Зачем был нужен полоний? Полоний: история открытия элемента Полоний применение

Лондон - Впервые полоний получил широкое освещение в 2006 году, когда им воспользовались для того, чтобы в Лондоне убить критика Кремля, бывшего агента КГБ Александра Литвиненко.

На этой неделе вдова Ясира Арафата (Yasser Arafat) потребовала эксгумации тела палестинского лидера после того, как швейцарские ученые обнаружили следы радиоактивного полония-210 на одежде, которую, предположительно, он носил перед смертью в 2004 году.

Так что же такое полоний, и насколько он опасен?

Что такое полоний?

Полоний-210 является одним из самых редких элементов, а открыт он был в 1898 году супругами Пьером Кюри (Pierre Curie) и Марией Склодовской-Кюри (Maria Skłodowska-Curie) и назван в честь родины Марии, Польши. Элемент скапливается естественным способом в крайне незначительных количествах в земной коре, а также производится искусственно на атомных реакторах. В малых количествах он используется в законных промышленных целях, в основном, для снятия статического электричества.

Он опасен?

Очень. Если он попадает в организм, то он смертелен даже в ничтожно малых дозах. Менее одного грамма серебристого порошка достаточно для того, чтобы кого-то убить. В ходе исследования 2007 года ученые Министерства здравоохранения Великобритании показали, что после попадания полония в кровь его мощное действие почти невозможно остановить. У отравившейся жертвы наступает постепенный отказ различных органов, по мере того как альфа-частицы атакуют печень, почки и костный мозг. Симптомы Литвиненко также являются типичными - тошнота, выпадение волос, распухание горла и бледность.

Кто может заполучить полоний?

Хорошая новость - мало кто. Элемент может быть побочным продуктом химической обработки урана, но его чаще всего производят атомные реакторы или ускорители частиц. Данные ядерные объекты жестко контролируются и работают по жестким международным соглашениям.

Вышедший на пенсию британский эксперт по радиации Джон Крофт (John Croft), работавший с Литвиненко, считает, что достаточную для убийства дозу полония можно получить, скорее всего, от правительства, обладающего гражданским или военным ядерным потенциалом. Под это описание подходит Россия, производящая полоний и подозреваемая в убийстве Литвиненко, а также враг Арафата Израиль. Но есть и еще десяток других стран, включая США.

Почему он может заинтересовать убийц?

Полоний - хорошее оружие. Его большие радиоактивные альфа-частицы не проникают в кожу и не фиксируются детекторами радиации, потому его относительно легко провезти через границу. Полоний может попасть в организм через рану или дыхательные пути, но самый надежный способ - потребление полония с едой или напитком. Литвиненко выпил чай с полонием во время встречи в шикарной гостинице в Лондоне.

Кого им убили?

Отравление полонием - такая редкость, что врачам потребовалось несколько недель для того, чтобы определить заболевание Литвиненко, а специалисты по безопасности с трудом вспомнили предыдущий случай отравления. Прошло пять лет с момента убийства Литвиненко, но никто так и не был задержан. Британские следователи назвали бывшего агента КГБ Андрея Лугового главным подозреваемым, но Россия отказывается выдавать его.

Некоторые полагают, что дочь Кюри Ирен, скончавшаяся от лейкемии, заболела после случайного получения дозы полония в лаборатории.

Израильский автор Микаль Карпин (Michal Karpin) заявил, что смерть нескольких израильских ученых в следствии рака стала результатом утечки в Научном институте Вейсмана (Weizmann Institute of Science) в 1957 году. Израильские власти никогда не признавали взаимосвязь.

Могут ли ученые доказать, что Арафат был отравлен полонием?

Ученые предупредили, что следов полония на одежде Арафата недостаточно для того, чтобы доказать факт отравления. Эксгумация тела для проведения анализов является гораздо более надежным способом. Специалист по рентгенологии из Университетского колледжа Лондона Дэрек Хилл (Derek Hill) заявил, что спустя восемь лет после смерти Арафата, полоний уже должен был утратить своиства распался и является гораздо менее радиоактивным, чем был в 2004 году. Но по его словам, уровень все равно будет во много раз превышать норму, а вскрытие должно показать «с достаточно большой долей уверенности», присутствовал ли полоний в теле Арафата в момент смерти.

Отравление Александра Литвиненко потребовало бы, по мнению британских экспертов, применения значительных технических знаний и навыков.

Литвиненко умер 23 ноября из-за смертельной дозы радиации, источником которой был изотоп полоний-210, найденный в его организме.

С тех пор следы этого изотопа были обнаружены в пяти местах в Лондоне, в том числе в суши-баре и гостинице, где бывал экс-офицер ФСБ.

Однако полоний-210 относится к классу радиоактивных веществ, обнаружение и производство которых представляет значительные трудности.

Этот изотоп встречается в естественной форме в природе и в человеческом организме в чрезвычайно низкой концентрации. Для того, чтобы получить достаточные для криминального использования количества этого вещества, требуются сложная техника и специальные знания.

Профессор Ник Прист, один из немногих британских физиков, которые обладают опытом непосредственного обращения с полонием-210, заявил в интервью корреспонденту Би-би-си, что всего одного миллиграмма этого изотопа хватило бы на то, чтобы убить Литвиненко.

Полоний-210 излучает мощный поток альфа-частиц. В отличие от гамма-излучения, альфа-частицы проникают на сравнительно короткое расстояние, на глубину всего нескольких клеток в биологических тканях.

Однако альфа-частицы обладают изначально высокой энергией, отдавая которую, они способны причинить большие разрушения клеточным структурам.

"Если поместить это вещество в пробирку или колбу, его невозможно распознать по внешним признакам, - говорит доктор Франк Барнаби, ядерный физик из Оксфордского университета. - Именно это делает его почти идеальным ядом".

Но если такую пробирку открыть, то полоний-210 очень легко распространяется по воздуху с водяными парами и загрязняет окружающую среду.

Известны по крайней мере три метода получения этого изотопа. Полоний-210 можно извлекать из урановой руды, из обогащенного в реакторе урана или из другого изотопа радий-226.

Плод усилий Мари Кюри

Полоний был открыт Мари Кюри в 1897 году методом химической экстракции из минерала окись урана. Исследовательница дала элементу его название в честь своей родины - Польши.

Как считает физик Ник Прист, этот метод не в состоянии произвести достаточного количества изотопа, необходимого для убийства взрослого человека.

Для получения требуемого количества требуется использование ядерного реактора, считает он.

По его словам, наиболее реальным способом получения полония-210 является облучение элемента висмута нейтронами в таком реакторе, в результате чего получается изотоп висмут-210.

Этот изотоп имеет короткий период полураспада, по завершении которого он распадается на полоний-210 и таллий-206.

Как указывает Ник Прист, появлялись сообщения о наличии в организме Литвиненко небольших количеств радиоактивного таллия, что может служить косвенным признаком получения полония в реакторе.

Таллий-206 имеет очень короткий период полураспада, поэтому в полонии должны оставаться следы висмута-210, который в свою очередь дает нам таллий.

Такое может происходить в случае неполного отделения висмута от полония на заключительной стадии процесса.

Получение полония из изотопа радий-226 считается сложным процессом, потому что этот изотоп радия производит жесткое проникающее излучение.

На нем ходили луноходы

По мнению экспертов, в мире имеется всего 40-50 реакторов, способных производить полоний-210. Все имеющиеся данные указывают на источники за пределами Великобритании.

Среди них - несколько ядерных объектов на территории бывшего Советского Союза, а также в Австралии и Германии.

"В Британии есть только один реактор, на котором можно было бы получать этот изотоп, и я уверен, что работающие на нем физики такими делами не занимались", говорит Ник Прист.

Полоний используется в различных измерительных устройствах, однако извлечь его из них нелегко.

В прошлом полоний, как и бериллий, использовался в качестве инициатора ядерной реакции в атомных бомбах, производившихся в США, Великобритании и СССР. Кроме того, советские луноходы в 70-е годы были оснащены изотопными батареями на основе полония-210.

Виновников найти труднее

Дело Литвиненко снова заставляет обратиться к теме нелегальной торговли российскими радиоактивными веществами. С 1995 года МАГАТЭ ведет базу данных зафиксированных эпизодов по распространению ядерных отходов и радиоактивных материалов. По данным за прошлый год, всего зарегистрировано 827 подобных эпизодов.

МАГАТЭ не располагает данным о наличии на черном рынке изотопа полоний-210, однако появлялись неподтвержденные сообщения на этот счет.

Во вторник Сергей Кириенко, глава Росатома, отверг предположения, что полоний-210, ставший причиной смерти Литвиненко, мог быть нелегально вывезен из России. По его словам, Россия экспортирует всего 8 граммов полония-210 в месяц, и все это количество направляется в США. Экспорт в Великобританию был прекращен пять лет назад.

Теоретически следователи, ведущие дело Литвиненко, могли бы проследить происхождение полония-210, однако для этого необходимо сначала обнаружить остаточные следы других изотопов.

Но даже если бы такие данные были получены, они необязательно привели бы к обнаружению виновника, особенно в случае кражи таких материалов. По мнению многих физиков, полоний-210 был выбран в качестве орудия убийства именно благодаря его высокой токсичности и трудности обнаружения.

Радиоактивный элемент VI группы периодической системы Менделеева. Полоний был открыт в 1898 г. Марией Склодовской-Кюри и Пьером Кюри. Название получил в честь Польши.
М. Кюри установила, что некоторые образцы урановой смоляной руды более радиоактивны, чем сам уран. Следовательно в этой руде должны были содержаться вещества более радиоактивные, чем уран. Эти вещества (элементы) были выделены. Сначала полоний, а затем радий.
Наиболее долгоживущий из природных изотопов 210 Po. Период полураспада 210 Po 138.376 дней , т.е. за это время первоначальное количество 210 Po уменьшается вдвое. Через это время половина ядер 210 Po превращаются в ядра стабильного изотопа свинца 206 Pb. Превращение 210 Po в 206 Pb происходит в результате α -распада

210 Po → 206 Pb + α .

Рис. 1. Схема распада 210 Po.

Т.е. кроме ядер свинца (206 Pb) при распаде 210 Po образуются также ядра гелия 4 He, которые обычно называют α (альфа)-частицами. Причем 210 Po является практически чистым α -излучателем. Альфа-распад, если он происходит не на основное или не только на основное состояние конечного ядра, сопровождается гамма-излучением. В подавляющем количестве случаев 210 Po распадается на основное состояние 206 Pb с испусканием альфа-частиц с энергией 5.3 МэВ, и только ничтожная доля (0.00122%) ядер 210 Po распадается на возбужденное (803 кэВ) состояние 206 Pb, которое распадается с испусканием гамма-квантов . Обнаружить сопутствующее такому альфа-распаду гамма-излучение можно только в прецизионном эксперименте.
Изотоп 210 Po является не только самым долгоживущим среди естественных, т.е. существующих на Земле, а не полученных искусственным путем, изотопов полония, но и самым распространенным. Он постоянно образуется за счет цепочки распадов изотопов, которая начинается с 238 U и кончается 206 Pb.

238 U → 234 Th → 234 Pa → 234 U → 230 Th → 228 Ra → 222 Rn → 218 Po → 214 Pb → 214 Bi → 214 Po → 210 Pb → 210 Bi → 210 Po → 206 Pb.

Период полураспада (T 1/2) 238 U 4.5 миллиарда лет. В естественной урановой смеси 238 U более 99%. Для количества ядер (N) изотопов урана (238 U) и полония (210 Po) в естественной смеси и их периодами полураспада (T 1/2) справедливо соотношение

N(238 U)/N(210 Po) = T 1/2 (238 U)/T 1/2 (210 Po).

Аналогичные соотношения справедливы для всех изотопов цепочки последовательных распадов, т.к. они находятся в так называемом вековом равновесии , когда количество распадов в единицу времени у всех изотопов одинаковое. Сколько в результате предшествующего распада в единицу времени образуется ядер изотопа столько же их и распадается. Таким образом в 1 тонне урановой руды содержится только около 100 микрограмм полония . В основном это 210 Po. Всех других естественных изотопов полония еще меньше (и на много). Полоний можно выделить из урановых руд при обработке отходов уранового производства. Однако для для того, чтобы получить заметное количество полония, пришлось бы обработать немыслимое количество таких отходов. 210 Po получают в ядерных реакторах при облучении нейтронами висмута в результате реакции

209 Bi(n,γ ) 210 Bi.

210 Bi испытывает бета-распад и превращается в 210 Po. Период полураспада 210 Bi 5.013 дней .
Кроме 210 Po еще два искусственно-радиоактивных изотопа полония имеют относительно большие периоды полураспада - это 208 Po (T 1/2 = 2.898 г) и 209 Po (T 1/2 = 102 г). Эти изотопы можно получить, используя бомбардировку ускоренными в циклотроне пучками альфа-частиц, протонов или дейтронов мишеней из свинца или висмута . 209 Po можно приобрести в Ок Риджской национальной лаборатории с разрешения Комиссии за по атомной энергии (A.E.C.) США по цене приблизительно $3200 за 1 мкКи (микрокюри)* . В таком источнике будет 6· 10 -8 г 209 Po. Все остальные изотопы полония имеют периоды полураспада от 8.8 дней (206 Po) до долей микросекунды ( ).

Различные типы ионизирующих излучений (α ,β ,γ ) имеют заметно отличные проникающие способности. Альфа-частицы от радиоактивных изотопов пролетая через вещество легко подхватывают электроны и превращаются в атомы гелия. Так для того, чтобы превратиться в гелий, альфа-частицам 210 Po достаточно пролететь в воздухе меньше 4 см, в биологической ткани - меньше 50 мкм, в алюминии - меньше 30 мкм. Таким образом, альфа-излучение от радиоактивных источников не может быть зафиксировано обычными дозиметрами, в которых используются счетчики Гейгера. Альфа-частицы таких энергий не пройдут через корпус счетчика, даже если альфа-радиоактивным изотопом измазать его поверхность. Достаточно поместить чистый α -излучатель в герметичную упаковку со стенками не толще, чем лист бумаги (главное, чтобы радиоактивный препарат из него "не высыпался"), обнаружить его излучение не смогут и более чувствительные устройства, такие, например, как полупроводниковые или сцинтилляционные детекторы. Последние могут помочь зафиксировать альфа-излучение, если они будут находится в непосредственной близости от "открытого" источника радиоактивного загрязнения.

На рис. 2 приведены характеристики сцинтилляционного детектора загрязнений LB 124 SCINT, выпускаемое фирмой BERTHOLD TECHNOLOGIES GmbH & Co .
Радиоактивные источники 210 Po используются как в научных исследованиях, так и в технике. Во время работы над Манхеттенским проектом полоний-бериллиевый нейтронный источник предполагалось использовать в качестве запала атомной бомбы. Нейтроны в таком источнике получаются в результате взаимодействия альфа-частиц от распада 210 Po с бериллием, реакция 9 Be(α ,n). Однако в последствии от такого решения отказались . Удельное энерговыделение полония велико - 140 Ватт/г. Капсула содержащая 0.5 г полония нагревается до 500 о С . Это свойство используется для создания на его основе термоэлектрических источников, которые в частности применяются в космических аппаратах. Полоний также используется в устройствах для снятия статического электричества. В некоторых устройствах такого рода может содержаться полоний с активностью до 500 мкКи (около 0.1 микрограмм). Этого количества теоретически достаточно, чтобы убить 5000 человек. Однако, этот полоний надежно упакован, и для того, чтобы извлечь его для использования во вредоносных целях необходимы изощренные технологии и глубокие знания . Как правило, активность предлагаемых на рынке источников невелика. Так можно приобрести источник 210 Po с активностью 0.1 мкКи (микрокюри) за $69. Источник с такой активностью испускает 3700 частиц в секунду. Масса же 210 Po в таком источнике около 2· 10 -11 г.
Альфа-излучение от радиоактивных источников не может проникнуть сквозь кожные покровы, Однако, альфа-излучающие нуклиды представляют большую опасность при поступлении внутрь организма через органы дыхания и пищеварения, открытые раны и ожоговые поверхности, и не только за счет ионизирующего излучения, но и просто как ядовитые вещества. Максимальная допустимая дозовая нагрузка на организм при попадании 210 Po внутрь всего 0.03 мкКи (6.8 . 10 -12 г). При одинаковом весе 210 Po приблизительно в 2.5 . 10 11 раз токсичнее, чем синильная кислота . Попав в организм человека, полоний через ток крови распространяется по тканям. Полоний выводится из организма в основном вместе с калом и мочой. Больше всего его выводится в первые несколько дней. За 50 дней выводится около половины попавшего в организм полония. Наличие полония у зараженных им людей идентифицируется по слабому гамма-излучению выделений . Попадание внутрь организма человека одной стотысячной миллиграмма полония в 50% случаев приводит к летальному исходу . Полоний весьма летучий металл, на воздухе за 45 часов 50% его испаряется при температуре 55 о С.

* Единицы активности - 1 Ки (Кюри) = 3.7 . 10 10 распадов в секунду, 1 Ки = 10 3 мКи = 10 6 мкКи. 1 Бк = 1 распад в секунду.

Изотопы полония
A	T 1/2	Мода распада	Радиоактивный ряд
190	2.53 мс	α , ЭЗ 0.1%
191	22 мс	α
192	33.2 мс	α 99.5%,ЭЗ0.5%
194	0.392 c	α
195	4.64 c	α 75%,ЭЗ 25%
196	5.8 c	α 98%,ЭЗ2%
197	1.4 м	ЭЗ 56%, α 44%
198	1.87 м	α 57%,ЭЗ 43%
199	4.58 м	ЭЗ 92.5%, α 7.5%
200	10.9 м	ЭЗ 88.9%, α 11.1%
201	15.3 м	ЭЗ 98.4%, α 1.6%
202	44.7 м	ЭЗ 98.08%, α 1.92%
203	36.7 м	ЭЗ 99.89%, α 0.11%
204	3.53 ч	ЭЗ 99.34%, α 0.66%
205	1.66 ч	ЭЗ 99.96%, α 0.04%
206	8.8 д	ЭЗ 94.55%, α 5.45%
207	5.80 ч	ЭЗ 99.98%, α 0.02%
208	2.898 г	α , ЭЗ
209	102 г	α 99.52%,ЭЗ 0.48%
210	138.376 д	α	238 U
211	0.516 c	α	235 U
212	0.299 мкс	α	236 U
213	3.65 мкс	α	237 Np
214	164.3 мкс	α	238 U
215	1.781 мс	α ,β - 0.00023%	235 U
216	0.145 c	α	236 U
217	1.47 c	α >95%,β - <5%	237 Np
218	3.10 м	α 99.98%,β - 0.02%	238 U
219	2 м	α ?,β - ?

Научные аспекты дела Литвиненко для ТрВ-Наука проанализировал докт. хим. наук, зав. лабораторией радиоизотопного комплекса Института ядерных исследований РАН

Страсти вокруг загадочной смерти Александра Литвиненко не утихают. Наконец-то в Лондоне начались общественные слушания по его делу. И сравнительно недавно интерес к этой теме был подогрет предположением, что аналогичным образом был умерщвлен палестинский лидер Ясир Арафат. Благодаря этому широкая публика хоть что-то узнала о радиоактивных изотопах и их возможном применении, впрочем весьма однобоко.

В свое время мне пришлось комментировать это дело во многих российских и зарубежных изданиях, радио- и телепередачах. Но массмедиа - не самая подходящая площадка для обсуждения научных аспектов этой интересной проблемы: вопрос слишком политизирован. Люди выдвигают самые фантастические версии, совершенно не утруждая себя никакими доказательствами. В то же время имеется ряд научных публикаций, в которых обсуждаются разные, в первую очередь медицинские, аспекты . Этот вопрос поднимался и на ряде научных конференций по получению и применению изотопов, в которых я принимал участие.

Здесь я кратко изложу следующий аспект: получение и свойства полония-210, которые могут быть связаны с отравлением А. Литвиненко. Ряд российских «экспертов» выражали удивление, почему именно это вещество было использовано, и многим было непонятно, каким образом оно было использовано. В частности, Лев Фёдоров, докт. хим. наук, президент Союза за химическую безопасность, в эфире «Эха Москвы» говорил: «Как можно отравить полонием-210? Вот это я ума не приложу... Вот если бы я думал, как бы человека отравить, то самым последним по счету я бы назвал полоний... Естественно, человек, который бы это тащил через границы, он должен был тащить в свинцовом контейнере» .

Ряд иных экспертов пытались обосновать свои выводы исходя из общих соображений. Так, известный банкир Александр Лебедев, сам бывший работник КГБ, утверждал в нашей с ним публичной дискуссии на телеканале НТВ («Воскресный вечер с Владимиром Соловьёвым», 3 декабря 2006 года): «Уверяю вас, что никакой возможности сегодня допустить, чтобы наши спецслужбы занимались подобными вещами, нет вообще ни малейшей... Потому что за этим обязательно последует уголовное наказание».

Отставим в сторону политические аспекты, кому это было выгодно или не выгодно. Давайте разберемся, почему использовали именно полоний?

Получение полония-210

Основной способ получения полония-210 - облучение висмута медленными нейтронами на ядерном реакторе (см. рис. 1). Затем необходимо химически выделить полоний из облученного висмута. Это можно делать методом возгонки (так как полоний обладает сравнительно высокой летучестью при повышенных температурах), электрохимическим или другими методами. Произведенный этим способом полоний-210 очень дешев. Разговоры о его дороговизне не соответствуют действительности. Другое дело его доступность.

В технологии есть еще и третий этап, это приготовление источника излучения для конечного применения. Источники могут быть разного типа. В данном конкретном случае полоний надо поместить в капсулу, лучше всего с многослойной оболочкой (чтобы избежать проникновения полония). Для отравления надо либо раскрыть эту капсулу, чтобы содержимое попало в питье, либо, что гораздо более удобно, изготовить миниатюрную ампулу с растворимой оболочкой, это не сложно.

Впервые полоний в чистом виде в Советском Союзе был получен в НИИ-9 (ныне - Высокотехнологический научно-исследовательский институт неорганических материалов имени А. А. Бочвара), который являлся лидером в исследовании этого элемента. Работы проводились под руководством нашего выдающегося ученого Зинаиды Васильевны Ершовой .

Можно ли определить происхождение полония техническим способом? Теоретически это возможно, но практически очень трудно. Каждый ядерный реактор (в определенном канале облучения) характеризуется своим нейтронным спектром. Наличие быстрых нейтронов приводит к образованию наряду с полонием-210 (период полураспада - 138,4 дня) небольших количеств полония-209 (период полураспада - 102 года, энергия альфа-частиц - 4,9 МэВ) по ядерной реакции (n, 2n) из накопленного полония-210, а также еще в меньших количествах полония-208 (2,9 года).

Таким образом, по таким «ядерным часам» в принципе можно определить место и дату производства полония. Однако сделать это непросто, а в определенных случаях и невозможно. Это зависит от того, какое количество полония и где было найдено: важно соотношение между образовавшимся из полония-210 стабильным свинцом-206 и фоновым свинцом, содержание которого в природной смеси изотопов составляет 24,1%. Потребуется специальный масс-сепаратор для разделения изотопов полония (или большая выдержка для распада полония-210), а также калибровочные образцы полония из реактора, изготовленные в том же режиме облучения.

Российский полоний производят во ВНИИ экспериментальной физики в г. Сарове. Облучение висмута на реакторе осуществляется, видимо, в другом месте - П/О «Маяк» в г. Озёрске Челябинской области. Метод получения полония-210 не является секретным, поэтому его могут производить на любых других реакторах, где имеется специальный канал для облучения мишеней с целью получения изотопов. Такие реакторы находятся в нескольких странах мира. Энергетические реакторы, как правило, для этого не подходят, хотя некоторые из них имеют канал для облучения мишеней. Сообщалось, что более 95% полония-210 производят в России.

Существуют еще и другие методы получения полония, однако они сейчас практически не используются, так как гораздо менее производительны и более дороги. Один из этих методов, использовавшийся еще Марией Кюри, - химическое выделение из урановых руд (полоний-210 содержится в цепочке распада урана-238). Собственно, полоний в 1898 году так и был открыт. Также полоний-210 можно получить и на ускорителях заряженных частиц по ядерным реакциям 208 Pb(A, 2n) или 209 Bi(d, n). При этом для получения полония-210 годится далеко не любой ускоритель. Для этого нужен ускоритель альфа-частиц или дейтронов. Таких ускорителей в мире не так много. Есть они и в России, и в Великобритании. Однако, насколько мне известно, в Британии ускоритель фирмы Amersham уже давно не настроен на альфа-частицы и постоянно работает исключительно на производство медицинских изотопов для диагностики. В ряде мест за рубежом, которые я посещал, коллеги мне говорили, что их установки инспектировались на предмет того, производился ли на них полоний.

В свое время А/О «Техснабэкспорт» продавал полоний-210 в Великобританию (фирме Reviss). Но это было за пять лет до печальных событий, и, как мне сообщили коллеги, фирму после этого очень тщательно проверяли. Из США и России изделия, содержащие полоний, официально в Великобританию не поставляются. Полоний-210 раньше получали в Национальной лаборатории Oak Ridge (США), но сейчас в значительных количествах его там не производят, а, наоборот, получают некоторое количество из России.

Работа и реакторов, и ускорителей строго контролируется. Если кто-то всё же и задумает произвести полоний нелегально, при существующей системе контроля это легко можно раскрыть.

Ядерно-физические свойства

Как уже упоминалось, период полураспада полония - 138,4 дня. Это значит, что каждые 138 дней его активность уменьшается в 2 раза, а за два года - примерно в 40 раз. Такой период полураспада весьма удобен для применения радионуклида в качестве яда.

Полоний-210 при распаде испускает альфа-частицы с энергией 5,3 МэВ, которые имеют небольшой пробег в твердых веществах. Например, алюминиевая фольга толщиной десятки микрон полностью поглощает такие альфа-частицы. Гамма-излучение, которое можно было бы зарегистрировать счетчиками Гейгера, чрезвычайно слабое: испускаются гамма-кванты с энергией 803 кэВ с выходом только 0,001% на распад. Полоний-210 имеет наинизшую гамма-постоянную из всех распространенных альфа-активных радионуклидов. Так, у америция-241 (широко применяется, например, в детекторах дыма) гамма-постоянная - 0,12, а у Po - 5·10 –5 Р×см 2 /ч×мКи (где Р - рентген, мКи - милликюри). При этом дозовый коэффициент и, следовательно, радиотоксичность вполне сравнимы.

Таким образом, даже без защитной оболочки достаточное для отравления количество полония-210 обнаружить дистанционно с помощью обычного счетчика чрезвычайно сложно, так как уровень излучения сравним с природным фоном (см. рис. 2). Таким образом, полоний-210 очень удобен для тайной транспортировки, и нет нужды даже использовать свинцовые контейнеры. Однако при транспортировке необходимо соблюдать особую осторожность, чтобы избежать разгерметизации контейнера (см. ниже).

Полоний-210 совсем не целесообразно использовать для провокаций, так как он может быть обнаружен только с помощью специальной аппаратуры, которая в обычных случаях не используется.

Гамму-линию 803 кэВ можно обнаружить только в результате длительных измерений при использовании хорошего гамма-спектрометра, причем полупроводниковый детектор должен располагаться очень близко к источнику. Имеются данные, что именно так вначале и нашли повышенную радиоактивность в Литвиненко, но сначала излучение было ошибочно приписано радиоактивному таллию (таллий-206), который получается при распаде висмута-210м (см. схему на рис. 1).

Об этом сообщалось в Интернете еще до того, как полоний был идентифицирован. Но потом эта версия была признана ошибочной, так как этот изотоп висмута имеет слишком большой период полураспада, и стали рассматривать возможность наличия других альфа-излучателей. После этого проанализировали мочу на наличие альфа-активных радионуклидов и обнаружили полоний, притом в громадных количествах. Предположение о том, что британским экспертам «подсказали» про полоний-210 некие провокаторы, мне кажется взятым с потолка. Британскими учеными всё делалось последовательно и достаточно логично.

На поверхности альфа-активность полония-210 может быть обнаружена с помощью альфа-счетчика, который используют обычно только в специальных целях, а не при рутинных проверках на радиоактивные загрязнения. Однако чтобы определить, что излучение относится именно к полонию-210, требуется более сложная аппаратура, обычно стационарная, - альфа-спектрометр. Активность порядка 1 Бк (распад в секунду) на поверхности может быть легко зарегистрирована. Если альфа-активность обнаружена, затем уже производят пробоподготовку (например, с помощью химического выделения) и на альфа-спектрометре детектируют линию в альфа-спектре 5,3 МэВ, характеризующую именно этот альфа-активный радионуклид.

Химические свойства

Полоний может существовать в разных химических формах, но в данном случае наиболее вероятно его нахождение в виде растворимых соединений (например, нитраты, хлориды, сульфаты), при этом в значительной части в растворе он может находиться и в коллоидной форме. Важно, что из нейтральных и слабокислых растворов полоний в значительной мере сорбируется на различных поверхностях, в частности на металле и стекле (максимум сорбции - при pH~5). Полностью отмыть его обычными методами трудно. Поэтому совершенно не удивительно, что были обнаружены чайник и чашка, из которых полоний потребляли.

Собственно полоний в микроколичествах начинает возгоняться только при температурах около 300°C. Но он может переходить в окружающую среду также вместе с парами воды, в которой он содержится, и в процессе с ядрами отдачи.

Полоний достаточно легко диффундирует в пластике и других органических веществах, источники на его основе изготавливают с многослойным покрытием. А уж если ампула была разгерметизирована, то с помощью альфа-счетчика могут быть обнаружены даже самые мельчайшие его следы.

Полоний - поливалентный элемент, склонный к образованию различных комплексов, и может образовывать разные химические формы. В связи с этим часть его довольно легко распространяется в природной среде. Поэтому вполне понятно, что следы полония распространились, и по ним можно отследить источник загрязнения полонием.

Биологическое воздействие и радиационная безопасность

Биологические исследования воздействия полония на животных проводились в нашей стране в основном в 60-х годах в Институте биофизики в лаборатории профессора Ю. И. Москалева, имеется несколько публикаций.

Давно известно, что полоний-210 - один из наиболее опасных радионуклидов . Уровни поражения человека полонием-210 приведены в таблице (данные по опытам с животными пересчитаны нами на массу человека).

Усваиваемость этого вещества через желудочно-кишечный тракт оценивается от 5 до 20%. Через легкие - более эффективно, но такое введение крайне неудобно для скрытого отравления, так как при этом можно очень сильно загрязнить окружающих и исполнителей. Через кожу всасывается только около 2% в день, и такое использование полония для отравления также малоэффективно.

Полоний распределяется в организме по всем органам, но, конечно, не вполне равномерно. А выводится из организма с любыми биологическими субстанциями: калом, мочой, потом... Период полувыведения, по разным данным, от 50 до 100 дней. Сообщалось об одном несчастном случае на производстве в нашей стране, который привел к гибели человека через 13 дней после попадании в него 530 МБк (14 мКи) полония.

По косвенным данным (по оказанному воздействию), количество полония, введенного в Литвиненко, могло составлять (0,2–4)×10 9 Бк (беккерелей), то есть распадов в секунду, по массе это 1–25 мкг, практически невидимое количество.

В случае, если полоний содержался в чашке чая, например ~10 9 Бк в 100 г, то на рядом сидящих людей в качестве капель или аэрозолей случайно могло попасть до 0,01–0,10 мл, то есть до 10 5 –10 6 Бк. Это не представляет серьезной опасности для жизни человека, хотя и превышает допустимые нормы загрязнения. Такое количество легко может быть обнаружено, обнаруживается и активность порядка 1 Бк.

В истории с Литвиненко, по сообщению Health Protection Agency , произошло следующее:

• 120 человек, вероятно, контактировали с полонием, но получили дозу ниже 6 мЗв (миллизивертов), что не составляет никакого риска для здоровья;
• 17 человек получили дозу выше 6 мЗв, но не столь существенную, чтобы вызвать какие-то болезни в ближайшее время, увеличение риска заболевания в отдаленном будущем, вероятно, очень мало. Наибольшую дозу, тем не менее не опасную для жизни, получила, естественно, жена Александра Литвиненко Марина, с которой он контактировал больше всего.

Допустимая доза для профессионалов, работающих с радиоактивностью, составляет в России 20 мЗв/год. Годовые дозы, получаемые людьми от естественного фонового излучения, составляют 1–10 мЗв/год, а в некоторых местах на Земле - намного больше, и смертность там не повышенная. Лишь облучение эффективной дозой свыше 200 мЗв в течение года рассматривается как потенциально опасное. Таким образом, заявления о том, что применение полония создало большую угрозу для окружающих, является преувеличением.

В прессе поднимался вопрос, применяли ли полоний-210 в качестве отравляющего вещества раньше и можно ли это установить. В частности, остались неизвестными яды, которыми, возможно, отравили Ю. Щекочихина и пытались отравить А. Политковскую. Если в этих случаях и присутствовал полоний-210, то за прошедшее время он распался до уровня ниже фонового. Однако при эксгумации может быть обнаружен полоний-209, который мог бы присутствовать в качестве примеси (см. выше).

Гипотеза об отравлении Ясира Арафата полонием-210 практически не подтвердилась. Некоторый избыток полония-210 может быть объяснен естественными причинами - вдыханием радона-222 во время долгого нахождения палестинского лидера в бункере. Полоний-210 является продуктом распада радона. В теле Арафата обнаружено соответствующее количество свинца-210, который тоже является продуктом распада радона.

Применение

До сих пор полоний-210 применяли в следующих целях.

1. Для создания автономных источников энергии, генерируемой в результате альфа-распада. Советский «Луноход» и некоторые спутники серии «Космос» были оснащены такими устройствами.

2. Как источник нейтронов, в частности, для инициаторов ядерного взрыва в атомных бомбах. Нейтроны образуются при облучении бериллия альфа-частицами и инициируют ядерный взрыв, когда масса урана-235 или плутония-239 делается критической. Также такие источники использовали для нейтронно-активационного анализа природных образцов и материалов.

3. Как источник альфа-частиц в виде аппликаторов для лечения некоторых кожных заболеваний. Сейчас его практически не используют для подобных целей, так как существуют гораздо более подходящие радионуклиды.

4. Как ионизатор воздуха в антистатических устройствах, например Staticmaster, производимых фирмой Calumet в США. Эти материалы в Великобританию не экспортируют, и для извлечения полония-210, нужного для отравления, пришлось бы переработать много таких устройств, для чего необходима радиохимическая лаборатория.

Выводы, относящиеся к смерти Литвиненко

Выводы технического характера, которые могут оказаться существенными для раскрытия преступления, можно разделить на две группы: вполне определенные и те, которые весьма вероятны, но для однозначного утверждения требуется проведение расследования не только в Великобритании, но и в России.

Вполне определенные

1. Полоний-210 - отравляющее вещество для скрытого применения. Главное его отличие от других радиоактивных веществ - трудность первоначального обнаружения. Соответственно, бессмысленно его использование для провокации, есть гораздо более доступные и подходящие для этого радионуклиды.

2. Полоний-210 - вещество, которое удобно скрытно транспортировать в количествах, достаточных для отравления. Также его легко скрытно ввести в питье человека. Другие методы введения (например, распыление в воздухе или введение через кожный покров) менее эффективны, ненадежны, сложны и очень опасны для отравителя.

3. Случайное загрязнение полонием-210 по неосторожности практически невероятно, так как для такой степени загрязнения необходимо огромное количество, которое может существовать только в местах массового производства полония на заводе, и это легко можно определить по распределению полония на теле человека.

4. Ни одно из обнародованных утверждений следственных органов Великобритании не содержит технических противоречий.

Весьма вероятные, но требуют подтверждения

1. Наиболее вероятно, что полоний-210 произведен в России. Он мог быть привезен в Великобританию из России или США, куда это вещество официально поставляется. Другие источники в принципе не исключены, но скрыть такое производство было бы практически невозможно. В Великобритании полоний-210 уже давно не производят.

2. Извлечение из антистатических устройств в США требует специальной радиохимической лаборатории, которую крайне трудно скрыть при существующей в США системе контроля. В других странах такие антистатические устройства практически не используются.

3. Установить происхождение полония путем проведения анализов можно только при определенных обстоятельствах (достаточные количества и концентрация, отсутствие фонового свинца, достаточная выдержка перед анализом, наличие специального масс-сепаратора и образцов для сравнения). При благоприятных условиях можно установить также и то, в каком производственном цикле он был получен.

4. Вещество не было похищено. Это крайне трудно организовать при существующей системе контроля. Ранее было зафиксировано несколько фактов пропажи полония, но все они раскрыты, так как раскрыть их не представляет большой проблемы.

Полоний— радиоактивный химический элемент VI группы периодической системы элементов. Атомный номер 84. Атомная масса 209. Обозначается символом Po (лат. Polonium).

Элемент открыт в 1898 супругами Пьером Кюри и Марией Склодовской-Кюри в смоляной обманке— урановой руде. При этом элемент 84 концентрировался в висмутовой фракции. Первый образец полония, содержащий 0,1 мг этого элемента, был выделен в 1910. Элемент назван в честь родины Марии Склодовской-Кюри— Польши (лат. Polonia). М.Кюри предположила, что повышенная радиоактивность некоторых образцов урановой смоляной руды обусловлена присутствием в руде других, ещё неизвестных радиоактивных веществ. Это подтвердилось, и из урановой руды сначала был выделен новый элемент, концентрирующийся в соединениях висмута – полоний, а затем элемент, сходный с барием – радий.

Полоний всегда присутствует в урановых и ториевых минералах. Равновесное содержание полония в земной коре 2·10 −14 % по массе. В урановых рудах равновесное отношение урана к полонию составляет 1.9x10 10 . Это означает, что в урановых минералах полония почти в двадцать миллиардов раз меньше, чем урана (в равновесии с 1 г радия находится 0,2 мг полония).

Содержание полония в земной коре 2-10 -15 %. Существуют семь изотопов полония, которые образуются во всех трех естественно-радиоактивных семействах в процессе распада эманации (радона, торона, актинона) или их продуктов распада. В процессе распада они превращаются в стабильные или радиоактивные изотопы свинца. Основным источником 210 Ро в окружающей среде является 222 Rn, выделяющийся из почвы.

Полоний (Po)

Атомный номер 84

Внешний вид серебристо-серый металл

Атомная масса (молярная масса) 208,9824 а.е.м. (г/моль)

Радиус атома 176 пм

Термодинамические свойства

Плотность 9,32 г/см³

Удельная теплоёмкость 0,125 Дж/(K·моль)

Температура плавления 527 K

Теплота плавления (10) кДж/моль

Температура кипения 1,235 K

Теплота испарения (102,9) кДж/моль

Молярный объём 22,7 см³/моль

Изотопы полония

На начало 2006 года известны 33 изотопа полония в диапазоне массовых чисел от 188 до 220. (Полоний - один из самых многоизотопных элементов). Кроме того, известны 10 метастабильных возбуждённых состояний изотопов полония. Наиболее долгоживущий изотоп, 209 Po (получен искусственно), имеет период полураспада 102 года.

Наиболее долгоживущий из природных изотопов полоний-210 (природный радионуклид) – практически чистый альфа-излучатель (Т=138,401 дня), образующийся в радиоактивном ряду урана-238. Он является одним из продуктов долгоживущего активного осадка радона.

В подавляющем количестве случаев 210 Po распадается на основное состояние 206 Pb с испусканием альфа-частиц с энергией 5.3 МэВ, и только ничтожная доля (0.00122%) ядер 210 Po распадается на возбужденное (803 кэВ) состояние 206 Pb, которое распадается с испусканием гамма-квантов. Обнаружить сопутствующее такому альфа-распаду гамма-излучение можно только в прецизионном эксперименте. Изотоп 210 Po является не только самым долгоживущим среди естественных, т.е. существующих на Земле, а не полученных искусственным путем, изотопов полония, но и самым распространенным. Он постоянно образуется за счет цепочки распадов изотопов, которая начинается с 238 U и кончается 206 Pb .

Таким образом, источником получения полония-210 может служить активный осадок радона, накапливающийся в старых радоновых ампулах.

В 1 тонне урановой руды содержится 100 микрограмм полония. В основном это 210 Po. Всех других естественных изотопов полония еще меньше (и на много). Полоний можно выделить из урановых руд при обработке отходов уранового производства. Однако для того, чтобы получить заметное количество полония, пришлось бы обработать немыслимое количество таких отходов.

Кроме 210 Po еще два искусственно-радиоактивных изотопа полония имеют относительно большие периоды полураспада - это 208 Po (T=2.898 лет) и 209 Po (T=102 лет). Эти изотопы можно получить, используя бомбардировку ускоренными в циклотроне пучками альфа-частиц, протонов или дейтронов мишеней из свинца или висмута. Все остальные изотопы полония имеют периоды полураспада от 8.8 дней (206 Po) до долей микросекунды

Физические и химические свойства

Полоний - серебристый металл, светящийся в темноте, легкоплавкий и сравнительно низкокипящий; температуры его плавления и кипения соответственно 254 и 962 °С.

Сопоставление свойств полония со свойствами серы, селена и теллура, с одной стороны, и висмута, свинца и таллия — с другой, показывает, что металлический полоний по своим физическим свойствам скорее напоминает элементы, соседние по периоду (Bi), чем по группе (Те).

Чистый полоний имеет две аллотропных модификации: низкотемпературная α-форма с кубической решеткой, и высокотемпературная β-форма с ромбической решёткой. Фазовый переход из одной формы в другую происходит при 36 °С. Интересно, что при комнатной температуре свежеприготовленный полоний находится в высокотемпературной форме. Его подогревает собственное излучение – выделение тепла происходит в самом образце при испускании полонием α-частиц. По внешнему виду полоний похож на любой самый обыкновенный металл. По легкоплавкости - на свинец и висмут. По электрохимическим свойствам - на благородные металлы. По оптическому и рентгеновскому спектрам - только на самого себя. А по поведению в растворах - на все другие радиоактивные элементы: благодаря ионизирующему излучению в растворах, содержащий полоний, постоянно образуются и разлагаются озон и перекись водорода. Наиболее применимыми методами получения металлического полония являются термическое разложение сульфида полония в вакууме при 500—700°С или вакуумная возгонка с поверхности электродов из благородных металлов, на которые полоний выделяется электролизом.

Атомный диаметр полония 3,38А, плотность 9,392 г/см3 (чуть меньше, чем у свинца), т.пл. 254°С, т.кип. 962°С, теплота парообразования 24,597 ккал/моль. Термический коэффициент линейного расширения 2,35*10 -5 . Удельное электросопротивление для α- и β-форм при 0оС соответственно равно (мкОм.см) 42 и 44. По химическим свойствам полоний - прямой аналог серы, селена и теллура. Он проявляет валентности 2-, 2+, 4+, 6+, что естественно для элемента этой группы. Наиболее устойчивым из них является Ро4+.

Полоний хорошо адсорбируется на различных материалах, особенно на металлах. Обладает амфотерными свойствами. Образует коллоидальные гидроксиды или основные соли в щелочных, нейтральных или слабокислых растворах.

Элементарный полоний окисляется на воздухе. Известны диоксид полония (РоО 2)x и монооксид полония РоО. С кислородом полоний быстро реагирует при нагревании, образуя при 250°Сдвуокись РоО 2 . В индикаторных количествах получены кислотный триоксид полония РоО3 и соли полониевой кислоты, не существующей в свободном состоянии— полонаты К 2 РоО 4 . С галогенами при нагревании полоний даёт тетрагалогениды РоГ 4 . С водородом и азотом не взаимодействует. При нагревании металлического полония с металлами образуются полониды, изоморфные с соответствующими теллуридами. Металлический полоний растворяется в азотной и соляной кислотах.

Металлический полоний легко растворяется в концентрированной (но не разбавленной) азотной кислоте с выделением оксидов азота.

Получение

Изотоп 210 Ро может быть выделен из урановых руд как побочный продукт при добывании радия. Обычно 210 Ро получают из долгоживущего радиоактивного изотопа свинца 210 Pb (Т=23,3 года).

Выделяют полоний из солей радия и старых радоновых ампул экстракцией, ионным обменом, хроматографией или возгонкой. Сначала извлекают RaD, который и выдерживают для накопления полония. Часто для целей экстракционного выделения полония используется хорошая растворимость хелатных комплексов этого элемента в органических растворителях (например, соединения с ТТА, дитизоном).

Для разделения RaD и Po либо проводят анодное выделение полония на платине, либо осаждение PbS сероводородом, а также кристаллизацию бромидов из концентрированных растворов HBr. Извлечение может быть проведено экстракцией из солянокислой среды органическими растворителями (ацетилацетоном, трибутилфосфатом и др.). Часто для целей экстракционного выделения полония используется хорошая растворимость хелатных комплексов этого элемента в органических растворителях (например, соединения с ТТА, дитизоном).

Металлический Po получают термическим разложением в вакууме сульфида PoS или диоксида (PoO 2)x при 500 C. Для выделения полония из больших количеств облученного висмута используются вакуумная сублимация, а также методы, основанные на процессах экстракции или соосаждения полония с носителями из расплавленного висмута. Процесс экстракции полония из расплавленного висмута при 400—500°С гидроксидом натрия в инертной атмосфере является технологическим способом извлечения его из облученного висмута. За две последовательные экстракции этим методом удается извлечь 99,5% полония.

На практике в граммовых количествах нуклид полония 210 Ро синтезируют искусственно, облучая природный 209Bi нейтронами в ядерных реакторах. Получившийся 210 Bi за счет β-распада превращается в 210 Po.

Применение

Радиоактивные источники 210 Po используются как в научных исследованиях, так и в технике. Во время работы над Манхеттенским проектом по созданию атомной бомбы (США) полоний-

бериллиевый нейтронный источник предполагалось использовать в качестве запала атомной бомбы. Нейтроны в таком источнике получаются в результате взаимодействия альфа-частиц от распада 210 Po с бериллием, реакция 9 Be(,n). Однако в последствии от такого решения отказались.

Полоний применяют для изготовления компактных и очень мощных не обладающих γ-излучением источников нейтронов. Для этого его сплавляют с элементом, имеющим изотопы с высоким сечением (α,n)-реакции, например, с бериллием или бором. Это герметичные металлические ампулы, в которые заключена покрытая полонием-210 керамическая таблетка из карбида бора или карбида бериллия. Такие нейтронные источники легки и портативны, совершенно безопасны в работе и очень надежны. Например латунная ампула диаметром два и высотой четыре сантиметра ежесекундно дает до 90 миллионов нейтронов. Полоний-бериллиевые генераторы нейтронов используются в качестве источников энергии в космических исследованиях. Изотопные генераторы электроэнергии на 210 Ро успешно применяли на спутниках связи «Космос-84» и «Космос-85».

Удельное энерговыделение полония велико – 140 Ватт/г. Капсула содержащая 0.5 г полония, нагревается до 500 ° С. (1 см 3 210 Ро выделяет 1320 Вт тепла). Эта мощность весьма велика, она легко приводит полоний в расплавленное состояние, поэтому его сплавляют, например, со свинцом. И хотя эти сплавы имеют заметно меньшую энергоплотность (150 Вт/см 3 ), тем не менее более удобны к применению и безопасны.

Такие сплавы используются для создания в термоэлектрических источниках, которые в частности применяются в космических аппаратах. Например у советского лунохода для обогрева приборного отсека находился полониевый обогреватель.

Полоний также используется в устройствах для снятия статического электричества. В некоторых устройствах такого рода может содержаться полоний с активностью до 500 мкКи (около 0.1 микрограмм). Этого количества теоретически достаточно, чтобы убить 5000 человек. Полоний-210 может послужить в сплаве с литием-6 веществом, которое способно существенно снизить критическую массу ядерного заряда и послужить своего рода ядерным детонатором. Поэтому полоний является стратегическим металлом, должен очень строго учитываться, и его хранение должно быть под контролем государства ввиду угрозы ядерного терроризма.

Полоний также применяется в электродных сплавах автомобильных свечей зажигания для уменьшения напряжения возникновения искры, а также для α-активационного анализа. Небольшие количества полония используют для изучения радиационно-химических процессов в жидкостях под действием α-излучения на живые организмы.

Санитарно-гигиенические аспекты

При работе с полонием приходится соблюдать особую осторожность - это один из самых опасных радиоэлементов. Хотя полоний-210 излучает только альфа-частицы, брать его руками нельзя, результатом будет лучевое поражение кожи и, возможно, всего организма: полоний довольно легко проникает внутрь сквозь кожные покровы. Элемент №84 опасен и на расстоянии, превышающим длину пробега альфа-частиц. Его соединения саморазогреваются, переходят в аэрозольное состояние и заражают воздух. Поэтому работают с полонием лишь в герметичных боксах.

При одинаковом весе 210 Po в 2.5*10 11 раз токсичнее, чем синильная кислота. Попав в организм человека, полоний через ток крови распространяется по тканям. Полоний выводится из организма в основном вместе с калом и мочой. Больше всего его выводится в первые несколько дней. За 50 дней выводится около половины попавшего в организм полония. Наличие полония у зараженных им людей идентифицируется по слабому гамма-излучению выделений. Попадание внутрь организма человека одной стотысячной милиграмма полония в 50% случаев приводит к летальному исходу. Полоний весьма летучий металл, на воздухе за 45 часов 50% его испаряется при температуре 55°С.