Полоний где используется. Полоний: история открытия элемента. Был ли в вашей практике опыт работы с полонием
В Лондоне по делу об убийстве Литвиненко вновь вернуло тему использования полония для отравления на первые страницы СМИ. Об этом химическом элементе мы беседуем с доктором химических наук, заведующим Лабораторией радиоизотопного комплекса Института ядерных исследований РАН Борисом Жуйковым . Беседовала Наталия Демина .
В 2006-2007 годах вы не раз выступали с комментариями об отравлении полонием на «Эхе Москвы», НТВ и в других российских и зарубежных СМИ. Ведь многие сначала не понимали, что случилось. Утверждалось, что это вещество нелогично было использовать, и вообще подвергался сомнению сам факт отравления полонием?
Да уж, была такая точка зрения. Например, Лев Федоров, доктор химических наук, Президент Союза за химическую безопасность в эфире «Эхо 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» .
Участник дискуссии, происходившей в телевизионной передаче «Воскресный вечер с Владимиром Соловьевым» 3 декабря 2006 года, в которой я участвовал, Максим Шингаркин, по образованию артиллерист, утверждал, что Литвиненко не был отравлен, а сам надышался полонием, работая в секретной лаборатории на территории Великобритании. (впоследствии М. Шингаркин стал советником председателя Комитета Совета Федерации по науке и образованию, консультантом Комиссии при Президенте РФ по модернизации и техническому развитию экономики России, а ныне он - депутат Государственной Думы, соратник Андрея Лугового по фракции ЛДПР - "Полит.ру" ).
Трудно понять: люди, которые такое говорили - они просто совсем не разбираются в этой области или ангажированы. Уже в своем первом комментарии на эту тему я сказал, что полоний-210 - довольно подходящее вещество для отравления, а наиболее вероятный способ отравления - пероральное введение: бросить капсулу с растворимой оболочкой в чай или кофе, потому что он в достаточной мере усваивается через желудок. И буквально на следующий день сообщили, что обнаружили чайник, загрязненный полонием, из которого пил чай Литвиненко. Представляете мое положение? (Смеется ).
Был ли в вашей практике опыт работы с полонием?
Да, еще много лет назад, когда я работал научным сотрудником в Объединенном институте ядерных исследований в Дубне, я имел дело и с полонием-210, и с другими изотопами полония, в микроколичествах. Вообще я работал с радиоактивными изотопами почти всех элементов. Такое было направление - мы искали новые, неоткрытые элементы в сложной смеси продуктов различных ядерных реакций и в природных образцах. Сейчас я занимаюсь больше всего радиоактивными изотопами для ядерной медицины, изотопами, которые вводят в организм человека для диагностики и терапии различных заболеваний.
А вы знаете людей, которые сейчас имеют отношение к полонию?
Да, но они по роду службы вряд ли согласятся дать вам откровенное интервью, у них свои порядки.
Ну, это понятно. Ведь то, что относится к полонию, наверное, секретно?
Нет, сами свойства полония, его поведение, методы производства и применение уже давно не представляют никакой тайны, все опубликовано. Также имеется ряд публикаций по воздействию полония на животных. Специалист может понять и корректно интерпретировать то, что относится к данному случаю.
Насколько полоний дорог в производстве?
Разговоры о большой дороговизне полония-210 - миф. Я знаю цену, по которой он продается, но, наверное, не должен ее разглашать. В любом случае она очень невелика. Конечно, изготовители конкретного препарата - источника радиоактивного излучения, удобного для применения, могут запросить приличную сумму, но это, что говорится, «накрутки». Сам полоний - дешев. К тому же использованный источник, хотя он очевидно сделан профессионалами, сделан плохо, сделан плохими профессионалами.
Откуда можно сделать такой вывод?
Полоний по своим свойствам легко диффундирует через органические оболочки и вообще легко распространяется. В таких случаях источник делают с многослойным покрытием. Люди, изготовившие образец, либо этого не знали, либо поленились, либо понадеялись, что наличие полония вообще не всплывет. Так что исполнители порядочно наследили.
Если полоний так неудобен в использовании, почему применили именно его?
Напротив, в принципе, полоний-210 очень удобное для отравления вещество, именно для скрытого отравления, а не для провокации. Изначально его очень сложно обнаружить, если не делать специальных анализов (альфа-спектрометрию). А специальные анализы никто не собирался делать, так как ранее это вещество для отравления не использовалось - по крайней мере, это не было обнаружено. Полоний-210 отличается от других радиоактивных изотопов тем, что испускает почти исключительно альфа-частицы с энергией 5,3 МэВ, которые поглощаются даже листом бумаги. Гамма же излучение, которое обычно и детектируют с помощью счетчиков Гейгера, чрезвычайно слабо, составляет только одну стотысячную часть. Соответственно, ввести его в Англию - не проблема, свинцовые контейнеры для таких количеств не нужны, и производить различные операции с достаточно герметичной капсулой - безопасно.
Звучали мнения, что полоний использовали для провокации. На мой взгляд, такие разговоры - абсолютная ерунда. Никакой провокации не было, была попытка скрытного убийства. Для провокации было бы целесообразно использовать любой другой радионуклид, например, америций-241 - его было бы легче обнаружить, он более доступен (применяется повсеместно в датчиках дыма).
А как же тогда этот полоний обнаружили?
Да, обнаружили, могли и не обнаружить. Это интересная история, я следил за развитием событий по Интернету. Симптомы, наблюдавшиеся у Литвиненко, соответствовали радиационному поражению. Однако обычным счетчиком, который регистрирует гамма-излучение, ничего обнаружено не было. Очень слабую линию гамма-излучения с энергией 803 кэВ удалось заметить только в результате длительных измерений при использовании хорошего гамма-спектрометра. Сначала это излучение было ошибочно приписано радиоактивному таллию (таллий-206), который получается при распаде альфа-активного висмута-210м.
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 ученым «подсказали» про полоний-210 некие провокаторы, мне кажется крайне маловероятным. Всё делалось последовательно и достаточно логично.
Почему же не применили обычный химический яд?
Все группы химических ядов известны, их легче было бы обнаружить. Даже когда используют «исчезающие» яды, какие-то следы от их применения остаются.
А полоний был неизвестен?
Неизвестен как яд. Конечно, были случаи, очень немногочисленные, отравлений на производстве. Но на производстве ведь чем угодно отравляются.
Но теперь-то…
Теперь можно не беспокоиться и альфа-счетчик с собой не таскать. Никто полоний больше применять для этой цели не будет. Я в этом уверен. История стала слишком популярна, и даже меня дергали с просьбой что-то проверить… Другое дело - старые случаи, которые произошли еще до отравления Литвиненко, например загадочная смерь Юрия Щекочихина, попытка отравления Анны Политковской…
Но ведь прошло столько лет неужели что-то еще осталось? Ведь период полураспада полония-210 - 138 дней?
Да, это значит, что за 10 лет его количество уменьшается в 100 млн. раз. Полоний-210 останется, но в очень небольших количествах. По оценке, в Литвиненко второй раз ввели по крайней мере 1-3 миллиардов беккерелей (распадов секунду). Это очень высокая активность, даже слишком высокая активность: в результате человек может умереть за несколько дней. Но в полонии-210, произведенном на реакторе, должна быть небольшая примесь другого, долгоживущего изотопа - полония-209 (период полураспада 102 года).
Вначале его детектировать очень сложно из-за фона 210-го. Но после распада - тогда следует попытаться. Можно, конечно изготовить полоний-210 без примеси 209, но это будет действительно очень дорого и сложно. Вряд ли эти люди, которые изготавливали препарат, стали бы такими вещами заниматься. Хотя, кто знает?
Звучали мнения, что и Ясир Арафат был отравлен полонием. Что показали исследования?
Подробное исследование швейцарских ученых (доклад опубликован) показало, что говорить об отравлении в этом случае - весомых оснований нет, хотя сами авторы сначала сделали другой вывод из своих результатов. В докладе приведены достаточно убедительные данные, что некоторый избыток полония (который действительно был) имел скорее всего естественное происхождение - очевидно, результат распада радона-222, которого бывает много в подземельях, где Арафат часто пребывал. При вскрытии обнаружено соответствующее количество другого продукта распада радона - свинца-210. А полония-209 не обнаружено. Таким образом, Арафат получил на много порядков меньшую дозу полония-210, чем Литвиненко, и это не могло служить причиной смерти.
На общественных слушаниях прозвучала информация, что Литвиненко убили со второго или третьего раза. Видимо, убийцы хотели подстраховаться?
Да, этот факт - давно известен и опубликован в научной литературе. Он достоверно установлен по распределению полония в теле Литвиненко. Причем первая введенная доза была намного меньше. Литвиненко бы все равно умер позднее, и тогда, наверное, вообще бы ничего не обнаружили. Но видимо заказчикам не терпелось…
Скажите, если в результате таких подробных исследований можно было определить характер введения полония в Литвиненко, то наверное можно было бы определить и роль подозреваемых британцами А. Лугового и Д. Ковтуна?
Конечно-конечно. Они исследовались, насколько мне известно, в медицинском биофизическом центре им. А.И. Бурназяна. Сообщалось, что у Лугового полоний обнаружили, но подробные результаты, которые помогли бы пролить свет на роль этого человека, неизвестны. А в Великобританию они не поехали.
А была ли опасность поражения исполнителей и поражения окружающих лиц? В британских СМИ появилась информация , что Луговой даже привел на последнюю встречу своего сына и дал ему пожать руку Литвиненко…
Некоторая опасность была, с учетом того, что исполнителей, видимо, как следует не проинструктировали. Но все-таки это совсем не так опасно, как прием полония внутрь, и для жизни опасности не представляет. Сам Луговой говорил, что кто-то его испачкал. А испачкали ли его или он сам что-то делал - вот это можно было бы посмотреть. А то, что за ним ходили и специально оставляли следы - просто глупость, это нереально организовать так, чтобы это не вскрылось.
На ваш взгляд, всё, о чем заявил адвокат семьи Литвиненко, и британские следственные органы - правда?
По крайней мере, в том, что связано с поведением полония, никаких противоречий нет. Только неправильно то, что его использование создало большую угрозу для окружающих. Малые количества полония, которыми могут загрязниться люди, контактирующие с Литвиненко, можно обнаружить, но для здоровья они практически безопасны. В результате, по сообщению Health Protection Agency, всего 52 человека получили повышенную дозу, но недостаточную, чтобы у них существенно повысился даже риск заболевания в будущем. Реальная опасность была бы, если только кто-нибудь допивал чай за Литвиненко. И еще неправильно то, что полоний-210 очень дорогой, если только он не сверхвысокой чистоты. Об этом я уже сказал выше. Он просто малодоступен, и его распространение достаточно хорошо контролируется государственными органами.
Не видите ли вы в том, что заявляют британские следователи каких-то неувязок?
Никаких неувязок, которые нельзя было бы объяснить исходя из физических и химических свойств полония, там нет. Наоборот, как только оппоненты начинают выдвигать какие-то возражения, эти возражения совершенно не вяжутся с научными данными.
Спасибо за интервью.
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.
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.
В 1898 г., исследуя урановую смолку из Богемии, содержащую до 75% урана, Кюри-Склодовская заметила, что смолка обладает значительно более высокой радиоактивностью, чем чистые препараты урана, выделенные из той же смолки. Это позволило предположить, что в минерале содержится один или несколько новых элементов высокой радиоактивности. В июле того же года Кюри-Склодовская сделала полный анализ урановой смолки, тщательно контролируя радиоактивность каждого выделенного из нее продукта. Анализ оказался очень сложным, так как в минерале содержалось несколько элементов. Повышенную радиоактивность имели две фракции; одна из них содержала соли висмута, другая - соли бария. Из висмутовой фракции был выделен продукт, активность которого в 400 раз превышала активность урана. Кюри- Склодовская пришла к естественному выводу, что столь высокая активность обусловлена присутствием солей какого-то доселе неизвестного металла. Она назвала его полонием (Polonium) в честь своей родины Пол (лат. Polonia - Польша). Однако несколько лет после этого открытия существование полония считалось спорным. В 1902 г. Марквальд проверил анализ урановой смолки на большом количестве минерала (около 2 тонн). Он выделил висмутовую фракцию, обнаружил в ней "новый" элемент и назвал его радиотеллуром (Radiotellurium), так как, будучи сильно радиоактивным, по другим свойствам металл был похож на теллур. Как определил Марквальд, выделенная им соль радиотеллура в миллион раз активнее урана и в 1000 раз активнее полония. Элемент имеет атомный вес 212 и плотность 9,3. Менделеев в свое время предсказал существование элемента с такими свойствами и по его предполагаемому положению в периодической системе назвал элемент дви-теллуром. Кроме того, выводы Марквальда были подтверждены несколькими исследователями. Однако вскоре Резерфорд установил, что радиотеллур является одним из продуктов радиоактивного распада ряда урана, и назвал элемент Rа-F (Radium-F). Только через несколько лет стало очевидным, что полоний, радиотеллур и радий-F представляют собой один и тот же элемент, обладающий alfa- и gamma - излучением и периодом полураспада около 140 дней. В результате этого было признано, что приоритет открытия нового элемента принадлежит польской ученой, и оставлено название, предложенное ею.
Полоний (лат. Polonium), Po, радиоактивный химический элемент VI группы периодической системы Менделеева, атомный номер 84. Полоний - первый элемент, открытый по радиоактивным свойствам П. Кюри и М. Склодовской-Кюри в 1898 году. Назван в честь Польши (лат. Polonia) - родины М. Склодовской-Кюри. Известно 25 радиоактивных изотопов Полония с массовыми числами от 194 до 218. Наиболее долгоживущим является искусственно полученный α-радиоактивный 209 Ро (период полураспада T ½ = 103 года). В природе встречаются 7 изотопов Полоний с массовыми числами 210-212, 214-216 и 218 как члены радиоактивных рядов урана, актиноурана и тория. Наиболее устойчив из них α-радиоактивный 210 Ро (Т ½ = 138 сут). Миллиграммовые количества 210 Ро можно выделить не только из природных объектов, но и синтезировать искусственно по ядерной реакции нейтронов с висмутом. Практически все сведения о Полонии получены с использованием 210 Ро.
Полоний - редкий элемент; содержание его в земной коре около 2·10 -15 % . В свободном виде Полоний - мягкий серебристо-белый металл; плотность 9,3 г/см 3 , t пл 254 °С, t кип 1162 °С. Конфигурация внешней электронной оболочки атома 6s 2 6p 4 . По химическим свойствам Полоний ближе всего к теллуру. В соединениях (как и Те) проявляет степени окисления -2, +2, +4 и +6. Известны оксиды РоО, РоО 2 и РоО 3 . При действии Zn на солянокислый раствор Полоний образуется летучий гидрид РоН 2 . В растворах Полония существуют ионы РоО 4 2- РоО 3 2- , Ро 4+ и Ро 2+ .
Известен гидрооксид Полония - РоО(ОН) 2 .
В весовых количествах синтезированы легко гидролизующиеся тетрагалогениды Полония и сульфаты различных составов. Методом носителей (используя аналог Полония - теллур) синтезированы полонийорганические соединения, в которых осуществляется связь Ро - углерод [получены, например, дифенил Полония (С 6 Н 5) 2 Ро, дифенилдихлорид Полония (С 6 Н 3) 2 РоCl 2 и т. д.]. Полоний чрезвычайно токсичен и поэтому работы с ним проводят в специальных боксах.
Изотоп 210 Ро применяется в нейтронных источниках. Энергию α-частиц 210 Ро можно преобразовать в электрическую энергию. Электрические "атомные" батарейки с 210 Ро, обладающие длительным сроком службы, применялись, в частности, на спутниках "Космос-84" и "Космос-89".
Полоний-210 (210 Ро) - обычный компонент естественных радиоактивных выпадений. В растения поступает из почвы через корни или из атмосферы в результате отложения на надземных органах. В небольших количествах (10 -4 пкюри/г) 210 Ро находится в морской воде; может накапливаться морскими организмами (у морской водоросли Porphyra umbilicalis коэффициент накопления его ~ 1000). В организм животных и человека 210 Ро поступает с пищей. Примерное содержание 210 Ро в морской рыбе составляет 20-100 пкюри/кг, мясе - 2-3 пкюри/кг, хлебе - 1 пкюри/кг, крупе - 2 пкюри/кг, чае - 500-600 пкюри/кг. В организме животных и человека (удельная концентрация около 4-10 -5 пкюри/г сырой ткани) Полоний относительно равномерно распределяется по отдельным органам. Биологическое действие 210 Ро обусловлено α-излучением. В опытах на животных показана высокая токсичность этого радионуклида в больших концентрациях. Так, концентрации 210 Ро выше 0,0003 мккюри/г живого веса снижали продолжительность жизни белых крыс, изменяли состав периферической крови, вызывали циррозы печени; в отдаленные сроки у животных развивались опухоли почек, толстого кишечника, семенников и ряда других органов. Биологическое действие малых концентраций 210 Ро изучено недостаточно.