,可用于導彈中儀器核動力電池,也可作為心臟起搏器電源。

在農業方面,钷-147作為純β放射源,是理想的示蹤元素。利用其明顯的選擇性蓄積可研究稀土農業應用的環境安全性,钷-147在土壤中具有強吸附性,而且難以遷移,易于在土壤和底泥中積累,并且在水生生物和陸生食用植物中具有明顯的富集性。钷-147在動物體臟器和組織間呈現不均勻分布,在骨骼、骨髓、眼、大腦、心臟和脂肪中殘留量較高,表現了明顯的選擇性蓄積。因此,可以從稀土環境積累影響、“環境優先污染”類似性、動物臟器組織稀土選擇性蓄積效應及其天然放射性等方面,研究稀土農業應用的環境安全性。研究還發現,我國北方農村用無煙囪地爐做飯、取暖,室內環境常被天然放射性物質,尤其是钷-210污染,某些居民頭發中钷-210的含量竟高出常規50多倍。△

網站編輯:宮莉

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