Poznajemy bliżej pierwiastki promieniotwórcze

A oto ktrótka charakterystyka niektórych pierwiastków wchodzących w skład szeregów promieniotwórczych oraz kilku naturalnych radionuklidów będących składnikami litosfery. Wśród tych pierwiastków zostały opisane także dwa pierwiastki o Z<92, technet i promet, których obecności w skorupie ziemskiej nie stwierdzono, pomimo przypuszczeń, że mogą one powstawać podczas rzdkich samorzutnych reakcji rozszczepienia izotopów uranu. Ponadto do pierwiastków występujących w skorupie został zaliczony pluton, którego śladowe ilości (podobnie jak neptunu) zostały odkryte w rudach uranowych, jako efekt reakcji jądrowych.

Uran został odkryty już w XVIII wieku (1789 r.), a więc przeszło sto lat przed odkryciem promieniotwórczości przez Bequerela. Pod względem rozpowszechnienia uran zajmuje 38. miejsce. Naturalny uran ma trzy izotopy o liczbach masowych 238 (99.27%), 235 (0.72%), i 234 (0.01%). Wszystkie wymienione izotopy są alfa-promieniotwórcze. Najdłużej żyjący jest uran-238 (T_1/2=4.5*10⁹ lat), a najkrócej uran-234 (T_1/2=2.5*10⁵ lat). Uran-234 jest produktem rozpadów uranu-238 w szeregu promieniotwórczym uranowo-radowym. Znikoma część uranu ulega samorzutenmu rozszczepieniu na mniejsze fragmenty. Uran występuje w przyrodzie w skałach, glebach, rzekach i morzach. Występuje także w rudach w postaci tlenku U₃O₈, jako tzw. smółka uranowa (blenda smolista). Najbardziej znane kopalnie tego minerału znajdują się Czechach i w Kongu. Metaliczny uran otrzymuje się przez redukcję jego tlanku. Chociaż podobny z wyglądu do żelaza, uran jest znacznie cięższy. Jest dość odporny na działanie czynników atmosferycznych. Z kwasami reaguje energicznie. Sproszkowany rozkłada wodę. Uran tworzy związki, w których występuje na różnych stopniach utlenienia (III, IV, V i VI). Pierwiastek ten ma ogólne zastosowanie w energetyce jądrowej oraz przemyśle zbrojeniowym państw, które produkują broń jądrową. Dzięki dużej gęstości (większej od ołowiu) z zubożonego uranu-238 ( po oddzieleniu ²³⁵U ) coraz częściej wykonuje się pojemniki na izotopy, które do niedawna wykonywane były tylko z ołowiu. Ponadto stosuje się go obok ołowiu do wyrobu pocisków artyleryjskich.

Tor (₉₀Th) został odkryty już na początku XIX wieku przez wybitnego chemika szwedzkiego Berzeliusa, któy nazwał pierwiasstek imieniem starożytnego skandynawskiego boga wojny Thora. Tor jest emiterem cząstek alfa o okresie półtrwania T_1/2=1.4*10¹⁰ lat. W skorupie ziemskiej jest go prawie 10 razy więcej niż uranu. Jako mononuklid, tor-232 występuje głównie w piasku manacytowym. Jako krzemian ThSiO₄ - toryt wchodzi w skład niektórych rzadkich minerałów. Czysty metaliczny tor ma temperature topnienia 1827^oC, a gęstość 11.7cm^-3. W związkach chemicznych występuje w stopniu utlenienia IV. Jest dość odporny na działanie kwasów i zasad. Tor znalazł zastosowanie jako składnik niektórych stopów. Jest stosowany w technice oświetleniowej. Tlenek toru dawniej był używany do wyrobu koszulek lamp gazowych. Obecnie związek ten ma pewne szanse zastosowania w energetyce jądrowej jako tanie paliwo jądrowe.

Aktyn (₈₉Ac) Występuje w przyrodzie głównie jako produkt rozpadu uranu-235 (szereg uranowo-aktynowy) w postaci alfa i beta^- - promieniotwórczego radionuklidu ²²⁷Ac o okresie półtrwania T_1/2=22 lata (dla przemiany alfa). Jego stężenie jest niewielkie - w jednej tonie bllendy smolistej znajduje się 0,12mg aktynu. Do roku 1950 nie udało się go otrzymać w stanie wolnym. Jego właściwości chemiczne i fizyczne są zbliżone do właściwości lantanu.

Polon (₈₄Po) należy do pierwiastków 16 grupy układu okresowego. Odkryty przez małżeństwo Curie polon-210 ma okres półtrwania 138 dni i jest emiterem alfa. W przyrodzie występuje w rudach uranu w szeregach promieniotwórczych jako produkt rozpadu promieniotwórczego. W jednej tonie rudy znajduje się 0.064mg polonu. Jest pierwiastkiem łatwo topliwym (t.t.=250^oC). Ponadto jest łatwo lotny, w związku z tym jest substacją niebezpieczną. Ma on podobne właściwości do selenu i teluru, zmajdujących się w tej samej grupie, i tworzy związki, w których występuje na stopniach utlenienia II, IV i VI.

Rad (₈₈Ra) jest pierwiastkiem, którego odkrycie wzbudziło chyba najwięcej emocji. Poza odkrytym przez małżonków Curie radem-226 występują jeszcze trzy iotopy radu, wytwarzane w innych rodzinach promieniotwórczych. Ogółem otrzymano 21 izotopów radu. Rad towarzyszy uranowi i jest emiterem promieniowania alfa. W jednej tonie rudy uranowej znajduje się około 0.34g radu w postaci związków chemicznych. Na skutek wymywania z rud jest on rozpowdszechniony w skałach, glebie, wodach rzek i mórz oraz tkankach roślin i zwierząt. Należy do 2. grupy układu okresowego. Jest białym błyszczżcym metalem o stosunkowo niskiej temperaturze topnienia (969^oC). Podzczs rozpadu promienotwórzcego wydziela się duża ilość ciepła (z jednego grama radu w ciągu gadziny wydziela się 545 J). Świeci w ciemnościach. Rad ma swoje zastosowanie w medycynie (radioterapia), w defektoskopi (wykrywaniu wad w odlewach i spawach). Zmieszany z berylem stanowi źródło neutronów. Nuklid ²²⁶Ra, człon szeregu uranowo-radowego, jest nuklidem o najdłuższym czasie życia (T_1/2=1620 lat) spośród wszystkich znanych izotopów radu. Przemianie alfa towarzyszy tylko nieznaczna domieszka promieniownia gamma. Dlatego rad stosuje się jako źródło promieniowania gamma. Ostatnio rad jest coraz częściej zastępowany przez radionuklidy otrzymywane sztucznie.

Technet (₄₃Tc). Jak do tej pory nie przewiduje się występowania technetu w skorupie ziemskiej, chociaż ne wyklucza się możliwości jego tworzenia wskutek samorzutnego rozszczepienia uranu. Na jedną tone uranu zawartego w rudzie przypadałoby 5*10^-7g technetu-99. Jest to stężenie zbyt małe do wykrycia tego pierwiastka metodami analitycznymi. Stwierdzono natomiast, że technet powstaje we wszechświecie, np. zaobserwowano jego obecność w Słońcu. Ma on kilka nietrwałych promienotwórczych izotopów. Technet-99 został laboratoryjnie otrzymany przed II Wojną Światową w 1937 roku w Stanch Zjednoczonych przez K. Perriera i E. Segrego z molibdenu bombardowanego przez wiele miesięcy jądrami deuteru. Obecnie technet otrzymuje się przez napromieniowywanie molibdenu-98 neutrinami. Otrzymany molibden-99 ulega przemianie beta^-, przechodząc w technet-99m. Litera m oznacza, że jądro izotopu jest energetycznie niestabline (metastabilne). Aby powrócić do stanu równowagi, jądro wypromieniowuje nadmiar energi w postaci kwantu gamma. Tak dzieje z technetam-99m, który po emisji kwantu gamma i energii ok. 0.2 MeV przechodzi w technet-99, radionuklid beta^- promienotwórczy o okresie półtrwania ok. 200000 lat. Okres półtrwania ^99mTc wynosi 6 godzin. Właściwości technetu-99m, a więc krótki czas życia i niska energi kwantów gama, zostały wykorzystane w medycynie.

Promet (₆₁Pm) podobnie jak techneet jest pierwiastkiem na tyle nietrwałym, że praktycznie nie wysępuje w skorupie ziemskiej. Przypuszczalnie można występować jako produkt rozszv\czepienia uranu i przewidywane jego stężenie wynosi 4*10^-12g na jedną tone uranu. Promet można wyodrębnić z produktów rozszczepinia paliwa jądrowego. Promet-147 jest także jednych z długożyciowych produktów wybuchu jądrowego, powodujących skażenie atmosfery. Promet został wyodrębniony dopiero w 1947 roku. Pierwiastek ten należy do grupy lantanowców. Iotopem o najdłuższym okresie półtrwania (T_1/2=17.7 lat) jest promet-145. W technice stosuje się go często do sporządzania wzorcowych źródeł promieniowaniabeta. jes też podstawowym materiałem przy konstrukcji mikrobaterii jądrowych, w których energia promieniownia jest zamieniana bezpośrednio na energię elektryczną. Bateryjka o wymiarach kilkumilimetrowych może funkcjonować przez kilka lat. Promet stosuje się w radiografii izotopowej oraz grubościomierzach i czujnikach dymów.