Izotopy wokół nas - polon-210

Polon był pierwszym pierwiastkiem odkrytym przez Marię Skłodowską-Curie w pozostałościach po przerobie rudy uranowej. Maria zauważyła, że aktywność blendy smolistej jest większa, niż wynikałoby to z zawartości uranu. Blenda otrzymana przez nią w laboratorium była mniej aktywna niż naturalna, zaś pozostałości po usunięciu uranu z naturalnej blendy były bardzo silnie radioaktywne, choć nie było już w nich uranu. Nasunęło to przypuszczenie, że w blendzie jest nowy, wysoce radioaktywny pierwiastek. Polon został odkryty 18 lipca 1898, na 5 miesięcy przed wyizolowaniem radu. Nazwa nowego pierwiastka została nadana na cześć Polski, będącej wówczas pod zaborami. Maria chciała w ten sposób wynieść "sprawę polską" na arenę międzynarodową. Był to pierwszy pierwiastek z wątkiem politycznym w nazwie.

Zawartość polonu w rudzie uranowej była bardzo niska, rzędu 0,1 mg na tonę, jednak nawet tak mała ilość powodowała świecenie miseczek w laboratorium uczonej. Świecenie było wywołane wzbudzeniem atomów powietrza przez cząstki alfa. Niebieskawe promienie (po łacinie promień to "radius") dały nazwę drugiemu pierwiastkowi odkrytemu przez Skłodowską - radowi. Polon jest bardzo silnym źródłem cząstek alfa, 1 mg daje ich tyle, co 5 g radu, a jak pamiętamy, 1 g radu to 37 miliardów rozpadów na sekundę. Aktywność polonu jest więc ogromna, ilość 1 g rozgrzewa się samorzutnie do temperatury 500 st. C, generując 140 W mocy.
Polon był stosowany jako wysokowydajne źródło cząstek alfa albo - w połączeniu z berylem - jako generator neutronów. Źródło polonowo-berylowe było zapalnikiem wczesnych bomb jądrowych typu implozyjnego (Gagdet, Fat Man), zapewniającym niezbędny nadmiar neutronów do zainicjowania reakcji łańcuchowej. Źródło takie (kryptonim "Urchin") składało się z 2 kawałków berylu i pastylki polonu, odizolowanych warstwą niklu i złota. Podczas eksplozji konwencjonalnych ładunków, zbliżających do siebie podkrytyczne fragmenty plutonu, zapalnik ulegał zgnieceniu, polon mieszał się z berylem i dostarczał neutronów niezbędnych do rozpoczęcia niekontrolowanej reakcji rozszczepienia. 

Bomba typu Fat Man (źródło)

Z kolei sam polon służył za źródło ciepła w radioizotopowych generatorach termoelektrycznych (RTG) - działały one na zasadzie termopary, której jeden koniec był chłodzony przez otoczenie, a drugi podgrzewany przez ulegający rozpadowi polon. Ten sposób zasilania stosowano w m.in. radzieckich pojazdach księżycowych Łunochod. Pierwszy z nich został utracony na skutek ekspozji rakiety kilka sekund po starcie, a polon z generatora termoelektrycznego został rozsiany wokół miejsca wypadku. Informacje o tym incydencie przez wiele lat pozostawały tajne. Pozostałe dwa Łunochody dotarły na Księżyc i wykonały swoją misję [LINK].

Generatory z polonem stosowano też do zasilania boi nawigacyjnych funkcjonujących z dala od cywilizacji, choć w tych zastosowaniach częściej był używany stront-90.

Małe ilości polonu były źródłami cząstek alfa w spintaryskopach oraz w antystatycznych szczoteczkach np. do płyt winylowych. Oczywiście źródła były przygotowane jako spiek ceramiczny, uniemożliwiający skażenie w razie uszkodzenia. Spintaryskopy, produkowane w Polsce przez Fabrykę Pomocy Naukowych, umożliwiały obserwację błysków światła, będących efektem padania cząstek alfa na specjalny ekran, pokryty scyntylatorem.

Z kolei w szczoteczkach promieniowanie alfa powodowało jonizację powietrza, czyli neutralizowało ładunki statyczne, powodujące elektryzowanie się przedmiotów, w tym przypadku płyt winylowych. Kto ma winyle, ten wie, jak trudno je wyczyścić z kurzu. Szczoteczki z polonem rozwiązywały ten problem:

Krótki czas półrozpadu - 138 dni - powodował konieczność częstej wymiany źródeł w tych przedmiotach. Produktem rozpadu polonu-210 jest stabilny ołów-206, zatem spintaryskopy czy szczoteczki antystatyczne po 1380 dniach (10 okresów półrozpadu) nie stanowią zagrożenia dla zdrowia.

***

Ponieważ otrzymywanie polonu z rud uranu jest nieopłacalne, produkuje się go przez napromieniowanie neutronami bizmutu w reaktorach jądrowych. Obecnie produkcję tą prowadzi się głównie w Rosji. Polon jest silnie radiotoksyczny, śmiertelna dawka jest 250 razy większa niż cyjanowodoru, zatem był używany do celów skrytobójczych. Najbardziej znanym morderstwem z jego użyciem było zabójstwo Aleksandra Litwinienki. Była to kolejna, tym razem udana próba zabicia przebywającego w Wielkiej Brytanii byłego agenta FSB. Polon podano mu w herbacie. Przyczynę zatrucia odkryto dopiero po miesiącu, na krótko przed śmiercią Litwinienki. Agenci przygotowujący zamach doprowadzili do skażenia wielu miejsc (hotel, bar, samolot) i sami przy okazji przyjęli pewną ilość tego pierwiastka. Podejrzewa się również, że polonem otruto Jasera Arafata.
Mniej znanym faktem są amerykańskie eksperymenty na śmiertelnie chorych pacjentach w wieku 30-40 lat, którym podawano polon - czterem dożylnie, pięciu doustnie - i obserwowano jego wydalanie z organizmów. Prowadzono je w ramach Projektu Manhattan na Uniwersytecie w Rochester w latach 1943-1947.

Polon znajduje się też w dymie tytoniowym, o czym wspominałem w osobnej notce. Jako produkt rozpadu radonu opada na liście tytoniu podczas jego uprawy. Jest też selektywnie wyłapywany przez tytoń z gleby, z nawozów fosforowych. podczas palenia tytoniu paruje i w większości przedostaje się do płuc. Jest jednym z najbardziej rakotwórczych spośród 5000 substancji występujących w dymie tytoniowym. 

Radiochemiczna metoda wydzielania polonu z badanych roztworów wykorzystuje zjawisko selektywnego osadzania się polonu na wypolerowanych płytkach miedzianych, które można następnie badań detektorem scyntylacyjnym. Wymaga to rozpuszczenia badanej próbki (np. pyłu na sączku) w mieszaninie kwasu cytrynowego i solnego. Jeśli występują trójdodatnie jony żelaza, należy dodać kwasu askorbinowego. Miedziane blaszki o grubości 0,1 mm należy wypolerować drobnym papierem ściernym i odtłuścić, a następnie umieścić w roztworze. Po osuszeniu mogą być badane detektorem scyntylacyjnym, metoda umożliwia pomiar aktywności samego polonu nawet przy współwystępowaniu innych emiterów alfa.
Do pracy z polonem z uwagi na jego wysoką radiotoksyczność potrzebne są specjalne komory rękawicowe z wyciągiem, zabezpieczającym przed wydostawaniem się skażeń. Polon potrafi przeniknąć przez niektóre gatunki gumy, zatem do prac z polonem potrzebna jest guma specjalna, podobnie jak do pracy z plutonem. Naczynia użyte do pracy z polonem wymagają szybkiego mycia gorącą kąpielą naftowo-kwasową, a następnie mieszaniną chromową i płukania wodą wodociągową, a potem destylowaną.
Jak widać, polon znalazł mniej liczne zastosowania niż rad, głównie z powodu rzadszego występowania w przyrodzie i trudności w otrzymywaniu. Istotny wpływ miała też jego wysoka radiotoksyczność, a także krótki czas rozpadu. Drugi pierwiastek odkryty przez małżonków Curie, rad, miał o wiele szersze zastosowanie, zarówno do wyrobu farb świecących, jak i w terapii nowotworów [LINK]