البولونيوم: خواص العنصر واستخداماته وتاريخه وسلامته

الوصف

البولونيوم عنصر نادر وشديد الإشعاع. تشمل تطبيقاته توليد الطاقة الكهروحرارية وإزالة الكهرباء الساكنة والأبحاث الطبية الحيوية. ومع ذلك، فإن المخاوف المتعلقة بالسلامة تحد من استخدامه.

تاريخ البولونيوم وإنتاجه

كان اكتشاف البولونيوم من قبل عائلة كوريز علامة فارقة مهمة في أبحاث النشاط الإشعاعي والكيمياء النووية. وقد عُزل البولونيوم من خامات اليورانيوم باستخدام طرق كيميائية، وسرعان ما أصبح نشاطه الإشعاعي سمة مميزة. وبمرور الوقت، تعلم العلماء تسخير الخصائص الفريدة للبولونيوم، على الرغم من أن ندرته وطبيعته المشعة خلقت تعقيدات في إنتاجه.

وتتم الطريقة الأساسية لإنتاج البولونيوم عادةً عن طريق التشعيع النيوتروني لأهداف البزموت في مفاعل نووي. ويحول هذا التشعيع النيوتروني البزموت إلى أحد أكثر نظائر البولونيوم شيوعاً: البولونيوم-210. وفي استخلاص البولونيوم وتنقيته، هناك العديد من عمليات الفصل الكيميائي المعقدة والمتقنة بسبب انخفاض وفرة البولونيوم الطبيعية ووجود منتجات ثانوية أخرى. ولذلك، يظل عنصرًا ذا إنتاج محدود للغاية وبتكلفة عالية القيمة لأن عملية إنتاجه معقدة للغاية.

وصف الخواص الكيميائية

البولونيوم هو عنصر فلزي مشع ينتمي إلى مجموعة الكالكوجينات ذات العدد الذري 84. ويتخذ عادةً حالة الأكسدة +2، على الرغم من أنه يمكن أن يتخذ أيضاً حالة الأكسدة +4 إذا سمحت الظروف بذلك. وتسمح حالات الأكسدة هذه للبولونيوم بتكوين مركبات مختلفة مع المعادن واللافلزات، بما في ذلك الكالكوجينات والهاليدات، التي لها أهمية في الكيمياء النووية.

ويؤدي النشاط الإشعاعي إلى التسخين الذاتي للبولونيوم، وهو ما يمكن أن يؤثر على حركية التفاعلات الكيميائية. وتعد خصائص التسخين الذاتي هذه من بين الأسباب العديدة لدراسة البولونيوم في ظروف مختبرية خاضعة لرقابة شديدة. إن مركبات البولونيوم أقل استقراراً مقارنةً بمركبات العناصر الأخف من مجموعة الكالكوجين، وهو ما يزيد من التعقيد في التعامل معه.

الخواص الفيزيائية

للمزيد من المعلومات، يرجى مراجعة Stanford Advanced Materials (SAM).

الخواص الحرارية والكهربائية

تراعي الخواص الحرارية والكهربائية للبولونيوم طبيعته المشعة. وهو باعث فعال للحرارة، وهو ما يجد تطبيقاً في الاستخدامات الكهروحرارية، بما في ذلك البعثات الفضائية. ويُعد انبعاث إشعاع ألفا جزءًا من أهميته الرئيسية في بعض الاستخدامات الصناعية والعلمية المتخصصة. ومع ذلك، ونظراً لنشاطه الإشعاعي، فإنه لا يجد تطبيقات واسعة النطاق داخل الدوائر الكهربائية، لأنه يمكن أن يتداخل مع تشغيل المكونات الأخرى ويخلق أيضاً مخاطر كبيرة تتعلق بالسلامة.

استخدامات البولونيوم

توجد تطبيقات قليلة للبولونيوم على المستوى الصناعي والعلمي والطبي الحيوي، على الرغم من نشاطه الإشعاعي وندرته. فيما يلي عدد من الاستخدامات البارزة:

1- إزالة الكهرباء الساكنة

يُستخدم في الفرش والأجهزة الأخرى لإزالة الشحنة الساكنة من مواد مثل أفلام التصوير الفوتوغرافي وفي مصانع النسيج. وقد كانت جسيمات ألفا المنبعثة من البولونيوم فعالة للغاية في تحييد الشحنات الساكنة، وبالتالي منع تراكم الغبار والجسيمات على المواد الحساسة.

2. الطاقة الكهروحرارية للمعدات الفضائية

يُستخدم نظير البولونيوم، البولونيوم-210، كمصدر للحرارة في المولدات الكهروحرارية الكهربائية، خاصة في الأقمار الصناعية الفضائية. في الفراغ البارد في الفضاء، يوفر الاضمحلال الإشعاعي للبولونيوم إمدادات ثابتة من الطاقة الحرارية، مما يساعد على إبقاء المعدات الكهربائية دافئة وعاملة. وهو مفيد بشكل خاص في بعثات الفضاء السحيق حيث لا تكون الطاقة الشمسية فعالة.

3- الأبحاث الطبية الحيوية

استُخدم Po-210 في بعض الأبحاث الطبية الحيوية بسبب انبعاث ألفا القوي. وفي حين أن استخدامه محدود في البحوث الأساسية بسبب مخاوف تتعلق بالسلامة، فإن الدراسات التي تنطوي على العلاج الإشعاعي والتطبيقات الطبية الأخرى هي بعض المجالات التي استُخدم فيها هذا النظير. وتوفر خواصه المشعة قيمة لبعض العلاجات المستهدفة؛ ومع ذلك، فإن مخاطر التعامل معه تعني أن استخدامه يخضع لرقابة شديدة.

4. البطاريات النووية

تم النظر في استخدام البولونيوم-210 في البطاريات النووية، التي تُستخدم في بعض التطبيقات البعيدة أو الطويلة الأمد، مثل أجهزة تنظيم ضربات القلب أو المركبات الفضائية. ويوفر إشعاع ألفا مصدراً ثابتاً للطاقة على مدى فترة طويلة، على الرغم من أن المخاوف المتعلقة بالسلامة تحد من استخدامه على نطاق واسع.

السلامة والمخاطر

البولونيوم خطير للغاية بسبب ارتفاع مستوى نشاطه الإشعاعي، وخاصة إشعاع ألفا الذي ينبعث منه. لا يمكن لجسيمات ألفا أن تخترق الجلد ولكن يمكن أن تسبب أضرارًا خطيرة إذا تم ابتلاع البولونيوم أو استنشاقه في الجسم. إن التعرض حتى لكميات صغيرة من البولونيوم-210 مميت بالفعل.

يتطلب التعامل مع البولونيوم معدات واحتياطات متخصصة. يجب أن تكون المختبرات التي تتعامل مع البولونيوم مزودة بحاويات محمية، ويجب أن يرتدي العاملون في هذه الإجراءات معدات واقية تمنع التلوث. وعلاوة على ذلك، يجب التخلص من المواد المشعة واحتواؤها وفق بروتوكولات صارمة من أجل عدم تلويث البيئة.

وجاء البرهان المأساوي على المخاطر المرتبطة باستخدام البولونيوم مع تسميم الجاسوس الروسي السابق ألكسندر ليتفينينكو في عام 2006، حيث تم إعطاء البولونيوم 210 كسم. وقد لفت الانتباه العالمي إلى الطبيعة الخطيرة لهذا العنصر والعناية اللازمة في التعامل معه.

الأسئلة المتداولة

1. ما هو البولونيوم وأين تم اكتشافه؟

البولونيوم هو عنصر شديد الإشعاع اكتشفته ماري وبيير كوري في عام 1898. الاسم مشتق من بولندا، البلد الأصلي لماري كوري.

2. كيف يُنتَج البولونيوم؟

يُصنع البولونيوم عن طريق تعريض أهداف البزموت لنيوترونات في مفاعل نووي. يؤدي ذلك إلى تحويل البزموت إلى بولونيوم 210. ثم تنتج تقنيات الفصل الكيميائي المعقدة العنصر.

3. ما التطبيقات الرئيسية للبولونيوم؟

تشمل التطبيقات التي تشمل البولونيوم مزيلات الكهرباء الساكنة، ومصدر للحرارة في التطبيقات الفضائية، والبطاريات النووية، والتطبيقات الطبية الحيوية التي تستفيد من إشعاع ألفا.

4. ما سبب خطورة البولونيوم؟

بسبب نشاطه الإشعاعي العالي، البولونيوم شديد السمية. إشعاع ألفا من البولونيوم مدمر للغاية للأنسجة البيولوجية عند ابتلاعه أو استنشاقه.

5. ما احتياطات السلامة اللازمة عند التعامل مع البولونيوم؟

بما أن البولونيوم عنصر مشع، فيجب التعامل معه بحذر شديد. من الضروري استخدام معدات خاصة ومختبرات محمية وبروتوكولات سلامة صارمة لتجنب التلوث وإلحاق الضرر بالعاملين.