钷(pǒ)元素是“萬能之土”稀土元素家族成員之一,被譽(yù)為人工“夜明珠”。它的特殊性質(zhì)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(yuǎn)統(tǒng)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(yù)示著稀土元素將給人類帶來光明和創(chuàng)作活力。
1902年,化學(xué)家波希拉夫·布蘭納推測在元素周期表中應(yīng)該有一個元素在釹和釤之間。他嘗試發(fā)現(xiàn)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(shí)驗(yàn)室化學(xué)家馬林斯基、格倫丁寧和克里爾才從原子反應(yīng)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(xué)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(xué)元素。這個發(fā)現(xiàn)使當(dāng)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(jié)果出現(xiàn)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(yīng)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(rèn)為自然界中不存在钷。然而,1964年有報道稱,芬蘭科學(xué)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(fā)現(xiàn)了钷的痕量成分。
所以,被視為天然核裂變產(chǎn)物的钷其實(shí)在自然界中也存在,只是這極微量并無提取價值。要生產(chǎn)利用钷,必須采取用核反應(yīng)堆人造元素的辦法。
钷的主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)榉派浒l(fā)光,也就是某些物體在放射性同位素的射線作用下產(chǎn)生長時間光輻射的現(xiàn)象。放射發(fā)光不產(chǎn)生熱量,也叫“冷光”。比起普通的自發(fā)光元素,放射發(fā)光的優(yōu)勢在于它不需要維護(hù)保養(yǎng)即可長期提供微弱照明,例如地下指揮部永久性的發(fā)光標(biāo)志等。
選擇放射性同位素有3點(diǎn)要求:適當(dāng)?shù)臏囟取⑦m當(dāng)?shù)陌胨テ诤头派湫晕:π。例如,?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(yīng)用于人工“夜明珠”、軍事設(shè)施及醫(yī)用領(lǐng)域等。
在軍事方面,各種飛機(jī)、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(zhǔn)器等。利用放射發(fā)光粉做涂料,夜間顯示儀表數(shù)據(jù)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(biāo)燈。
在醫(yī)用方面,钷-147可用于制造放射性同位素電池。利用钷發(fā)出射線產(chǎn)生熱量,通過熱電偶將熱能轉(zhuǎn)化為電能;也可以利用放射線作用于熒光物質(zhì)產(chǎn)生的熒光,照射在硅光電池上產(chǎn)生電能。這類特殊的電池只有紐扣大小,能持續(xù)工作5年之久,可用于導(dǎo)彈中儀器核動力電池,也可作為心臟起搏器電源。
在農(nóng)業(yè)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(nóng)業(yè)應(yīng)用的環(huán)境安全性,钷-147在土壤中具有強(qiáng)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(xiàn)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(xiàn)了明顯的選擇性蓄積。因此,可以從稀土環(huán)境積累影響、“環(huán)境優(yōu)先污染”類似性、動物臟器組織稀土選擇性蓄積效應(yīng)及其天然放射性等方面,研究稀土農(nóng)業(yè)應(yīng)用的環(huán)境安全性。研究還發(fā)現(xiàn),我國北方農(nóng)村用無煙囪地爐做飯、取暖,室內(nèi)環(huán)境常被天然放射性物質(zhì),尤其是钷-210污染,某些居民頭發(fā)中钷-210的含量竟高出常規(guī)50多倍!
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