Polonium-210 - Polonium-210

Polonium-210,  210 Po
Général
symbole 210 Po
Noms polonium-210, Po-210, radium F
Protons 84
Neutrons 126
Données sur les nucléides
Abondance naturelle Trace
Demi-vie 138,376 jours ± 0,002 jours
Isotopes parents 210 Bi  ( β - )
Produits de décomposition 206 Pb
Masse isotopique 209.9828736 u
Tournoyer 0
Modes de décomposition
Mode de décomposition Énergie de désintégration ( MeV )
Désintégration alpha 5.40753
Isotopes du polonium
Tableau complet des nucléides

Le polonium-210 ( 210 Po, Po-210, historiquement radium F ) est un isotope du polonium . Il subit une désintégration alpha en 206 Pb stable avec une demi-vie de 138,376 jours (environ 4+12 mois), la demi-vie la plus longue de tous les isotopes naturels du polonium . Identifié pour la première fois en 1898, et marquant également la découverte de l' élément polonium, le 210 Po est généré dans la chaîne de désintégration de l' uranium-238 et du radium-226 . Le 210 Po est un contaminant important dans l'environnement, affectant principalement les fruits de mer et le tabac . Son extrême toxicité est attribuée à une radioactivité intense, capable de nuire gravement à l'homme.

Histoire

La chaîne de désintégration de l'uranium-238, connue sous le nom de série de l'uranium ou de la série du radium, dont le polonium-210 fait partie
Schéma des étapes finales du s-process. Le chemin rouge représente la séquence de captures neutroniques ; les flèches bleues et cyan représentent la désintégration bêta et la flèche verte représente la désintégration alpha de 210 Po. Ce sont les courtes demi-vies du 210 Bi et du 210 Po qui empêchent la formation d'éléments plus lourds, ce qui entraîne plutôt un cycle de quatre captures de neutrons, deux désintégrations bêta et une désintégration alpha.

En 1898, Marie et Pierre Curie découvrent dans la pechblende une substance fortement radioactive et déterminent qu'il s'agit d'un élément nouveau ; ce fut l'un des premiers éléments radioactifs découverts. Après l'avoir identifié comme tel, ils ont nommé l'élément polonium d'après le pays d'origine de Marie, la Pologne . Willy Marckwald a découvert une activité radioactive similaire en 1902 et l'a nommée radio-tellure , et à peu près au même moment, Ernest Rutherford a identifié la même activité dans son analyse de la chaîne de désintégration de l'uranium et l'a nommée radium F (à l'origine radium E ). En 1905, Rutherford a conclu que toutes ces observations étaient dues à la même substance, 210 Po. D'autres découvertes et le concept d'isotopes, proposé pour la première fois en 1913 par Frederick Soddy , ont fermement placé le 210 Po comme l'avant-dernière étape de la série de l' uranium .

En 1943, le 210 Po a été étudié comme initiateur de neutrons possible dans les armes nucléaires , dans le cadre du projet Dayton . Au cours des décennies suivantes, les préoccupations concernant la sécurité des travailleurs manipulant le 210 Po ont conduit à des études approfondies sur ses effets sur la santé.

Dans les années 1950, des scientifiques de la Commission de l'énergie atomique des États-Unis à Mound Laboratories , dans l'Ohio, ont exploré la possibilité d'utiliser le 210 Po dans les générateurs thermoélectriques à radio-isotopes (RTG) comme source de chaleur pour alimenter les satellites. Une batterie atomique de 2,5 watts utilisant du 210 Po a été développée en 1958. Cependant, l'isotope plutonium-238 a été choisi à la place, car il a une demi-vie plus longue de 87,7 ans.

Le polonium-210 a été utilisé pour tuer le dissident russe et ancien officier du FSB Alexander V. Litvinenko en 2006, et a été soupçonné d'être une cause possible de la mort de Yasser Arafat , à la suite de l'exhumation et de l'analyse de son cadavre en 2012-2013.

Propriétés de décomposition

Le 210 Po est un émetteur alpha qui a une demi-vie de 138,376 jours ; il se désintègre directement en 206 Pb stable . La plupart du temps, le 210 Po se désintègre par émission d'une particule alpha uniquement, et non par émission d'une particule alpha et d'un rayon gamma ; environ une désintégration sur 100 000 entraîne l'émission d'un rayon gamma. Ce faible taux de production de rayons gamma rend plus difficile la recherche et l'identification de cet isotope. Plutôt que la spectroscopie gamma , la spectroscopie alpha est la meilleure méthode de mesure de cet isotope.

En raison de sa demi-vie beaucoup plus courte, un milligramme de 210 Po émet autant de particules alpha par seconde que 5 grammes de 226 Ra . Quelques curies de 210 Po émettent une lueur bleue provoquée par l' excitation de l'air environnant.

Le 210 Po est présent en quantités infimes dans la nature, où il est l'avant-dernier isotope de la chaîne de désintégration de la série de l' uranium . Il est généré par désintégration bêta à partir du 210 Pb et du 210 Bi .

Le processus s astrophysique se termine par la désintégration du 210 Po, car le flux de neutrons est insuffisant pour conduire à d'autres captures de neutrons dans la courte durée de vie du 210 Po. Au lieu de cela, 210 Po alpha se désintègre en 206 Pb, qui capture alors plus de neutrons pour devenir 210 Po et répète le cycle, consommant ainsi les neutrons restants. Cela entraîne une accumulation de plomb et de bismuth et garantit que les éléments plus lourds tels que le thorium et l'uranium ne sont produits que dans le processus r beaucoup plus rapide .

Production

Bien que le 210 Po soit présent à l'état de traces dans la nature, il n'est pas assez abondant (0,1 ppb ) pour que l'extraction du minerai d'uranium soit réalisable. Au lieu de cela, la plupart du 210 Po est produit de manière synthétique, par bombardement de neutrons de 209 Bi dans un réacteur nucléaire . Ce processus convertit le 209 Bi en 210 Bi, dont le bêta se désintègre en 210 Po avec une demi-vie de cinq jours. Grâce à cette méthode, environ 8 grammes (0,28 oz) de 210 Po sont produits en Russie et expédiés aux États-Unis chaque mois pour des applications commerciales.

Applications

Un seul gramme de 210 Po génère 140 watts de puissance. Parce qu'il émet beaucoup de particules alpha , qui sont à une distance se sont arrêtés très court dans les médias denses et libèrent leur énergie, 210 Po a été utilisé comme une légère source de chaleur pour alimenter les cellules thermoélectriques dans les satellites artificiels ; par exemple, une source de chaleur de 210 Po se trouvait également dans chacun des rovers Lunokhod déployés à la surface de la Lune , pour garder leurs composants internes au chaud pendant les nuits lunaires. Certains pinceaux antistatiques, utilisés pour neutraliser l'électricité statique sur des matériaux comme les films photographiques, contiennent quelques microcuries de 210 Po comme source de particules chargées. Le 210 Po a également été utilisé dans les initiateurs de bombes atomiques grâce à la réaction (α,n) avec le béryllium .

Dangers

le 210 Po est extrêmement toxique ; lui et d'autres isotopes du polonium sont parmi les substances les plus radiotoxiques pour l'homme. Un microgramme étant plus que suffisant pour tuer un adulte moyen, le 210 Po est 250 000 fois plus toxique que le cyanure d'hydrogène en poids ; on pense aussi qu'un gramme de 210 Po suffit à tuer 50 millions de personnes et à en rendre malade 50 autres. Ceci est une conséquence de son rayonnement alpha ionisant , car les particules alpha sont particulièrement dommageables pour les tissus organiques à l'intérieur du corps. Cependant, le 210 Po ne constitue pas une menace à l'extérieur du corps, car les particules alpha ne peuvent pas pénétrer la peau humaine.

La toxicité du 210 Po provient entièrement de sa radioactivité. Il n'est pas chimiquement toxique en soi, mais sa solubilité en solution aqueuse ainsi que celle de ses sels présente un danger car sa propagation dans l'organisme est facilitée en solution. L'absorption de 210 Po se produit principalement par l'air, la nourriture ou l'eau contaminés, ainsi que par des plaies ouvertes. Une fois à l'intérieur du corps, le 210 Po se concentre dans les tissus mous (en particulier dans le système réticulo - endothélial ) et la circulation sanguine . Sa demi-vie biologique est d'environ 50 jours.

Dans l'environnement, le 210 Po peut s'accumuler dans les produits de la mer. Il a été détecté dans divers organismes de la mer Baltique , où il peut se propager et ainsi contaminer la chaîne alimentaire. Le 210 Po est également connu pour contaminer la végétation, principalement à cause de la décomposition du radon-222 atmosphérique et de l'absorption par le sol.

En particulier, le 210 Po se fixe et se concentre dans les feuilles de tabac. Des concentrations élevées de 210 Po dans le tabac ont été documentées dès 1964, et les fumeurs de cigarettes se sont donc avérés exposés à des doses considérablement plus élevées de rayonnement provenant du 210 Po et de son parent 210 Pb. Les gros fumeurs peuvent être exposés à la même quantité de rayonnement (les estimations varient de 100  µSv à 160 mSv par an) que les personnes en Pologne l'étaient des retombées de Tchernobyl en provenance d'Ukraine. En conséquence, le 210 Po est plus dangereux lorsqu'il est inhalé à partir de la fumée de cigarette, ce qui fournit une preuve supplémentaire d'un lien entre le tabagisme et le cancer du poumon .

Les références