ポロニウム元素の性質、用途、歴史、安全性

解説

ポロニウムは希少な高放射性元素である。用途としては、熱電発電、静電気の除去、生物医学研究などがある。しかし、安全性への懸念から、その使用は制限されている。

歴史と生産

キュリー夫妻によるポロニウムの発見は、放射能と核化学の研究における重要なマイルストーンであった。化学的方法でウラン鉱石から単離され、その放射能はすぐに決定的な特徴となった。時が経つにつれ、科学者たちはポロニウムのユニークな性質を利用することを学んできたが、その希少性と放射性という性質が、その製造に複雑さを生み出してきた。

ポロニウムを製造する主な方法は、原子炉内でビスマス標的に中性子を照射することである。このような中性子照射は、ビスマスをポロニウムの最も一般的な同位体の一つであるポロニウム210に変化させる。ポロニウムの抽出と精製には、天然に存在する量が少なく、他の副生成物が存在するため、複雑で精巧な化学分離が多く行われる。そのため、ポロニウムは生産量が非常に限られた元素であり、生産工程が非常に複雑であるため、非常に高価な元素である。

化学的性質

ポロニウムは、原子番号84のカルコゲン族に属する放射性金属元素である。一般的に+2の酸化状態をとりますが、条件が許せば+4の酸化状態をとることもあります。これらの酸化状態により、ポロニウムはカルコゲナイドやハロゲン化物など、金属や非金属と様々な化合物を形成することができ、核化学の分野では注目されている。

放射能はポロニウムの自己発熱を引き起こし、化学反応の速度論に影響を与える。このような自己発熱特性は、ポロニウムが高度に制御された実験室条件下で研究されている多くの理由の一つである。ポロニウムの化合物は、カルコゲン族の軽い元素の化合物に比べて安定性が低く、そのことがポロニウムの取り扱いをさらに複雑にしている。

物理的性質

詳細はスタンフォード・アドバンスト・マテリアルズ（SAM）をご覧ください。.

熱的・電気的特性

ポロニウムの熱的および電気的特性は、その放射性という性質を考慮しています。ポロニウムは効果的な熱放射体であり、宇宙ミッションなどの熱電材料として利用されています。アルファ線の放出は、いくつかの特殊な工業的・科学的用途において重要な役割を果たします。しかし、その放射能ゆえに、電気回路内では、他の部品の動作に支障をきたす可能性があり、また安全上の重大なリスクもあるため、広範な用途には使われていない。

ポロニウムの用途

その放射能と希少性にもかかわらず、ポロニウムの工業的、科学的、生物医学的用途はほとんど存在しない。以下に注目すべき用途をいくつか挙げる：

1.静電気除去

ポロニウムは、写真フィルムのような素材や繊維工場から静電気を除去するためのブラシやその他の装置に応用されている。ポロニウムから放出されるアルファ粒子は、静電気を中和するのに非常に効果的であるため、敏感な素材にほこりや粒子が蓄積するのを防ぐことができる。

2.宇宙機器の熱電発電

ポロニウムの同位体であるポロニウム210は、熱電発電機、特に宇宙衛星の熱源として役立っている。宇宙空間の冷たい真空の中で、ポロニウムの放射性崩壊は安定した熱エネルギーを供給し、電気機器を暖かく機能的に保つのに役立つ。太陽光発電が有効でない深宇宙ミッションでは特に有用である。

3.生物医学研究

Po-210はその強力なアルファ線放出により、一部の生物医学研究に使用されてきた。安全性への懸念から基礎研究での使用は制限されているが、放射線治療やその他の医療応用を含む研究は、このアイソトープが利用されているいくつかの分野である。その放射性特性は、特定の標的治療に価値をもたらすが、取り扱いの危険性から、その使用は高度に管理されている。

4.原子力電池

ポロニウム210は、ペースメーカーや宇宙船など、遠隔地や長時間使用される原子力電池への使用が検討されている。ポロニウム210のアルファ線は、長期間にわたって安定したエネルギー源となるが、安全性への懸念から、その使用が広く行われるには限界がある。

安全性とリスク

ポロニウムは高レベルの放射能、特にアルファ線を放出するため、非常に危険である。アルファ粒子は皮膚を通り抜けることはできないが、ポロニウムを飲み込んだり、吸入して体内に取り込んだりすると深刻な障害を引き起こす可能性がある。少量のポロニウム210でも、実際に致死量に達する。

ポロニウムの取り扱いには、特殊な設備と予防措置が必要である。ポロニウムを扱う実験室には遮蔽された囲いが必要であり、そのような処置に携わる職員は汚染を防ぐ防護服を着用しなければならない。さらに、放射性物質は環境を汚染しないよう、厳格な手順で処分され、封じ込められなければならない。

ポロニウムの使用に伴う危険性を悲劇的に示したのは、2006年にロシアの元スパイ、アレクサンドル・リトビネンコが毒物としてポロニウム210を投与された毒殺事件である。ポロニウム210が毒物として投与されたのである。この事件は、ポロニウム210の危険な性質と、その取り扱いには細心の注意が必要であることを世界的に知らしめた。

よくある質問

1.ポロニウムとは何ですか？

ポロニウムは、1898年にマリー・キュリーとピエール・キュリーによって発見された強烈な放射性元素です。名前はマリー・キュリーの母国であるポーランドに由来しています。

2.ポロニウムはどのようにして作られるのですか？

ポロニウムは、原子炉の中でビスマス標的に中性子を当てることによって作られる。これによりビスマスがポロニウム210に変換される。その後、複雑な化学的分離技術によってポロニウムが生成される。

3.ポロニウムの主な用途は？

ポロニウムの用途には、静電気除去装置、宇宙用熱源、原子力電池、アルファ線を利用した生物医学的用途などがある。

4.ポロニウムはなぜ危険なのか？

ポロニウムは高い放射能を持つため、非常に有毒である。ポロニウムからのアルファ線は、摂取したり吸入したりすると生体組織を非常に破壊する。

5.ポロニウムを取り扱う際には、どのような安全上の注意が必要ですか？

ポロニウムは放射性元素であるため、取り扱いには細心の注意が必要です。汚染や作業者への危害を避けるためには、特別な装置、遮蔽された実験室、厳格な安全プロトコルが必要である。