不⼀样的元素故事:锔

作者: 瑞⻉卡·J·阿⽐盖尔(Rebecca J. Abergel,美国劳伦斯伯克利国家实验室);埃⾥克·安索波洛(Eric Ansoborlo,法国原⼦能和替代能源委员会)

来源: Nature Portfolio

发布日期: 2022-11-19 08:00:16

本文介绍了元素锔的历史、制备方法、应用及其在科学研究中的重要性,同时也提到了锔的毒性和放射性对环境和人体的影响。

从秘密的开端到服务⽕星任务,阿⽐盖尔和安索波洛带我们⼀窥元素锔在当代科学技术上留下的闪光印记。

1944年,⻄博格、詹姆斯和吉奥索通过利⽤氦核轰击钚-239⾸次制得了第96号元素的第⼀个同位素锔-242。之后不久,他们⼜合成了第95号元素(镅)。但由于当时处于战争时期,所以这两个重⼤发现的相关消息都没有被公开,⼀直到1945年11⽉11⽇的休战纪念⽇,⻄博格本⼈在美国⼴播节⽬《⼉童问答》中,即兴公布了他们的发现。

如今,锔主要由核反应堆中的铀和/或钚的氧化物经中⼦辐射⽽产⽣:1吨核废料⼤约会产⽣20克的锔。⽬前已知的锔的同位素超过20种,质量数在232⾄252之间,所有同位素都具放射性,且主要是α粒⼦发射体。同位素锔-242和锔-244(半衰期分别为163天和18.1年)占核燃料循环产⽣的锔总量的90%。

因为它们的⾼放射性⽐度,锔-242和锔-244曾被研究⽤于航天器⾥的发电热源,但终因其价格和特殊防护层要求过⾼⽽搁浅。尽管这样,锔-244仍作为α粒⼦X射线光谱仪中的α粒⼦源⽽被送⼊了太空。该仪器是⽤来分析⽕星上的岩⽯和⼟壤样本的。另外,锔-242被⽤于⽣成更稳定的钚-238,从⽽在⼼脏起搏器等仪器中作热电发电⽤。

此外,同位素锔-245和锔-248尽管不常⻅,最近却上了头条,因为它们被当作靶标,成功合成了元素周期表上最新的⼏个元素中的鉝。

尽管有以上这些应⽤,但是锔同位素的⾼活性因为会显著增强核废料的放射毒性,⽽被认为是个问题。因此,⼤部分的锔研究侧重于表征其物理化学特性,以期完善对锕系元素的分离、回收和回⽤程序。

在⼤部分化合物和溶液中,锔以+3价氧化态形式存在,其稳定性归因于它半满的5f7电⼦层结构——虽然有例外的时候,⽐如CmO2和CmO3就是其+4和+6价的化合物。锔和镧系元素之间的相似性,源于该+3价氧化态的主导性,这也使得分离它们⾮常具有挑战性。事实上,光把第95号和96号元素彼此分离就⾮常困难,更别提将它们从稀⼟元素中分离出来。

与其它锕系元素不同,锔具有很强的固有荧光性(因其f-f电⼦跃迁的弛豫过程),会放出明亮的橘⻩⾊荧光。依据其荧光的能量和强度随⾦属离⼦的配位关系变化的特性,时间分辨激光诱导光谱法被⼴泛⽤来表征锔化合物。这种技术的⾼灵敏度对于探测和分析环境及⽣物样本中不同类的锔物种⾄关重要,尤其关乎废弃物储存、治理修复以及在陆⽣和⽔⽣⽣态系统中潜在的迁移,这些都是当今⾯临的棘⼿问题。

即使是很少量的锔意外泄漏事故,都将会给环境造成⼀场灾难,因为它对于⼈体有巨毒,尤其会在肝脏和⻣骼中沉积。⽐起其化学毒性,它的同位素的⾼放射性更容易导致辐射病:锔-244对于⼀个70公⽄重的⼈的致死量约为250 MBq或80微克左右。出于对锔泄漏事故的恐慌,⼈们着⼒使⽤和发展像硬氧供体和⾼亲和⼒配体这样的多价螯合剂作为应急避险措施。

放射性,加之能形成荧光配合物的能⼒,已⼤⼤激起了⼈们对于锔的好奇⼼。毋庸置疑,有关锔的探索还将继续,具体来说,也许会朝着锔污染的修复净化策略⽅向进⾏。

UUID: ccf5842e-a439-4568-b7b7-b1f60fabb085

原始文件名: /home/andie/dev/tudou/annot/AI语料库-20240917-V2/AI语料库/返朴公众号-pdf2txt/2022/返朴_2022-11-19「转」_不一样的元素故事:顾全大“锔”.txt

是否为广告: 否

处理费用: 0.0060 元