[科普中國]-神奇的放射發(fā)光物質(zhì)-稀土元素钷

钷[pǒ]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

稀土家族光明之神是如何誕生的？
1945年美國橡樹嶺國立實驗室的化學(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

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

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

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要求：適當(dāng)?shù)臏囟?、適當(dāng)?shù)陌胨テ诤头派湫晕：π　?br /> 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、控制臺的儀表刻度和指針以及炮兵用觀察、測地、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

3、航天

圖6 阿波羅登月艙

美國阿波羅登月艙中曾使用了125個钷-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。可用于導(dǎo)彈中儀器核動力電池，也可作為心臟起搏器電源。

圖7 心臟起搏器

5、農(nóng)業(yè)
钷-147作為純β放射源是理想的示蹤元素。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

稀土價格曾經(jīng)歷過傳奇性的飆漲，在2011年某些稀土元素的價格竟然增長了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！