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人工“夜明珠”,钷元素神奇在哪

2020-1-21 10:40:52 作者:中国稀土协会

钷(pǒ)元素是“万能之土”稀土元素家族成员之一,被誉为人工“夜明珠”。它的特殊性质使得其在人类生活中大放光彩。

钷元素(Promethium)的名字来源于希腊神话中的英雄——天神普罗米修斯(Prometheus)。在希腊神话中,众神之王宙斯为了永远统治大地,故意不给人类降火。天神普罗米修斯看到人类因没有火而生活得十分悲惨,便决心违抗宙斯意志,冒着生命危险到太阳神阿波罗那里盗取火种并送给人类,给人类带去了光明、温暖和安全。稀土元素钷的名字来源似乎也预示着稀土元素将给人类带来光明和创作活力。

1902年,化学家波希拉夫·布兰纳推测在元素周期表中应该有一个元素在钕和钐之间。他尝试发现它并提出了几种说法,但最后都被证明是错误的。

直45年,美国橡树岭国立实验室化学家马林斯基、格伦丁宁和克里尔才从原子反应堆用过的铀燃料中,用离子交换法成功分离出一种新的化学元素,即元素周期表中的61号元素——钷。钷是继锝之后,人工制得的第二个化学元素。这个发现使当时元素周期表上的空白全部被填满,“失踪元素”全部被找到。

微量的钷元素以核裂变的结果出现在铀矿石中,总量少于每百万吨1微克。那么,在哪里可以找到钷的身影?

在核反应堆中用中子轰击钕可以得到钷的同位素。钷的所有同位素半衰期都比较短,所以长期以来,人们普遍认为自然界中不存在钷。然而,1964年有报道称,芬兰科学家从天然磷灰石中分离出82微克的钷;1965年,荷兰的一个磷酸盐工厂在处理磷灰石发现了钷的痕量成分。

所以,被视为天然核裂变产物的钷其实在自然界中也存在,只是这极微量并无提取价值。要生产利用钷,必须采取用核反应堆人造元素的办法。

钷的主要应用领域为放射发光,也就是某些物体在放射性同位素的射线作用下产生长时间光辐射的现象。放射发光不产生热量,也叫“冷光”。比起普通的自发光元素,放射发光的优势在于它不需要维护保养即可长期提供微弱照明,例如地下指挥部永久性的发光标志等。

选择放射性同位素有3点要求:适当的温度、适当的半衰期和放射性危害小。例如,钷-147的半衰期为2.6年,是一种只放射β射线的放射性核素,对人体危害小。因此,钷-147被广泛应用于人工“夜明珠”、军事设施及医用领域等。

在军事方面,各种飞机、军舰、坦克、车辆的驾驶室、仪表舱、控制台的仪表刻度和指针以及炮兵用观察、测地、指挥器材的分划镜、水准器等。利用放射发光粉做涂料,夜间显示仪表数据十分清晰,一目了然。

在航天方面,美国阿波罗登月舱中曾使用了125个钷-147原子灯。用钷制成的荧光物还可用于航标灯。

在医用方面,钷-147可用于制造放射性同位素电池。利用钷发出射线产生热量,通过热电偶将热能转化为电能;也可以利用放射线作用于荧光物质产生的荧光,照射在硅光电池上产生电能。这类特殊的电池只有纽扣大小,能持续工作5年之久,可用于导弹中仪器核动力电池,也可作为心脏起搏器电源。

在农业方面,钷-147作为纯β放射源,是理想的示踪元素。利用其明显的选择性蓄积可研究稀土农业应用的环境安全性,钷-147在土壤中具有强吸附性,而且难以迁移,易于在土壤和底泥中积累,并且在水生生物和陆生食用植物中具有明显的富集性。钷-147在动物体脏器和组织间呈现不均匀分布,在骨骼、骨髓、眼、大脑、心脏和脂肪中残留量较高,表现了明显的选择性蓄积。因此,可以从稀土环境积累影响、“环境优先污染”类似性、动物脏器组织稀土选择性蓄积效应及其天然放射性等方面,研究稀土农业应用的环境安全性。研究还发现,我国北方农村用无烟囱地炉做饭、取暖,室内环境常被天然放射性物质,尤其是钷-210污染,某些居民头发中钷-210的含量竟高出常规50多倍。△

网站编辑:宫莉

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