Po · Element 84 · Chalcogens
Intensely radioactive: a gram of polonium-210 emits enough alpha particles to glow blue and self-heat to 500 degrees C.
البنية
ليست رسماً تخطيطياً لنقاط على حلقات — بل عينة مونت كارلو لكثافة الاحتمال الفعلية |ψ|² لكل مستوى فرعي مشغول. اسحب للتدوير. يشير اللونان الأزرق والبنفسجي إلى الإشارتين المتعاكستين للدالة الموجية، وهو ما يجعل الترابط ممكناً.
القيم المقيسة
يوضح كل شريط موضع بولونيوم بين العناصر الـ118 جميعها بالنسبة إلى تلك الخاصية.
المصادر: الأوزان الذرية القياسية لـ IUPAC لعام 2021 · دليل CRC للكيمياء والفيزياء · NIST. القيم المعلّمة بـ ~ متوقعة وليست مقاسة.
الحجم، وفق مقياس
Radius 150 pm — that is 0.15 nm, so about 3333 million of them side by side would span a millimetre.
النطاق الحراري
بولونيوم is liquid over a 708 K window, from 527 K to 1235 K.
القصة
Intensely radioactive: a gram of polonium-210 emits enough alpha particles to glow blue and self-heat to 500 degrees C.
يُعد اكتشاف البولونيوم واحداً من أكثر القصص إثارة للمشاعر في تاريخ العلم. في يوليو 1898، أعلنت Marie Skłodowska Curie وزوجها Pierre Curie اكتشاف ليس عنصراً مشعاً جديداً واحداً، بل عنصرين. أطلقا على الأول اسم "polonium" تكريماً لوطن ماري، بولندا، التي كانت القوى الأجنبية قد محتها من الخريطة.
حمل الاسم معنىً سياسياً عميقاً؛ فلم تكن بولندا موجودة كدولة مستقلة في عام 1898، إذ كانت مقسمة بين روسيا وبروسيا والنمسا. ومن خلال تسمية اكتشافها "polonium"، أطلقت ماري تصريحاً جريئاً عن الهوية والمقاومة البولنديتين، وقد لقي صداه في أنحاء أوروبا.
كتبت ماري في بحثهما الرائد: "نقترح أن نطلق عليه اسم البولونيوم، مشتقاً من اسم البلد الذي ينحدر منه أحدنا،" وبذلك أصبح أول عنصر يُسمّى تكريماً لقضية سياسية.
بدأ الاكتشاف بأبحاث الدكتوراه التي أجرتها ماري حول "أشعة اليورانيوم" الغامضة التي اكتشفها Henri Becquerel، وهي ما نسمّيه اليوم النشاط الإشعاعي. وباستخدام إلكترومتر اخترعه بيير وشقيقه Jacques Curie، توصلت ماري إلى ملاحظة مذهلة: كان خام البتشبلند أكثر نشاطاً إشعاعياً من اليورانيوم النقي.
بدا ذلك مستحيلاً. فإذا كان اليورانيوم مصدر النشاط الإشعاعي، فكيف يمكن أن يكون خام اليورانيوم أكثر نشاطاً إشعاعياً من اليورانيوم النقي؟ افترضت ماري أن خام البتشبلند لا بد أن يحتوي على عناصر مشعة مجهولة أقوى من اليورانيوم نفسه.
عمل الزوجان كوري في كوخ متجمد متسرب وصفه بيير بأنه "مزيج بين إسطبل وقبو للبطاطا"، وبدآ مهمة شاقة للغاية لمعالجة أطنان من بقايا خام البتشبلند المستخرجة من المناجم النمساوية. وكانا يحركان أحواض ضخمة من الخام المغلي بقضبان حديدية، وغالباً ما يعملان 14 ساعة يومياً في ظروف كانت ستثير فزع مفتشي السلامة المعاصرين.
كانت طريقة الزوجين كوري بسيطة بعبقرية، لكنها تتطلب جهداً شاقاً للغاية. أذابا خام البتشبلند في الحمض، ثم استخدما التبلور التجزيئي لفصل المركبات. واختبرا كل جزء للكشف عن النشاط الإشعاعي، متتبعين الأجزاء "الساخنة" كما تتتبع كلاب الصيد رائحةً ما.
بحلول يوليو 1898، كانا قد عزلا جزءاً شبيهاً بالبزموت، وكان نشاطه الإشعاعي أكبر 300 مرة من اليورانيوم. وكشف التحليل الطيفي عن خطوط طيفية جديدة لا تطابق أي عنصر معروف. لقد عثرا على البولونيوم، رغم أنهما لم يعزلا سوى واحد من عشرة آلاف من الغرام.
نُشر بحث الاكتشاف في Comptes Rendus في 18 يوليو 1898، وشارك في تأليفه Gustave Bémont، المتعاون معهما. وقد أخفت نبرة البحث المتحفظة آثاره الثورية: "نعتقد أن المادة التي استخلصناها من خام البتشبلند تحتوي على فلز لم يُرصد من قبل، ويرتبط بالبزموت بخصائصه التحليلية."
كان المجتمع العلمي متشككاً. حتى Dmitri Mendeleev تساءل عما إذا كانت هذه عناصر جديدة حقاً أم مجرد أشكال مشعة من مواد معروفة. وكان على الزوجين كوري عزل عينات نقية وتحديد الأوزان الذرية لإثبات اكتشافاتهما بشكل قاطع.
أدى ذلك إلى سنوات من العمل الشاق المضني. عالجت ماري أطناناً حرفياً من بقايا خام البتشبلند، وتمكنت في نهاية المطاف من الحصول على بضعة أعشار الغرام من كلوريد الراديوم بحلول عام 1902. وكان البولونيوم أشد استعصاءً بسبب تحلله الإشعاعي؛ فقد كانا يتسابقان حرفياً مع الزمن بينما كانت عيناتهما تختفي.
أكد William Ramsay، مكتشف الغازات النبيلة، وجود البولونيوم من خلال التحليل الطيفي في عام 1903، وأقنع المتشككين أخيراً. وثبت وجود العنصر، رغم أن ندرته الشديدة ونشاطه الإشعاعي جعلا دراسته التفصيلية شبه مستحيلة.
جاء اكتشاف البولونيوم بتكلفة شخصية فادحة. ظهرت على كل من ماري وبيير علامات داء الإشعاع، مثل التعب وألم اليدين وفقر الدم. وتدهورت صحة بيير سريعاً، وكان يتحدث عن "المادة المشعة" بوصفها جميلة وخطيرة في آن واحد.
في مأساة مفجعة، قُتل Pierre في حادث شارع عام 1906، في الوقت الذي كانت اكتشافاتهما تحظى فيه باعتراف عالمي. واصلت ماري أبحاثهما وحدها، فأصبحت في نهاية المطاف أول امرأة تفوز بجائزة نوبل، ثم أول شخص يفوز بجائزتي نوبل في علمين مختلفين (الفيزياء 1903، والكيمياء 1911).
لا تزال دفاتر ملاحظات ماري المخبرية من تلك الفترة مشعة حتى يومنا هذا، وهي محفوظة في صناديق مبطنة بالرصاص في Bibliothèque Nationale في باريس. وستظل خطرة لمدة 1,500 سنة أخرى؛ لتكون شاهداً دائماً على قوة العناصر التي اكتشفتها.
كان لتسمية البولونيوم أثر سياسي عميق. عندما استعادت بولندا استقلالها في عام 1918، احتُفي بماري كوري بوصفها بطلة وطنية. فقد أبقى اسم العنصر فكرة بولندا حية خلال أحلك فترات الاحتلال الأجنبي.
قامت ماري بعدة رحلات إلى بولندا المستقلة حديثاً، وساعدت في إنشاء معهد الراديوم في وارسو ونقلت أبحاث النشاط الإشعاعي إلى وطنها. وكانت تؤكد دائماً أن العلم ينبغي أن يخدم البشرية بغض النظر عن الحدود، لكن اسم البولونيوم ضمن ألا تُنسى وطنيتها أبداً.
كما أدى الاكتشاف إلى اعتماد Curie وحدةً للنشاط الإشعاعي، فخلّد ماري وبيير معاً في لغة العلم نفسها.
اكتسب البولونيوم لاحقاً سمعة سيئة بوصفه سلاحاً للاغتيال. وقد لفت تسميم Alexander Litvinenko في لندن عام 2006 انتباه العالم إلى هذا العنصر الغامض، وأظهر كيف يمكن تحويل اكتشاف ماري كوري الجميل إلى أداة لأغراض شريرة.
تذكّرنا هذه المأساة الحديثة بأن الاكتشافات العلمية محايدة أخلاقياً؛ فتأثيرها يعتمد كلياً على الطريقة التي تختار البشرية استخدامها بها. اكتشفت ماري كوري البولونيوم لتوسيع المعرفة البشرية؛ وكان إساءة استخدامه لاحقاً سيثير فزعها.
أطلق اكتشاف البولونيوم العصر الذري وأحدث ثورة في فهمنا للمادة نفسها. فقد أثبت عمل ماري أن النشاط الإشعاعي خاصية ذرية، وليس خاصية جزيئية، مما قاد مباشرة إلى النظرية الذرية الحديثة والفيزياء النووية.
ولا يزال البولونيوم اليوم يسهم في المعرفة العلمية من خلال بعثات الفضاء والأبحاث النووية والتطبيقات الطبية، وإن كان ذلك دائماً مع الحذر الشديد الذي علّمتنا معاناة ماري وبيير ضرورته.
الاستخدامات
مولدات الكهرباء الحرارية بالنظائر المشعة (RTGs) تستخدم البولونيوم-210 مصدراً للحرارة لتحويل الطاقة الحرارية إلى كهرباء في المهمات الفضائية. وقد استخدمت NASA تاريخياً مولدات RTG القائمة على Po-210 في المهمات القمرية، والمسابير الفضائية العميقة، والأقمار الصناعية، حيث تكون الألواح الشمسية غير عملية.
تستخدم أنظمة تدفئة المركبات الفضائية اضمحلال البولونيوم ألفا لتوفير حرارة موثوقة للحفاظ على درجات حرارة الأجهزة في برد الفضاء القارس. ويجعل الناتج الحراري الثابت هذا العنصر مثالياً للمهمات التي تستمر أشهراً أو سنوات بعيداً عن الشمس.
تنتج مصادر النيوترونات التي تجمع بين البولونيوم-210 والبيريليوم نيوترونات لأجهزة المركبات الفضائية وتحليل الكواكب. وتتيح هذه المصادر المدمجة الاستشعار عن بُعد لتركيب الطبقات تحت السطحية على الكواكب الأخرى.
تستخدم المهمات الفضائية الحديثة بصورة متزايدة البلوتونيوم-238 بدلاً من البولونيوم بسبب عمر النصف الأطول وخصائص السلامة الأفضل، رغم أن البولونيوم يظل مهماً للمهمات المتخصصة القصيرة المدة.
تعتمد مصادر جسيمات ألفا المستخدمة في أبحاث الفيزياء على انبعاث البولونيوم-210 النقي لجسيمات ألفا. ويستخدم الباحثون هذه المصادر لدراسة تفاعلات جسيمات ألفا، ومعايرة كواشف الإشعاع، والتحقيق في العمليات النووية.
يستخدم التخلص من الكهرباء الساكنة في الأجهزة العلمية الحساسة كميات ضئيلة جداً من البولونيوم-210 لمعادلة الشحنات الساكنة التي قد تتداخل مع القياسات الدقيقة. ويتطلب هذا الاستخدام كميات صغيرة للغاية واحتواءً صارماً.
يستخدم تحليل التنشيط بالنيوترونات مصادر نيوترونات من البولونيوم والبيريليوم لتحديد العناصر النزرة في العينات. وتُعد هذه التقنية مفيدة للتأريخ الأثري، والتحليل الجنائي، وتوصيف المواد.
يستخدم البحث في الكيمياء الإشعاعية نظائر البولونيوم لدراسة كيمياء العناصر الثقيلة والفيزياء النووية. ويعمل البولونيوم نموذجاً لفهم سلوك العناصر الثقيلة المشعة الأخرى.
تستخدم الأجهزة المضادة للكهرباء الساكنة في بيئات التصنيع المتخصصة مصادر البولونيوم-210 للتخلص من الكهرباء الساكنة التي قد تتلف المكونات الإلكترونية الحساسة أو تسبب حرائق في الأجواء القابلة للاشتعال.
تستخدم مقاييس السماكة مصادر ألفا من البولونيوم لقياس سماكة المواد الرقيقة مثل الورق، والأغشية البلاستيكية، أو الصفائح المعدنية. ويشير معدل امتصاص جسيمات ألفا إلى سماكة المادة بدقة عالية.
استخدمت صناعة التصوير الفوتوغرافي تاريخياً مصادر البولونيوم-210 لمعادلة الشحنات الساكنة على الأفلام أثناء المعالجة، رغم أن هذا الاستخدام استُبدل إلى حد كبير ببدائل أكثر أماناً.
يدرس البحث في الوقود النووي البولونيوم بوصفه نظيراً للعناصر الأكتينيد الأخرى، مما يساعد على فهم سلوك الوقود في المفاعلات النووية وسيناريوهات التخلص من النفايات.
يدرس بحث السرطان التأثيرات البيولوجية للبولونيوم لفهم آليات السرطان الناجم عن الإشعاع بصورة أفضل. ويساعد هذا البحث على تطوير علاجات للتعرض للإشعاع وتحسين بروتوكولات السلامة الإشعاعية.
يستكشف بحث العلاج الموجّه بجسيمات ألفا استخدام المستحضرات الصيدلانية الإشعاعية القائمة على البولونيوم لإيصال جسيمات ألفا عالية الطاقة مباشرة إلى الخلايا السرطانية، مما قد يوفر علاجاً أكثر فعالية مع آثار جانبية أقل من العلاج الإشعاعي التقليدي.
تستخدم دراسات المتتبعات البيولوجية كميات دقيقة جداً من نظائر البولونيوم لتتبع العمليات البيولوجية وفهم كيفية انتقال المواد المشعة عبر الأنظمة الحية.
ملاحظة: تظل الاستخدامات الطبية تجريبية إلى حد كبير بسبب السمية الشديدة للبولونيوم وقصر عمر النصف.
اشتمل البحث في الأسلحة النووية تاريخياً على استخدام البولونيوم كبادئ للنيوترونات، إذ يوفر دفعة النيوترونات الأولية اللازمة لبدء الانشطار النووي. وتستخدم الأسلحة الحديثة بدائل أكثر أماناً، لكن البولونيوم يظل مهماً لأغراض البحث.
تستخدم أنظمة الكشف مصادر البولونيوم لاختبار ومعايرة معدات كشف الإشعاع المستخدمة للأمن النووي والتحقق من الالتزام بالمعاهدات.
تستخدم التطبيقات الجنائية البصمة المميزة للبولونيوم لتتبع مصادر التلوث الإشعاعي والتحقيق في الحوادث النووية.
تخضع جميع الاستخدامات العسكرية لسرية شديدة ولمعاهدات وضمانات دولية صارمة.
استخدمت أقطاب الفرشاة في المعدات الصناعية في أوائل القرن العشرين البولونيوم للتخلص من الشحنات الساكنة، لكن هذا الاستخدام توقف بعد فهم المخاطر الصحية.
اشتملت المنتجات الاستهلاكية لفترة وجيزة على البولونيوم في الفُرَش المضادة للكهرباء الساكنة والأجهزة المماثلة في أربعينيات وخمسينيات القرن العشرين، لكن حُظرت هذه المنتجات سريعاً عندما أصبحت المخاطر واضحة.
ألغت اللوائح الحديثة تقريباً جميع الاستخدامات التجارية للبولونيوم خارج نطاق البحث الخاضع لرقابة مشددة والتطبيقات الفضائية.
تتطلب جميع تطبيقات البولونيوم تدابير سلامة قصوى، وتقتصر على مرافق متخصصة مزودة بقدرات مناسبة للاحتواء والرصد والتخلص. وتعني السمية الإشعاعية الشديدة جداً للعنصر أن كميات مجهرية منه قد تكون قاتلة.
لا توجد للبولونيوم أي استخدامات شائعة متاحة لعامة الناس تقريباً، بسبب نشاطه الإشعاعي الشديد وسُميته. تقتصر جميع التطبيقات على مرافق البحث المتخصصة، ومرافق الفضاء، والمنشآت العسكرية.
تستخدم NASA ووكالات الفضاء الأخرى البولونيوم-210 في أنظمة طاقة متخصصة للمهمات الفضائية، ولا سيما تلك المتجهة بعيداً عن الشمس حيث تكون الألواح الشمسية غير فعالة. استخدمت حزم تجارب سطح القمر التابعة لبرنامج Apollo (ALSEP) مولدات RTG تعمل بالبولونيوم-210 لتزويد الأجهزة العلمية المتروكة على القمر بالطاقة.
ومع ذلك، فإن هذه التطبيقات:
تستخدم المختبرات الجامعية والحكومية كميات ضئيلة جداً من البولونيوم-210 من أجل:
تتطلب هذه الاستخدامات:
قبل فهم المدى الكامل لأخطار البولونيوم، استُخدم في:
توقفت هذه الاستخدامات في 1960s-1970s عندما أصبحت المخاطر الصحية واضحة. ويتطلب أي جهاز قديم يحتوي على مصادر بولونيوم التخلص منه بطريقة مهنية مخصصة للمواد الخطرة.
يحتوي دخان السجائر على البولونيوم-210 بسبب امتصاص نباتات التبغ للعنصر من التربة والأسمدة. ولم يكن هذا استخداماً مقصوداً، لكنه يمثل أكبر مصدر للتعرض للبولونيوم لدى عامة الناس:
يتعرض الجميع لكميات ضئيلة من البولونيوم من خلال:
توفر هذه المصادر الطبيعية مستويات تعرض منخفضة جداً - أقل بملايين المرات من الكميات الخطرة.
البولونيوم غير متاح للجمهور، ويجب عدم التعامل معه خارج المرافق المصرح لها. إذا اشتبهت في وجود تلوث بالبولونيوم:
أثبتت حادثة تسميم Alexander Litvinenko في 2006 الخطر الشديد للبولونيوم وسبب بقائه واحداً من أكثر المواد تقييداً على الأرض.
مصدره
2.00e-9 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 27% of elements
لا يوجد البولونيوم طبيعيًا بوصفه عنصرًا بدئيًا، لكنه يتكوّن باستمرار من خلال التحلل المشع لليورانيوم-238. في سلسلة تحلل اليورانيوم، يتحلل الرادون-222 لينتج عدة نظائر للبولونيوم، وبخاصة البولونيوم-218 والبولونيوم-214 والبولونيوم-210.
تتتابع عملية التحلل كما يلي: اليورانيوم-238 →. → الرادون-222 → البولونيوم-218 → الرصاص-214 → البزموت-214 → البولونيوم-214 → الرصاص-210 → البزموت-210 → البولونيوم-210 → الرصاص-206 (مستقر)
يعني ذلك أن البولونيوم يتكوّن باستمرار حيثما يوجد اليورانيوم-238، لكنه يتحلل باستمرار أيضًا بسبب أعمار نصفه القصيرة. ويصل التركيز إلى اتزان علماني يتساوى فيه معدل التكوّن مع معدل التحلل.
يُعد البولونيوم-210 النظير الأكثر استقرارًا والأكثر دراسة، إذ يبلغ عمر نصفه 138.4 يومًا. أما نظائر البولونيوم الطبيعية الأخرى فلها أعمار نصف أقصر بكثير، تتراوح من ميكروثوانٍ إلى دقائق.
الوفرة القشرية للبولونيوم منخفضة للغاية - نحو 2 × 10⁻¹⁰ جزءًا في المليون (0.2 جزء في التريليون). وهذا يجعله أحد أندر العناصر الموجودة طبيعيًا، إذ لا يوجد إلا بكميات ضئيلة تتناسب مع محتوى اليورانيوم.
تحتوي معادن اليورانيوم على أعلى تراكيز البولونيوم الطبيعية، ومنها:
حتى في خامات اليورانيوم الغنية، نادرًا ما تتجاوز تراكيز البولونيوم بضعة أجزاء في البليون، مما يجعل استخراجه صعبًا للغاية ومكلفًا.
تحتوي مياه البحر على نحو 0.0001-0.001 جزء في التريليون من البولونيوم-210، مصدره الأساسي الترسب الجوي والنشاط البركاني تحت سطح البحر. وعلى الرغم من هذه التراكيز المنخفضة للغاية، تستطيع الكائنات البحرية تركيز البولونيوم في أنسجتها.
يحدث التركز الحيوي في السلسلة الغذائية البحرية لأن البولونيوم يتصرف كيميائيًا بطريقة مشابهة للكبريت، فيندمج في الجزيئات الحيوية. وتُظهر بعض الحيوانات البحرية تراكيز من البولونيوم أعلى بمئات إلى آلاف المرات من تركيزه في مياه البحر، ولا سيما:
تحتوي أنظمة المياه العذبة عادةً على مستويات من البولونيوم أقل حتى من مياه البحر، رغم أن التراكيز قد ترتفع بالقرب من مناطق تعدين اليورانيوم أو في المناطق التي تحتوي فيها المياه الجوفية على محتوى طبيعي مرتفع من اليورانيوم.
ينشئ غاز الرادون في المباني المصدر الأساسي لتعرض الإنسان للبولونيوم. يتسرب الرادون-222 الناتج عن تحلل اليورانيوم في التربة ومواد البناء إلى الأماكن المغلقة، حيث يتحلل لينتج نظائر البولونيوم التي تلتصق بجسيمات الغبار.
قد تكون التراكيز الداخلية أعلى بمقدار 10-100 مرة من الهواء الخارجي بسبب تراكمها في الأماكن سيئة التهوية. ويسهم البولونيوم-218 والبولونيوم-214 الناتجان عن تحلل الرادون إسهامًا كبيرًا في التعرض للإشعاع الداخلي.
تنتج مواد البناء المحتوية على مركبات اليورانيوم الطبيعية (الخرسانة والطوب والحجر) كميات صغيرة من الرادون والبولونيوم الناتج عنه باستمرار. وقد تُظهر المواد القائمة على الفوسفات، مثل بعض أنواع الخزف، مستويات مرتفعة قليلًا.
يزيد التدخين في الأماكن المغلقة تراكيز البولونيوم زيادة كبيرة، لأن دخان التبغ يحتوي على البولونيوم-210 الذي يترسب على الأسطح ثم يُعاد تعليقه في الغبار.
يمثل تبغ السجائر أحد أكثر المصادر الطبيعية تركيزًا للبولونيوم-210 التي يمكن للإنسان الوصول إليها. تمتص نباتات التبغ البولونيوم من التربة والأسمدة الفوسفاتية، وتتراوح التراكيز عادةً بين 10-50 مليبيكريل لكل غرام من التبغ.
تحتوي الأسمدة الفوسفاتية المستخدمة في زراعة التبغ على يورانيوم ضئيل يتحلل لينتج البولونيوم. ويدخل البولونيوم في أنسجة النبات ويتركز في الأوراق المستخدمة في إنتاج السجائر.
يوصل دخان السجائر البولونيوم-210 مباشرةً إلى رئتي المدخنين، حيث يمكن لجسيمات ألفا أن تسبب تلفًا كبيرًا في الأنسجة. ويتلقى المدخن الذي يستهلك علبة يوميًا جرعة إشعاعية سنوية تُقدّر بـ 160 mSv في مناطق صغيرة من أنسجة الرئة، وهي تعادل إشعاع عدة صور أشعة سينية للصدر.
يمثل هذا التعرض المرتبط بالتبغ أكبر مصدر للتعرض للنشاط الإشعاعي الاصطناعي لدى معظم الناس، متجاوزًا التعرض الناتج عن تجارب الأسلحة النووية أو عمليات تشغيل محطات الطاقة.
تواجه عمليات تعدين اليورانيوم البولونيوم بوصفه ناتجًا ثانويًا في معالجة الخام. وتحتوي مخلفات المطاحن وبقايا المعالجة على تراكيز اتزان من نظائر البولونيوم، وتتطلب إدارتها بعناية باعتبارها نفايات مشعة.
تواجه عمليات تعدين الفوسفات لإنتاج الأسمدة البولونيوم أيضًا، لأن صخر الفوسفات غالبًا ما يحتوي على كميات ضئيلة من اليورانيوم. ويجب على مصانع المعالجة مراقبة التلوث الإشعاعي والتخلص بطريقة سليمة من النفايات المحتوية على البولونيوم.
يُطلق حرق الفحم كميات ضئيلة من البولونيوم في الغلاف الجوي، لأن الفحم يحتوي على كميات صغيرة من اليورانيوم ونواتج تحلله. وعلى الرغم من انخفاض التراكيز، فإن النطاق الواسع لاحتراق الفحم يجعله مصدرًا قابلًا للقياس للبولونيوم البيئي.
يحدث الإنتاج الصناعي للبولونيوم-210 بقذف البزموت-209 بالنيوترونات في المفاعلات النووية. ويوفر هذا الإنتاج الاصطناعي الكميات الصغيرة اللازمة للبحث والتطبيقات المتخصصة، إذ سيكون الاستخراج الطبيعي مكلفًا بصورة يستحيل تحملها.
يمكن أن تنتج تفاعلات الأشعة الكونية مع الغازات الجوية كميات ضئيلة من نظائر البولونيوم، رغم أن هذا يمثل مصدرًا مهملًا مقارنةً بتحلل اليورانيوم الأرضي.
أطلقت تجارب الأسلحة النووية في منتصف القرن 20 نظائر اصطناعية للبولونيوم في الغلاف الجوي. وعلى الرغم من أن هذا التلوث قد تحلل إلى حد كبير، فإنه أسهم في التوزيع العالمي للبولونيوم لعدة عقود.
أطلقت الحوادث النووية مثل حادثة تشيرنوبل بعض نظائر البولونيوم، رغم أن معظم التلوث البيئي جاء من نويدات مشعة أخرى ذات أعمار نصف أطول.
التعامل
بولونيوم مشع. It has no stable isotope — every nucleus decays. يتطلب التعامل معه تدريعًا وترخيصًا مناسبين.
يُعد بولونيوم-210 أحد أكثر المواد سمية المعروفة للعلم. ويمكن حتى للكميات المجهرية أن تسبب الوفاة خلال أسابيع.
انبعاث جسيمات ألفا: يُصدر Po-210 جسيمات ألفا عالية الطاقة (5.3 MeV) بكثافة استثنائية. وينتج غرام واحد من Po-210 مقدار 4.5 × 10¹⁵ من جسيمات ألفا في الثانية، مما يوصّل جرعات إشعاعية هائلة إلى الأنسجة القريبة.
التلوث الداخلي: لا تستطيع جسيمات ألفا اختراق الجلد، لكنها شديدة الخطورة عند استنشاقها أو ابتلاعها أو امتصاصها عبر الجروح. وبمجرد دخولها إلى الجسم، فإنها تسبب تلفاً شديداً للأنسجة على المستوى الخلوي.
الجرعة القاتلة: يمكن لكمية صغيرة لا تتجاوز 0.1 ميكروغرام (10⁻⁷ غرام) أن تكون قاتلة إذا استُنْشقت أو ابتُلعت. وهذه كمية تكاد لا تُرى بالعين المجردة، وهي أصغر من حبة ملح.
شدة الإشعاع: بولونيوم-210 أكثر إشعاعاً بنحو 250 مليار مرة من الراديوم. ويُصدر ميكروغرام واحد منه مقداراً من الإشعاع يعادل ما يصدره 5 غرامات من الراديوم، مما يجعله أحد أكثر المواد كثافةً إشعاعيةً الممكنة.
متلازمة الإشعاع الحادة: يسبب التعرض لجرعة عالية ظهوراً سريعاً للغثيان والقيء والإسهال وتساقط الشعر وانهيار الجهاز المناعي خلال أيام إلى أسابيع.
فشل أعضاء متعددة: يستهدف البولونيوم أجهزة عضوية متعددة في الوقت نفسه:
خطر الإصابة بالسرطان: تزيد حتى حالات التعرض غير القاتلة خطر الإصابة بالسرطان زيادةً كبيرة، ولا سيما سرطان الرئة الناتج عن الاستنشاق. ولا يوجد أي مستوى آمن من التعرض.
التلف الجيني: تسبب جسيمات ألفا تلفاً شديداً في DNA، مما يؤدي إلى طفرات وتأثيرات وراثية محتملة.
كشف إشعاع ألفا: لا تستطيع كاشفات الإشعاع القياسية (عدادات غايغر) كشف جسيمات ألفا عبر الجلد أو الملابس، مما يجعل تحديد تلوث البولونيوم بالغ الصعوبة من دون معدات متخصصة.
عدم وجود أعراض فورية: بخلاف السموم الكيميائية، تظهر أعراض التسمم الإشعاعي بعد ساعات إلى أيام من التعرض، مما يجعل العلاج الفوري أمراً صعباً.
الحاجة إلى معدات متخصصة: يتطلب الكشف أجهزة حساسة لألفا، مثل كاشفات الوميض ZnS أو معدات متخصصة لأخذ عينات الهواء.
التشخيص الطبي: يمكن تأكيد التسمم بالبولونيوم من خلال تحليل البول والبراز، لكن ذلك يتطلب مختبرات متخصصة في الكيمياء الإشعاعية.
ضرورة الاحتواء الأقصى: يجب إجراء جميع الأعمال داخل صناديق القفازات المزودة بترشيح HEPA وأنظمة احتواء ذات ضغط سلبي.
الحماية الشخصية: يُلزم استخدام أجهزة تنفس مزودة بالهواء للوجه بالكامل، وطبقات متعددة من الملابس الواقية، والمراقبة المستمرة للإشعاع.
يُمنع الأكل والشرب والتدخين: يُحظر ذلك حظراً تاماً في أي منطقة قد يوجد فيها البولونيوم. فحتى التلوث المجهري يمكن أن يكون قاتلاً.
المراقبة المستمرة: مراقبة إشعاع ألفا في الوقت الفعلي وإجراء اختبارات منتظمة للتقييم الحيوي لجميع العاملين.
إجراءات الطوارئ: تطبيق بروتوكولات إزالة التلوث فوراً وإتاحة الوصول السريع إلى مرافق العلاج الطبي المتخصصة.
لا يوجد ترياق محدد: بخلاف بعض المواد المشعة، لا توجد عوامل خالبة فعالة لإزالة البولونيوم من الجسم.
الرعاية الداعمة فقط: يركز العلاج على تدبير الأعراض ودعم وظائف الأعضاء، بينما يقلل الاضمحلال الإشعاعي من المصدر.
الوقت حاسم: يجب إجراء إزالة التلوث خلال دقائق إلى ساعات من التعرض لكي تكون فعالة. أما العلاج المتأخر ففعاليته محدودة إلى حد كبير.
العلاجات التجريبية: أُبلغ عن بعض النجاح باستخدام BAL (British Anti-Lewisite) والعلاج بالاستخلاب باستخدام DTPA، لكن الفعالية محدودة ويجب البدء بهما فوراً بعد التعرض.
الإنذار: يعتمد البقاء على قيد الحياة على كمية التعرض والوقت المستغرق للوصول إلى العلاج. ويكون التعرض لجرعات عالية قاتلاً بشكل شبه حتمي خلال أسابيع إلى أشهر.
التلوث المستمر: يعني عمر النصف البالغ 138 يوماً لبولونيوم-210 أن المناطق الملوثة تظل خطرة لعدة سنوات (10 أعمار نصف = 3.8 سنوات لاضمحلال بنسبة 99.9%).
التراكم الحيوي: يتركز البولونيوم في الأنسجة الحيوية، ولا سيما الكبد والكليتين والطحال، مما يؤدي إلى التلوث الداخلي عبر السلاسل الغذائية.
الانتشار الجوي: يمكن أن يُكوّن البولونيوم هباءً جوياً ينشر التلوث على مساحات واسعة. ويُعد ترشيح الهواء الداخلي أمراً حاسماً في المناطق الملوثة.
إزالة التلوث: تتطلب تقنيات متخصصة وتنتج نفايات مشعة يجب التعامل معها بوصفها مواد نووية عالية المستوى.
مادة خاضعة لتنظيم صارم: تُصنّف بوصفها مادة نووية خاصة خاضعة لمتطلبات صارمة للترخيص والمحاسبة والأمن في معظم البلدان.
المراقبة الدولية: تراقب الوكالة الدولية للطاقة الذرية والهيئات الوطنية عن كثب جميع عمليات إنتاج البولونيوم وتوزيعه واستخدامه.
العقوبات الجنائية: تترتب على الحيازة أو النقل أو الاستخدام غير المصرح به عقوبات جنائية شديدة في معظم الولايات القضائية.
المخاوف الأمنية: إن احتمال استخدام البولونيوم سلاحاً إشعاعياً يجعله مادة ذات أولوية عالية لدى وكالات الأمن النووي.
لا تتعامل مطلقاً مع المواد المشبوهة: إذا اشتبهت في تلوث بالبولونيوم، فأخلِ المنطقة فوراً واتصل بخدمات الطوارئ.
أبلغ عن قراءات الإشعاع غير المعتادة: يجب إبلاغ السلطات التنظيمية النووية فوراً عن أي إشعاع ألفا غير مفسر.
اطلب العناية الطبية الفورية: إذا اشتبهت في حدوث تعرض، فتوجه فوراً إلى قسم الطوارئ في أقرب مستشفى كبير وأبلغهم باحتمال وجود تلوث مشع.
إجابات سريعة
بولونيوم (symbol Po) is element 84 on the periodic table, a فلز بعد انتقالي in period 6, group 16. Intensely radioactive: a gram of polonium-210 emits enough alpha particles to glow blue and self-heat to 500 degrees C. At room temperature it is a solid, and it is radioactive.
[Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s² 6p⁴, giving 6 occupied shells holding 2, 8, 18, 32, 18, 6 electrons respectively. Its outer shell holds 6 electrons, which is what sets its bonding behaviour.بولونيوم melts at 527 K (253.9 °C) and boils at 1235 K (961.9 °C).
بولونيوم has no stable isotope, so it has no standard atomic weight. The figure quoted, 209, is the mass number of its longest-lived known isotope.
بولونيوم has a density of 9.196 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of بولونيوم is about 9.2× heavier.
بولونيوم has a Pauling electronegativity of 2. The scale runs from 0.70 (francium, the least greedy for electrons) to 3.98 (fluorine, the most). Values in this middle band tend to form covalent rather than strongly ionic bonds.
بولونيوم was discovered in 1898 by Marie & Pierre Curie. It is named after poland, Marie Curie's homeland.
بولونيوم makes up about 2.00e-9 mg/kg of the Earth's crust — genuinely rare, which is why it is expensive.
Yes. بولونيوم has no stable isotope — every one of its nuclei decays. Trace amounts occur naturally as decay products of heavier elements.