[科普中國]-人工“夜明珠”稀土元素钷神奇在哪

钷[pǒ]元素是“萬能之土”稀土元素家族成員之一，被譽(yù)為人工“夜明珠”，钷元素的性質(zhì)使得其在人類生活中大放光彩。

钷的名稱來源

钷元素（Promethium）的名字來源于希臘神話中的英雄——天神普羅米修斯（Prometheus）。在希臘神化傳說中，眾神之王宙斯為了永遠(yuǎn)統(tǒng)治大地，故意不給人類降火。而英雄的天神普羅米修斯看到人類沒有火的生活十分悲慘，便決心違抗宙斯意志，冒著生命危險(xiǎn)到太陽神阿波羅那里盜取火種并將其帶到人家，給人類帶來光明、溫暖和安全。稀土元素钷的名字來源似乎也預(yù)示著稀土元素將給人類帶來光明和創(chuàng)作活力。

圖1 希臘神話中英雄的天神普羅米修斯（來源：知道日?qǐng)?bào)）

稀土家族光明之神是如何誕生的？

1945年美國橡樹嶺國立實(shí)驗(yàn)室的化學(xué)家馬林斯基（J.A.Marinsky）、格倫丁寧（L.E.Glendenin）和克里爾（C. Coryell），從原子反應(yīng)堆用過的鈾燃料中用離子交換法成功分離出一種新的化學(xué)元素，即元素周期表中的61號(hào)元素，隨后以希臘神話中的英雄天神普羅米修斯（Prometheus）的名字將這種元素命名為钷（Promethium）。钷的發(fā)現(xiàn)使當(dāng)時(shí)元素周期表上的空白全部被填滿。“失蹤元素”全部被找到。

圖2 钷在化學(xué)元素周期表中的位置（來源：知道日?qǐng)?bào)）

在哪里可以找到钷的身影？

在核反應(yīng)堆中用中子轟擊釹可以得到钷的同位素。钷的所有同位素半衰期都比較短，所以長期以來，人們普遍認(rèn)為自然界中不存在钷。然而，1964年有報(bào)道稱，芬蘭科學(xué)家從天然磷灰石中分離出82微克的钷；1965年荷蘭的一個(gè)磷酸鹽工廠在處理磷灰石發(fā)現(xiàn)了钷的痕量成分。

圖3 磷灰石（來源：知道日?qǐng)?bào)）

所以人們認(rèn)為作為天然核裂變產(chǎn)物，自然界中也存在極微量的钷，只是這極微量并無提取價(jià)值。

要生產(chǎn)利用钷，必須采取用核反應(yīng)堆人造元素的辦法。

圖4 人造元素的流程(圖片來源:https://m.baidu.com/tc?from=bd_graph_mm_tc&srd=1&dict=20&src=http%3A%2F%2Fwww.05935.com%2Fbaike%2F66439%2F&sec=1558505468&di=459ddb71d4762b61)

钷的主要應(yīng)用領(lǐng)域——放射發(fā)光

放射發(fā)光：是指某些物體在放射性同位素的射線作用下產(chǎn)生長時(shí)間光輻射的現(xiàn)象。放射發(fā)光不產(chǎn)生熱量，也叫“冷光”。比起普通的自發(fā)光元素，放射發(fā)光的優(yōu)勢(shì)在于它不需要維護(hù)保養(yǎng)即可長期提供微弱照明，例如地下指揮部永久性的發(fā)光標(biāo)志等。

選擇放射性同位素有三點(diǎn)要求：適當(dāng)?shù)臏囟?、適當(dāng)?shù)陌胨テ诤头派湫晕：π　?/p>

例如钷-147的半衰期為2.6年，是一種只放射β射線的放射性核素，β射線射程短，對(duì)人體危害小。因此钷-147可用于以下領(lǐng)域：

1、人工“夜明珠”

2、軍事

各種飛機(jī)、軍艦、坦克、車輛的駕駛室、儀表艙、控制臺(tái)的儀表刻度和指針以及炮兵用觀察、測(cè)地、指揮器材的分劃鏡、水準(zhǔn)器等。利用放射發(fā)光粉做涂料，夜間顯示儀表數(shù)據(jù)十分清晰，一目了然。

圖5 飛機(jī)駕駛艙（來源：知道日?qǐng)?bào)）

3、航天

圖6 阿波羅登月艙（來源：知道日?qǐng)?bào)）

美國阿波羅登月艙中曾使用了125個(gè)钷-147原子燈。用钷制成的熒光物可用于航標(biāo)燈。

4、醫(yī)用

除此之外，钷-147可用于制造放射性同位素電池，利用钷發(fā)出射線產(chǎn)生熱量，通過熱電偶將熱能轉(zhuǎn)化為電能。也可以利用放射線作用于熒光物質(zhì)產(chǎn)生的熒光照射在硅光電池上而產(chǎn)生電能，這類特殊的電池只有紐扣大小，能持續(xù)工作5年之久?？捎糜趯?dǎo)彈中儀器核動(dòng)力電池，也可作為心臟起搏器電源。

圖7 心臟起搏器（來源：知道日?qǐng)?bào)）

5、農(nóng)業(yè)

钷-147作為純?chǔ)路派湓词抢硐氲氖聚櫾?。利用其明顯的選擇性蓄積可研究稀土農(nóng)業(yè)應(yīng)用的環(huán)境安全性。钷-147在土壤中具有強(qiáng)的吸附性，而且難以遷移，易于在土壤和底泥中積累，并且在水生生物和陸生食用植物中具有明顯的富集性。钷-147 在動(dòng)物體臟器和組織間也呈現(xiàn)不均勻分布，在骨骼、如在骨髓、眼、大腦、心臟和脂肪中殘留量較高，表現(xiàn)了明顯的選擇性蓄積。因此，可以從稀土環(huán)境積累影響、“環(huán)境優(yōu)先污染”類似性、動(dòng)物臟器組織稀土選擇性蓄積效應(yīng)及其天然放射性等方面，來研究稀土農(nóng)業(yè)應(yīng)用的環(huán)境安全性。研究還發(fā)現(xiàn)，我國北方農(nóng)村用無煙囪地爐做飯、取暖，室內(nèi)環(huán)境常被天然放射性物質(zhì)，尤其是钷-210污染，某些居民頭發(fā)中钷-210的含量竟高出常規(guī)50多倍。

結(jié)語

稀土元素的制備與提取是以犧牲生態(tài)環(huán)境為代價(jià)的血淚史。

浸出、酸沉等工序產(chǎn)生的大量廢水富含氨氮、重金屬等污染物，嚴(yán)重污染飲用水和農(nóng)業(yè)灌溉用水。其次，稀土開采對(duì)環(huán)境和植被破壞性非常大。先砍樹后鋤草，然后剝離表層土壤，所到之處山體植被都會(huì)遭受難以修復(fù)的破壞。再次，稀土采選產(chǎn)生的廢渣占用大量的土地，其中所含的重金屬或有害元素在雨水沖洗作用下進(jìn)入河流或地下水體，嚴(yán)重影響人民的身體健康和生態(tài)環(huán)境。

圖8 稀土原地堆浸廢液池

稀土價(jià)格曾經(jīng)歷過傳奇性的飆漲，在2011年某些稀土元素的價(jià)格竟然增長了30多倍，利益驅(qū)使一些不法分子無視稀土元素的戰(zhàn)略地位和作用，瘋狂地盜采稀土資源。

所以只有我們伸出雙手共同保護(hù)稀土資源，才能讓這小小的螢火之光照亮中國、照亮全世界！