Po · العنصر 84 · فلز بعد انتقالي
مشع بشدة: يُصدر غرام من بولونيوم-210 جسيمات ألفا كافية للتوهج باللون الأزرق وللتسخين الذاتي حتى 500 درجة C.
البنية
ليس مخططًا لنقاط على حلقات — بل عينة مونتِ كارلو من كثافة الاحتمال الفعلية |ψ|² لكل غلاف فرعي مشغول. اسحب للتدوير. يشير الأزرق والبنفسجي إلى الإشارتين المتعاكستين لدالة الموجة، وهذا ما يجعل الترابط ممكنًا.
القيم المقاسة
يوضح كل شريط موضع بولونيوم بين جميع العناصر الـ118 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 المقياس
نصف القطر 150 pm — أي 0.15 nm، ولذلك فإن نحو 3.33 مليون ذرة منها متجاورة ستغطي ملليمترًا واحدًا.
المدى الحراري
يكون بولونيوم سائلًا ضمن مجال 708 K، من 527 K إلى 1235 K.
القصة
مشع بشدة: يُصدر غرام من بولونيوم-210 جسيمات ألفا كافية للتوهج باللون الأزرق وللتسخين الذاتي حتى 500 درجة C.
يُعد اكتشاف البولونيوم واحدًا من أكثر القصص إثارة للمشاعر في تاريخ العلم. في يوليو 1898، أعلنت ماري سكلودوفسكا كوري وزوجها بيير كوري اكتشاف ليس عنصرًا مشعًا جديدًا واحدًا، بل عنصرين. أطلقا على الأول اسم "البولونيوم" تكريمًا لوطن ماري، بولندا، الذي كانت القوى الأجنبية قد محته من الخريطة.
حمل الاسم معنى سياسيًا عميقًا؛ فلم تكن بولندا موجودة كدولة مستقلة في عام 1898، إذ كانت قد قُسّمت بين روسيا وبروسيا والنمسا. وبإطلاق اسم "البولونيوم" على اكتشافها، وجّهت ماري رسالة جريئة عن الهوية البولندية والمقاومة، لاقت صدى في أنحاء أوروبا.
كتبت ماري في بحثهما الرائد: "نقترح أن نطلق عليه اسم البولونيوم، نسبةً إلى اسم بلد منشأ أحدنا،" ليكون ذلك أول عنصر يُسمّى تكريمًا لقضية سياسية.
بدأ الاكتشاف بأبحاث الدكتوراه التي أجرتها ماري حول "أشعة اليورانيوم" الغامضة لدى هنري بيكريل، وهي الظاهرة التي نسمّيها اليوم النشاط الإشعاعي. وباستخدام مقياس كهربائي اخترعه بيير وشقيقه جاك كوري، توصلت ماري إلى ملاحظة مذهلة: كان خام البتشبلند أكثر إشعاعًا من اليورانيوم النقي.
بدا ذلك مستحيلًا. فإذا كان اليورانيوم مصدر النشاط الإشعاعي، فكيف يمكن أن يكون خام اليورانيوم أكثر إشعاعًا من اليورانيوم النقي؟ افترضت ماري أن البتشبلند لا بد أن يحتوي على عناصر مشعة مجهولة أقوى من اليورانيوم نفسه.
عمل كوريان في كوخ متجمّد كثير التسرب وصفه بيير بأنه "خليط بين إسطبل وقبو للبطاطا"، وبدآ المهمة الهائلة لمعالجة أطنان من بقايا البتشبلند المستخرجة من المناجم النمساوية. كانا يحرّكان أحواض ضخمة من الخام المغلي بقضبان حديدية، ويعملان غالبًا 14 ساعة يوميًا في ظروف كانت ستفزع مفتشي السلامة المعاصرين.
كانت طريقة كوريين بسيطة بعبقرية، لكنها شاقة للغاية. أذابا البتشبلند في الحمض، ثم استخدما التبلور التجزيئي لفصل المركبات. واختبرا كل جزء للكشف عن النشاط الإشعاعي، متتبعين الأجزاء "الساخنة" كما تتتبع كلاب الصيد أثرًا.
بحلول يوليو 1898، كانا قد عزلا جزءًا شبيهًا بالبزموت، أكثر إشعاعًا من اليورانيوم بمقدار 300 مرة. وكشف التحليل الطيفي عن خطوط طيفية جديدة لا تطابق أي عنصر معروف. لقد اكتشفا البولونيوم، رغم أنهما لم يعزلا سوى جزء واحد من عشرة آلاف من الغرام.
شارك في تأليف بحث الاكتشاف، المنشور في Comptes Rendus في 18 يوليو 1898، غوستاف بيمون، المتعاون معهما. وقد أخفى الأسلوب المتحفظ للبحث آثاره الثورية: "نعتقد أن المادة التي استخلصناها من البتشبلند تحتوي على معدن لم يُرصد من قبل، يرتبط بالبزموت بخصائصه التحليلية."
كان المجتمع العلمي متشككًا. حتى ديميتري مندليف تساءل عما إذا كانت هذه عناصر جديدة حقًا أم مجرد أشكال مشعة لمواد معروفة. وكان على كوريين عزل عينات نقية وتحديد الأوزان الذرية لإثبات اكتشافاتهما بشكل قاطع.
قاد ذلك إلى سنوات من العمل الشاق. عالجت ماري أطنانًا حرفيًا من بقايا البتشبلند، وتمكنت في نهاية المطاف من الحصول على بضعة أعشار الغرام من كلوريد الراديوم بحلول عام 1902. وكان البولونيوم أكثر استعصاءً بسبب تحلله المشع؛ فقد كانا يتسابقان حرفيًا مع الزمن بينما كانت عيناتهما تختفي.
أكد ويليام رامزي، مكتشف الغازات النبيلة، وجود البولونيوم من خلال التحليل الطيفي في عام 1903، فأقنع المشككين أخيرًا. وأُثبت وجود العنصر، رغم أن ندرته الشديدة ونشاطه الإشعاعي جعلا دراسته التفصيلية شبه مستحيلة.
جاء اكتشاف البولونيوم بتكلفة شخصية فادحة. ظهرت على ماري وبيير علامات داء الإشعاع، منها التعب وألم اليدين وفقر الدم. وتدهورت صحة بيير بسرعة، وكان يتحدث عن "المادة المشعة" بوصفها جميلة وخطيرة في آن واحد.
وبشكل مأساوي، قُتل بيير في حادث سير عام 1906، في الوقت الذي بدأت فيه اكتشافاتهما تحظى باعتراف عالمي. واصلت ماري أبحاثهما بمفردها، وأصبحت في نهاية المطاف أول امرأة تفوز بجائزة نوبل، ثم أول شخص يفوز بجوائز 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 المكتبة الوطنية في باريس. وستظل خطرة لمدة 1,500 سنة أخرى؛ لتكون شاهدًا دائمًا على قوة العناصر التي اكتشفتها.
كان لإطلاق اسم البولونيوم أثر سياسي عميق. عندما استعادت بولندا استقلالها عام 1918، احتُفي بماري كوري بوصفها بطلة وطنية. فقد أبقى اسم العنصر فكرة بولندا حيّة خلال أحلك فترات الاحتلال الأجنبي.
قامت ماري بعدة رحلات إلى بولندا المستقلة حديثًا، وساعدت في إنشاء معهد الراديوم في وارسو ونقل أبحاث النشاط الإشعاعي إلى وطنها. وكانت تؤكد دائمًا أن العلم يجب أن يخدم البشرية بغض النظر عن الحدود، لكن اسم البولونيوم ضمن ألا يُنسى حبها لوطنها.
كما أدى الاكتشاف إلى اعتماد الكوري وحدةً للنشاط الإشعاعي، مما خلّد ماري وبيير معًا في لغة العلم نفسها.
اكتسب البولونيوم لاحقًا سمعة سيئة باعتباره سلاحًا للاغتيال. فقد لفت تسميم ألكسندر ليتفينينكو عام 2006 في لندن انتباه العالم إلى هذا العنصر الغامض، وأظهر كيف يمكن تحويل اكتشاف ماري كوري الجميل إلى وسيلة لأغراض شريرة.
تذكّرنا هذه المأساة الحديثة بأن الاكتشافات العلمية محايدة أخلاقيًا؛ إذ يعتمد أثرها بالكامل على الطريقة التي تختار البشرية استخدامها بها. اكتشفت ماري كوري البولونيوم لتطوير المعرفة الإنسانية؛ وكان سوء استخدامه لاحقًا سيفزعها.
أطلق اكتشاف البولونيوم العصر الذري وثوّر 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 تطوير المعرفة العلمية من خلال البعثات الفضائية والأبحاث النووية والتطبيقات الطبية، مع الالتزام دائمًا بالحذر الشديد الذي علّمتنا معاناة ماري وبيير ضرورته.
الاستخدامات
مولدات النظائر المشعة الكهروحرارية (RTGs) تستخدم البولونيوم-210 مصدرًا للحرارة لتحويل الطاقة الحرارية إلى كهرباء في المهمات الفضائية. وقد استخدمت NASA تاريخيًا مولدات RTG تعمل بـ Po-210 في المهمات القمرية، والمسابير الفضائية البعيدة، والأقمار الصناعية حيث تكون الألواح الشمسية غير عملية.
تستخدم أنظمة تدفئة المركبات الفضائية اضمحلال ألفا للبولونيوم لتوفير حرارة موثوقة للحفاظ على درجات حرارة الأجهزة في برد الفضاء القارس. ويجعل ثبات الخرج الحراري البولونيوم مثاليًا للمهمات التي تستمر أشهرًا أو سنوات بعيدًا 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 بدلًا من البولونيوم بسبب عمر النصف الأطول وخصائص السلامة الأفضل، مع بقاء البولونيوم مهمًا للمهمات المتخصصة القصيرة المدة.
تعتمد مصادر جسيمات ألفا المستخدمة في أبحاث الفيزياء على انبعاث ألفا النقي للبولونيوم-210. ويستخدم الباحثون هذه المصادر لدراسة تفاعلات جسيمات ألفا، ومعايرة كواشف الإشعاع، والتحقيق في العمليات النووية.
تستخدم إزالة الشحنات الساكنة في الأجهزة العلمية الحساسة كميات ضئيلة من البولونيوم-210 لتحييد الشحنات الساكنة التي قد تتداخل مع القياسات الدقيقة. ويتطلب هذا الاستخدام كميات صغيرة للغاية واحتواءً صارمًا.
يستخدم تحليل التنشيط النيوتروني مصادر نيوترونات من البولونيوم والبيريليوم لتحديد العناصر النزرة في العينات. وتُعد هذه التقنية مهمة للتأريخ الأثري، والتحليل الجنائي، وتوصيف المواد.
يستخدم البحث الكيميائي الإشعاعي نظائر البولونيوم لدراسة كيمياء العناصر الثقيلة والفيزياء النووية. ويُستخدم البولونيوم نموذجًا لفهم سلوك العناصر الثقيلة المشعة الأخرى.
تستخدم الأجهزة المضادة للكهرباء الساكنة في بيئات التصنيع المتخصصة مصادر البولونيوم-210 لإزالة الكهرباء الساكنة التي قد تتلف المكونات الإلكترونية الحساسة أو تسبب حرائق في الأجواء القابلة للاشتعال.
تستخدم مقاييس السُّمك مصادر ألفا من البولونيوم لقياس سُمك المواد الرقيقة مثل الورق، والأغشية البلاستيكية، أو الرقائق المعدنية. ويشير معدل امتصاص جسيمات ألفا إلى سُمك المادة بدقة عالية.
استخدمت صناعة التصوير الفوتوغرافي تاريخيًا مصادر البولونيوم-210 لتحييد الشحنات الساكنة على الأفلام أثناء المعالجة، رغم أن هذا الاستخدام استُبدل إلى حد كبير ببدائل أكثر أمانًا.
يدرس بحث الوقود النووي البولونيوم بوصفه نظيرًا للعناصر الأكتينيدية 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 الموجَّه بجسيمات ألفا استخدام المستحضرات الصيدلانية الإشعاعية القائمة على البولونيوم لإيصال جسيمات ألفا عالية الطاقة مباشرة إلى الخلايا السرطانية، مما قد يوفر علاجًا أكثر فعالية مع آثار جانبية أقل من العلاج الإشعاعي التقليدي.
تستخدم دراسات المتتبعات البيولوجية كميات ضئيلة جدًا من نظائر البولونيوم لتتبع العمليات البيولوجية وفهم كيفية انتقال المواد المشعة عبر الأنظمة الحية.
ملاحظة: تظل التطبيقات الطبية تجريبية إلى حد كبير بسبب السمية الشديدة للغاية للبولونيوم وقصر عمر النصف.
اشتمل بحث الأسلحة النووية تاريخيًا على استخدام البولونيوم بوصفه بادئًا للنيوترونات، إذ يوفر دفعة النيوترونات الأولية اللازمة لبدء الانشطار النووي. وتستخدم الأسلحة الحديثة بدائل أكثر أمانًا، لكن البولونيوم يظل مهمًا لأغراض البحث.
تستخدم أنظمة الكشف مصادر البولونيوم لاختبار ومعايرة معدات كشف الإشعاع المستخدمة في الأمن النووي والتحقق من المعاهدات.
تستخدم التطبيقات الجنائية البصمة المميزة للبولونيوم لتتبع مصادر التلوث المشع والتحقيق في الحوادث النووية.
تخضع جميع التطبيقات العسكرية لتصنيف سري للغاية ولمعاهدات وضمانات دولية صارمة.
استخدمت الأقطاب الفرشاتية في المعدات الصناعية في أوائل القرن العشرين البولونيوم لإزالة الشحنات الساكنة، لكن هذا الاستخدام أُوقف بعد فهم المخاطر الصحية.
اشتملت المنتجات الاستهلاكية لفترة وجيزة على البولونيوم في الفرش المضادة للكهرباء الساكنة والأجهزة المماثلة في أربعينيات وخمسينيات القرن العشرين، لكن هذه المنتجات حُظرت سريعًا مع اتضاح المخاطر.
ألغت اللوائح الحديثة جميع الاستخدامات التجارية للبولونيوم تقريبًا خارج نطاق البحث الخاضع لرقابة شديدة والتطبيقات الفضائية.
تتطلب جميع تطبيقات البولونيوم تدابير سلامة بالغة الصرامة، وتقتصر على مرافق متخصصة مجهزة بقدرات مناسبة للاحتواء والرصد والتخلص. وتعني السمية الإشعاعية الشديدة للغاية للعنصر أن كميات مجهرية منه يمكن أن تكون قاتلة.
لا توجد للبولونيوم أي استخدامات شائعة متاحة لعامة الناس تقريباً، بسبب نشاطه الإشعاعي وسميته الشديدين. وتقتصر جميع التطبيقات على مرافق البحث المتخصصة ومرافق الفضاء والمنشآت العسكرية.
تستخدم NASA ووكالات الفضاء الأخرى البولونيوم-210 في أنظمة طاقة متخصصة للبعثات الفضائية، ولا سيما البعثات المتجهة بعيداً عن الشمس، حيث تكون الألواح الشمسية غير فعالة. وقد استخدمت حزم تجارب سطح القمر التابعة لبرنامج Apollo (ALSEP) مولدات RTG تعمل بالبولونيوم-210 لتزويد الأجهزة العلمية التي تُركت على القمر بالطاقة.
ومع ذلك، فإن هذه التطبيقات:
تستخدم المختبرات الجامعية والحكومية كميات ضئيلة جداً من البولونيوم-210 من أجل:
وتتطلب هذه الاستخدامات:
قبل فهم النطاق الكامل لمخاطر البولونيوم، كان يُستخدم في:
توقفت هذه الاستخدامات في 1960s-1970s عندما أصبحت المخاطر الصحية واضحة. وأي معدات قديمة تحتوي على مصادر بولونيوم تتطلب التخلص منها بواسطة متخصصين في المواد الخطرة.
يحتوي دخان السجائر على البولونيوم-210 بسبب امتصاص نباتات التبغ للعنصر من التربة والأسمدة. ولم يكن هذا استخداماً متعمداً، لكنه يمثل أكبر مصدر للتعرض للبولونيوم لدى عامة الناس:
يتعرض الجميع لكميات ضئيلة من البولونيوم من:
توفر هذه المصادر الطبيعية مستويات تعرض منخفضة للغاية، أقل بملايين المرات من الكميات الخطرة.
البولونيوم غير متاح لعامة الناس، ويجب ألا يُتعامل معه خارج المرافق المعتمدة. إذا اشتبهت في وجود تلوث بالبولونيوم:
أثبتت حادثة تسميم Alexander Litvinenko في 2006 الخطر الشديد للبولونيوم وسبب بقائه أحد أكثر المواد تقييداً على وجه الأرض.
مصدره
2.00e-9 mg/kg من القشرة الأرضية · أوفر من 27% من العناصر
لا يوجد البولونيوم طبيعياً كعنصر بدائي، لكنه يتكوّن باستمرار من خلال التحلل المشع لليورانيوم-238. في سلسلة تحلل اليورانيوم، يتحلل الرادون-222 منتجاً عدة نظائر من البولونيوم، ولا سيما البولونيوم-218، والبولونيوم-214، والبولونيوم-210.
يتتابع تسلسل التحلل كما يلي: اليورانيوم-238 →. → الرادون-222 → البولونيوم-218 → الرصاص-214 → البزموت-214 → البولونيوم-214 → الرصاص-210 → البزموت-210 → البولونيوم-210 → الرصاص-206 (مستقر)
وهذا يعني أن البولونيوم يتكوّن باستمرار في كل مكان يوجد فيه اليورانيوم-238، لكنه يتحلل باستمرار أيضاً بسبب أعمار نصفه القصيرة. ويصل التركيز إلى اتزان علماني حيث يتساوى الإنتاج مع التحلل.
البولونيوم-210 هو أكثر النظائر استقراراً والأكثر دراسة، إذ يبلغ عمر نصفه 138.4 يوماً. أما نظائر البولونيوم الطبيعية الأخرى فلها أعمار نصف أقصر بكثير، تتراوح من ميكروثوانٍ إلى دقائق.
وفرة البولونيوم في القشرة الأرضية منخفضة للغاية - نحو 2 × 10⁻¹⁰ جزءاً في المليون (0.2 جزء في التريليون). وهذا يجعله أحد أندر العناصر الموجودة طبيعياً، إذ يوجد فقط بكميات ضئيلة تتناسب مع محتوى اليورانيوم.
المعادن الحاوية على اليورانيوم تحتوي على أعلى تراكيز طبيعية من البولونيوم، ومنها:
حتى في خامات اليورانيوم الغنية، نادراً ما تتجاوز تراكيز البولونيوم بضعة أجزاء في البليون، مما يجعل استخراجه صعباً ومكلفاً للغاية.
تحتوي مياه البحر على نحو 0.0001-0.001 جزء في التريليون من البولونيوم-210، وينشأ ذلك أساساً من الترسيب الجوي والنشاط البركاني تحت سطح البحر. وعلى الرغم من هذه التراكيز المنخفضة للغاية، تستطيع الكائنات البحرية تركيز البولونيوم في أنسجتها.
يحدث التراكم الحيوي في السلسلة الغذائية البحرية لأن البولونيوم يتصرف كيميائياً بطريقة مشابهة للكبريت، فيندمج في الجزيئات الحيوية. وتظهر بعض الحيوانات البحرية تراكيز من البولونيوم أعلى بمئات إلى آلاف المرات من تراكيزه 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.
يشكل 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 منتجاً نظائر البولونيوم التي تلتصق بجسيمات الغبار.
يمكن أن تكون التراكيز الداخلية أعلى بمقدار 10-100 مرة من الهواء الخارجي بسبب تراكمها في الأماكن ضعيفة التهوية. ويسهم البولونيوم-218 والبولونيوم-214 الناتجان عن تحلل الرادون بدرجة كبيرة في التعرض للإشعاع داخل المباني.
تنتج مواد البناء التي تحتوي على مركبات اليورانيوم الطبيعية (الخرسانة والطوب والحجر) كميات صغيرة من الرادون والبولونيوم الناتج عنه باستمرار. وقد تظهر المواد القائمة على الفوسفات، مثل بعض أنواع الخزف، مستويات مرتفعة قليلاً.
يزيد التدخين داخل المباني تراكيز البولونيوم زيادة كبيرة، إذ يحتوي دخان التبغ على البولونيوم-210 الذي يترسب على الأسطح ويعاد تعليقه في الغبار.
يمثل تبغ السجائر أحد أكثر المصادر الطبيعية تركيزاً للبولونيوم-210 التي يمكن للإنسان الوصول إليها. تمتص نباتات التبغ البولونيوم من التربة والأسمدة الفوسفاتية، وتتراوح التراكيز عادةً بين 10-50 ملي بيكريل لكل غرام من التبغ.
تحتوي الأسمدة الفوسفاتية المستخدمة في زراعة التبغ على كميات ضئيلة من اليورانيوم الذي يتحلل منتجاً البولونيوم. ويدمج البولونيوم في أنسجة النبات ويتركز في الأوراق المستخدمة لإنتاج السجائر.
يوصل دخان السجائر البولونيوم-210 مباشرة إلى رئتي المدخنين، حيث يمكن لجسيمات ألفا أن تسبب تلفاً كبيراً للأنسجة. ويتلقى المدخن الذي يستهلك علبة يومياً جرعة إشعاعية سنوية تقديرية قدرها 160 mSv في مناطق صغيرة من أنسجة الرئة - أي ما يعادل إشعاع عدة صور بالأشعة السينية للصدر.
يمثل هذا التعرض المرتبط بالتبغ أكبر مصدر للتعرض للنشاط الإشعاعي الاصطناعي لدى معظم الناس، متجاوزاً التعرض الناتج عن تجارب الأسلحة النووية أو تشغيل محطات الطاقة.
تواجه عمليات تعدين اليورانيوم البولونيوم بوصفه ناتجاً ثانوياً في معالجة الخام. وتحتوي مخلفات المطاحن وبقايا المعالجة على تراكيز اتزان من نظائر البولونيوم، ما يتطلب إدارتها بعناية بوصفها نفايات مشعة.
تواجه عمليات تعدين الفوسفات لإنتاج الأسمدة البولونيوم أيضاً، لأن صخر الفوسفات غالباً ما يحتوي على كميات ضئيلة من اليورانيوم. ويجب على مصانع المعالجة مراقبة التلوث المشع والتخلص من النفايات الحاوية على البولونيوم بطريقة صحيحة.
يطلق 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 مصدراً قابلاً للقياس للبولونيوم البيئي.
يحدث الإنتاج الصناعي للبولونيوم-210 بقذف البزموت-209 بالنيوترونات في المفاعلات النووية. ويوفر هذا الإنتاج الاصطناعي الكميات الضئيلة اللازمة للبحث والتطبيقات المتخصصة، إذ سيكون الاستخراج الطبيعي مكلفاً إلى حد يستحيل معه عملياً.
يمكن أن تنتج تفاعلات الأشعة الكونية مع غازات الغلاف الجوي كميات ضئيلة من نظائر البولونيوم، رغم أن هذا يمثل مصدراً مهملاً مقارنة بتحلل اليورانيوم الأرضي.
أطلقت تجارب الأسلحة النووية في منتصف القرن 20 نظائر اصطناعية من البولونيوم 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 نتج عن نويدات مشعة أخرى ذات أعمار نصف أطول.
التعامل
بولونيوم مشع. لا يملك نظيرًا مستقرًا — تتحلل كل نواة. يتطلب التعامل معه تدريعًا وترخيصًا مناسبين.
يُعدّ البولونيوم-210 من أكثر المواد سمّية المعروفة للعلم. حتى الكميات المجهرية منه يمكن أن تسبب الوفاة خلال أسابيع.
انبعاث جسيمات ألفا: يُصدر Po-210 جسيمات ألفا عالية الطاقة (5.3 MeV) بكثافة استثنائية. ينتج غرام واحد من Po-210 عدد 4.5 × 10¹⁵ من جسيمات ألفا في الثانية، ما 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، تسبب أضراراً جسيمة للأنسجة على المستوى الخلوي.
الجرعة القاتلة: يمكن أن تكون كمية لا تتجاوز 0.1 ميكروغرام (10⁻⁷ غرام) قاتلة إذا استُنشقَت أو ابتُلِعَت. وهذه كمية تكاد لا تُرى بالعين المجردة، وهي أصغر من حبة ملح.
كثافة الإشعاع: البولونيوم أكثر نشاطاً إشعاعياً بنحو 250 مليار مرة من الراديوم. ويُصدر ميكروغرام واحد منه إشعاعاً يعادل ما يُصدره 5 غرامات من الراديوم، ما يجعله من أكثر المواد كثافةً إشعاعيةً على الإطلاق.
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 أعضاء متعددة في الوقت نفسه:
خطر الإصابة بالسرطان: تزيد حالات التعرض غير المميتة خطر الإصابة بالسرطان زيادة كبيرة، ولا سيما سرطان الرئة الناتج عن الاستنشاق. ولا يوجد مستوى آمن للتعرض.
الضرر الجيني: تسبب جسيمات ألفا أضراراً جسيمة للحمض النووي، ما يؤدي إلى طفرات وتأثيرات وراثية محتملة.
الكشف عن إشعاع ألفا: لا تستطيع كاشفات الإشعاع القياسية (عدادات غايغر) الكشف عن جسيمات ألفا عبر الجلد أو الملابس، ما يجعل تحديد تلوث البولونيوم أمراً بالغ الصعوبة من دون معدات متخصصة.
غياب الأعراض الفورية: بخلاف السموم الكيميائية، تظهر أعراض التسمم الإشعاعي بعد ساعات إلى أيام من التعرض، ما يجعل العلاج الفوري أمراً صعباً.
الحاجة إلى معدات متخصصة: يتطلب الكشف أجهزة حساسة لجسيمات ألفا، 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 كيميائية إشعاعية متخصصة.
الاحتواء الأقصى مطلوب: يجب تنفيذ جميع الأعمال داخل صناديق القفازات المزودة بترشيح HEPA وأنظمة احتواء ذات ضغط سلبي.
الحماية الشخصية: تُعد أجهزة التنفس المزودة بالهواء للوجه الكامل، وطبقات متعددة من الملابس الواقية، والمراقبة المستمرة للإشعاع، أموراً إلزامية.
يُمنع الأكل والشرب والتدخين: يُحظر منعاً باتاً ذلك في أي منطقة قد يوجد فيها البولونيوم. حتى 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: يركّز العلاج على تدبير الأعراض ودعم وظائف الأعضاء، بينما يقلل التحلل الإشعاعي من مصدر الإشعاع.
الوقت حاسم: يجب إجراء إزالة التلوث خلال دقائق إلى ساعات من التعرض لكي تكون فعالة. ويكون العلاج المتأخر غير فعال إلى حد كبير.
علاجات تجريبية: أُبلغ عن نجاح محدود باستخدام BAL (British Anti-Lewisite) والعلاج بالاستخلاب باستخدام DTPA، لكن فعاليتهما محدودة ويجب البدء بهما فوراً بعد التعرض.
الإنذار: يعتمد البقاء على قيد الحياة على كمية التعرض والوقت اللازم لبدء العلاج. وتكون حالات التعرض لجرعات عالية قاتلةً تقريباً دون استثناء خلال أسابيع إلى أشهر.
التلوث المستمر: يعني عمر النصف البالغ 138 يوماً للبولونيوم-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، ما يؤدي إلى تلوث داخلي عبر السلاسل الغذائية.
الانتشار الجوي: يمكن أن يشكل البولونيوم هباءً جوياً ينشر التلوث على مساحات واسعة. ويُعد ترشيح الهواء الداخلي أمراً بالغ الأهمية في المناطق الملوثة.
إزالة التلوث: تتطلب تقنيات متخصصة وتنتج نفايات مشعة يجب التعامل معها بوصفها مواد نووية عالية المستوى.
مادة خاضعة لتنظيم صارم: تُصنَّف 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 أبداً مع المواد المشبوهة: إذا اشتبهت في وجود 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 عناية طبية فورية: إذا اشتُبه في حدوث تعرض، فتوجه فوراً إلى قسم الطوارئ في أقرب مستشفى كبير وأبلغهم باحتمال وجود تلوث مشع.
إجابات سريعة
بولونيوم (رمزه Po) هو العنصر 84 في الجدول الدوري، وينتمي إلى فلز بعد انتقالي في الدورة 6 والمجموعة 16. مشع بشدة: يُصدر غرام من بولونيوم-210 جسيمات ألفا كافية للتوهج باللون الأزرق وللتسخين الذاتي حتى 500 درجة C. في درجة حرارة الغرفة، يكون صلباً، وهو مشع.
[Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s² 6p⁴، ويشغل 6 مستويات من مستويات الطاقة بتوزيع 2, 8, 18, 32, 18, 6. يحتوي غلافه الخارجي على 6 إلكتروناتٍ، وهذا ما يحدد سلوكه في الترابط.ينصهر بولونيوم عند 527 K (253.9 °C) ويغلي عند 1235 K (961.9 °C).
لا يملك بولونيوم أي نظير مستقر، ولذلك لا يملك وزناً ذرياً معيارياً. والرقم المذكور، 209، هو العدد الكتلي لأطول نظائره المعروفة عمراً.
تبلغ كثافة بولونيوم مقدار 9.196 g/cm³. تبلغ كثافة الماء 1.0 g/cm³، لذا تكون كتلة من بولونيوم أثقل بنحو 9.2×.
تبلغ كهروسلبية بولونيوم وفق مقياس باولنغ 2. ويتراوح المقياس من 0.70 (الفرانسيوم، الأقل ميلاً إلى جذب الإلكترونات) إلى 3.98 (الفلور، الأكثر ميلاً). تميل القيم ضمن هذا النطاق المتوسط إلى تكوين روابط تساهمية بدلًا من الروابط الأيونية القوية.
اكتُشف بولونيوم في 1898 على يد Marie & Pierre Curie. سُمّي على اسم بولندا، موطن ماري كوري.
يشكّل بولونيوم حوالي 2.00e-9 mg/kg من قشرة الأرض — وهو نادر فعلًا، ولذلك فهو باهظ الثمن.
نعم. لا يوجد لـ بولونيوم أي نظير مستقر — إذ تتحلل كل نواته. توجد كميات ضئيلة منه طبيعيًا بوصفها نواتج اضمحلال العناصر الأثقل.