Hranic, v Chemii

Grafické Abstraktní. Hrdina naší mini recenze, spaceman Prometheus, s různými doplňky představujícími všestrannost prvku promethium.,

Tabulka 1. Klíčové izotopy promethia.,

K dnešnímu dni, 38 rozdílných izotopů Pm jsou známé, v rozsahu v half-life od <1 µs do 17.7(4) let (145Pm) (Květen a Thoennessen, 2012; McLennan, 2018). Podrobný popis izotopů promethia, které byly dosud objeveny, viz (květen a Thoennessen, 2012).

štěpné produkty v jaderném palivu, které se běžně používají jako hlavní zdroj 147Pm (Broderick et al., 2019)., Až do sedmdesátých let byla Národní laboratoř Oak Ridge bohatá na 147Pm, která byla získána tradiční metodou v Hanfordu ve Washingtonu (McLennan, 2018). Inventář národní laboratoře Oak Ridge dnes již neskladuje promethium, protože zpracování jaderného paliva v USA bylo zastaveno a v současné době neexistují žádné významné zdroje 147pm., Nicméně, stejně 155Eu a 171Tm, tam je příležitost k výrobě 147Pm tím, že neutron capture 146Nd na 147Nd, které β-rozpadů na 147Pm, přes β− rozpadu 147Nd, jeho předchůdce s kratší poločas téměř 11 d (Knapp, 2008).

Hlavní Fyzikální a Chemické Vlastnosti

V roce 1974, kovové promethium byla snížena z promethium oxidu s kovové thorium na 1600°C, s další destilaci promethium do křemen dome., Při použití této metody byla stanovena teplota tání a teplota fázové transformace promethia: 1042 ± 5°C a 890 ± 5°C (Angelini a Adair, 1976). Bod varu promethia je ~3 000°C (McLennan, 2018).

iontový poloměr promethium je 110 hodin (8-násobně koordinace), který je velmi podobný své sousední prvky, neodym (112 hodin) a samarium (108 hodin) (McLennan, 2018). Proto blízká podobnost iontových poloměrů a stejného společného oxidačního stavu (+3) ztěžují oddělení Pm od Nd a Sm (Balaram, 2019)., Když žádné stabilní izotopy existují, odpočty týkající se chemické vlastnosti lze vyvodit ze známých chemických náhradníci (v případě promethium, ostatní prvky vzácných zemin) (Radiologické Kontaminace Oceánů: Dohled Slyšení Před Podvýborem pro Energetiku a životní Prostředí Výbor pro Vnitřní a Ostrovní Záležitosti a Sněmovny Reprezentantů, Devadesát-čtvrtý Kongres, Druhé Zasedání o Záležitostech, 1976)., Hlavní Pm3+ sloučeniny patří: Pm(OH)3 (světle hnědá), Pm2O3 (žlutá a bílá), PmCl3 (žlutá), Pm(NO3)2 (růžová), PmF3, Pm2(C2O4)3·10H2O a Pm2(SO4)3 (Da a Jincheng, 2000; Sharma, 2001). Pm může také představovat oxidační stav +2. Termodynamické vlastnosti Pm2+ naznačují, že, podobně jako NdCl2 a SmCl2, stabilní PmF2, PmCl2 a PmI2 mohou být také získány (Sharma, 2001).

zdroje energie

Promethium-147 se používá v atomových bateriích s dlouhou životností (Flicker et al.,, 1964), ve kterém jsou malé vzorky promethia vloženy do polovodičové matrice pro přeměnu jejich beta emise na elektřinu (Matheson, 1975). Průměrná beta energie 147pm je 62 keV (Shao et al., 2017). Baterie Pm lze použít v případech, kdy by jiné druhy baterií byly extrémně těžké, například satelity nebo kosmické sondy (Vl, 1956). Radioizotopové baterie jsou obvykle buď termoelektrické (obsahující Pu nebo Am) (Wiss et al.,, 2017) na základě teplo z radioaktivního rozpadu, nebo betavoltaic (alphavoltaic) na základě elektron/díra dvojice generace v polovodiči (např. 147Pm nebo jiných izotopů, jako je tricium nebo 63Ni) (Gale et al., 1975; Purdy, 1986; Spencer a Chandrashekhar, 2013; Murphy et al., 2019; Xue et al., 2019). Betavoltaické baterie jsou ve srovnání s termoelektrickými bateriemi (Matheson, 1975) charakterizovány menší velikostí a rozumnější cenou. Betavoltaics mají také charakteristiku nižšího výkonu nebo proudu (než například termoelektrické nebo dokonce Li-iontové baterie) (Gale et al.,, 1975; Chandrashekhar et al., 2006, 2007; Olsen et al., 2012; Murphy et al., 2019). Jsou užitečné, když je potřeba nízký výkon po dobu let. Bohužel jejich doba služby v současné době nepřesahuje deset let. Očekává se však, že nejnovější pokroky v technologii betavoltaics prodlouží servisní období na patnáct let. Například betacel®, baterie betavoltaic, splňuje standardy koroze i kremace a je vhodný pro klinické použití (Spencer a Chandrashekhar, 2012) a kardiostimulátory (Smith et al., 1975; Purdy, 1986)., Promethium-147 powered microbatteries s životností až 5 let a průměrná hustota výkonu 5 mW/cm3 jsou vhodné kandidáty pro implantabilní kardiostimulátory (Gasper a Hnisat, 1975; Rosenkranz, 1975; Duggirala et al., 2007), kde se užitečná elektrická energie převádí z izotopové energie rozpadu (Wheelwright a Fuqua, 1975; Greatbatch, 1980).

i Přes své rozsáhlé aplikace v betavoltaic baterie, promethium může být také použit v radioizotopové termoelektrické generátory, které poskytují elektrické energie pro kosmické sondy (Sekání et al., 2013)., Konečně, promethium také našel jeho použití jako přímý lehce stíněné izotopové zdroje tepla (Fullam a Van Tuyl, 1969; McNeilly a Roberts, 1969).

přenosné rentgenové zdroje

přestože promethium-147 má nízké emise gama (Artun, 2017), je zdrojem měkkých β-paprsků (Malson et al., 1980). Ozařování těžkých prvků β-částicemi vytváří rentgenové záření (Ellis-Davies et al., 1985; Labrecque et al., 1986), proto musí být promethium řešeno striktně podle bezpečnostních předpisů. Rentgenové záření je generováno, když konkrétní beta emitor, 147pm (Sumiya et al.,, 1993; Llasat et al., 2017), interaguje s některými d-prvky, jako je kobalt, iridium, rhodium, platina, nikl, zlato a jejich směsi. Zdroje záření se obvykle skládají z substrát s non-radioaktivní kovový povrch, kovová vrstva radioaktivního izotopu 147Pm, a non-radioaktivní kov s vysokým atomovým číslem.

Měření

na Základě promethium-147, běžně používané energie beta, zdroje, senzory byly vyvinuty, které mohou měřit filmů tenké jako 2.54–5.08 µm (Sneller, 1979; Brown a Kabáty, 1981). Například Adaptive Technologies Industries, Inc., (ATI) nabízí moderní techniku založenou na polovodičovém digitálním beta měřidle, která umožňuje dosáhnout měření v reálném čase. V měřidlech ATI se útlum β-částic používá pro měření tloušťky nebo hmotnosti materiálů včetně plastů, papíru a kovu. Zdrojem záření a detektorem záření jsou dvě hlavní složky ATI měřidla. Objemový vzorek Pm je umístěn nad zkoumaným materiálem a detektor je umístěn níže. Detektor počítá množství záření, které prochází materiálem. Pokud je plech příliš tenký, prochází více záření., Tato technika je také použita pro měření hmotnosti srsti a základů (Typpo, 2000; jak funguje beta gauge, 2019).

Promethium – 147 jako zdroj záření se také používá k určení tloušťky kyselých oranžových a sladkých limetkových citrusových listů o tloušťce 10-40 mg/cm2. Je zajímavé, že tato metoda β-ray měření může také měřit změny obsahu vody v listech způsobené cykly smáčení a sušení, které se vyskytují v půdě (Bielorai, 1968)., Alternativně byly izotopy 14C a 204tl použity také pro různá měření tloušťky listů (Takechi a Furudoi, 1970; Saini a Rathore, 1983). Útlum β-záření z 147Pm mohou být použity v miniaturních sond pro real-time měření prachových suspenze v 0.1–2.0 kg/m3 rozmezí koncentrací (Slezak a Buckius, 1983). Kromě toho se promethium-147 používá jako zdroj ionizace v detektorech elektronového zachycení pro analýzu pesticidů ve vodním prostředí (Lubkowitz a Parker, 1971).,

Další aplikace promethium jako čistě elektronového záchytu detektoru je měření střední porodu době kosmických paprsků před jejich útěk z Galaxy (tj., jejich životnost), což je důležitý parametr při hodnocení zdrojů a šíření kosmického záření v Galaxii. Měří se porovnáním množství kosmického záření několika izotopů Tc a Pm s izotopy sousedních, stabilní izotopy., Radioaktivní izotopy, které jsou nejužitečnější (143pm a 144pm) v „kosmických hodinách“, jsou ty s dobou rozpadu srovnatelnou s časem uvěznění (Drach a Salamon, 1987).

lasery

Pm se používají v laserech, které se používají ke komunikaci s ponořenými ponorkami (satellite-to-submarine laser communication systems nebo jednoduše SLC). Fluorescenční spektrum Pm3+ je ovládáno přechody na nominálně 933 a 1098 nm (Krupke et al., 1987), resp. Při pokojové teplotě jsou tyto rozdělovače tepelně neobsazeny, což je skutečnost, která umožňuje čtyřstupňový laserový účinek při t ≈ 295 k., Díky vysoké účinnosti Pm laserů a provozu při 919 nm je PM3 + ion vhodný pro použití v plně polovodičových laserových vysílačích SLC (Shinn et al., 1988). Polovodičové promethiové lasery byly údajně čerpány 2D diodovými poli pracujícími při 770 nm (McShea et al., 1988).

osvětlení

vlastní světelné zdroje světla pro LCD hodinky, které obsahují fluorescenční vrstvu obsahující promethium, patří mezi nejrozšířenější (Takami, 1980)., Promethium, jsou obvykle nalezené v oxidované formě, není škodlivé pro fosfor mříž a materiál je světelnost klesá relativně pomalu (Takami a Matsuzawa, 1981). Kromě toho jsou barvy na bázi izotopů promethia, které mají poločas rozpadu asi více než 2 roky, bezpečnější než radiální alternativy. Promethium-147 je široce používán nejen jako noční osvětlení zařízení, ale také jako soběstačné světelných zdrojů aktivací zinku sulfid fosforu s β-záření 147Pm (Ravi et al., 2001). Další použití Pm je ve fosforech pro zvýraznění různých štítků bez spotřeby energie., Po objevení radioaktivity působil radium v této funkci, dokud nebylo odhaleno jeho poškození. Sloučeniny promethia se však ukázaly jako neškodné radioaktivní fosfory (Rafi A Rosli, 2018). Proto promethium našlo své místo ve fluorescenčních barvách. Na promethium sloučeniny používají k výrobě charakteristické „střední jarní zelená“ (bledě modrá-zelená) (Emsley, 2011) záře jsou obvykle Pm2O3 nebo Pm(OH)3 (Takami a Matsuzawa, 1981; Ravi et al., 2001; Rafi A Rosli, 2018)., Například promethium bylo použito k osvětlení nástrojů v přistávacích modulech Apollo během měsíčních expedic (anglicky et al., 1973).

Zdravotnictví

Zapečetěné 147Pm nepředstavuje nebezpečí kvůli tomu, že jednoduše stíněný (Drumheller, 1968); a naopak, nesprávně uloženo promethium se stává nebezpečí pro životní prostředí.

účinek příjmu promethia byl značně studován na zvířatech, včetně potkanů, králíků, prasat a psů., Když absorbovány krysy, promethium je převážně zachována v kosti, stejně jako ve špičkách klků distálního tenkého střeva, gastrointestinálního traktu, s polovinou dávky zbývající týden po sondování (Sullivan et al., 1984). Novější experimenty na kůži potkanů ilustrovaly způsoby pronikání radionuklidů (Kassai et al., 2003). Pro identifikaci průniku iontů Pm3+ do buněčné membrány, stejně jako extracelulární a buněčné distribuce promethia, byla provedena studie hladkého svalu králičí aorty., V průběhu studie bylo zjištěno, že značné množství promethium nehromadí uvnitř a nejsou vylučovány z buňky, ale jeho distribuce je řádně popsán desorpce z vlákna přístupný z povrchu (Weiss, 1996). Když je prasečí kůže vystavena povrchovým dávkám promethia (až 10 kod), β-částice neovlivňují povahu závislosti na dávce parametrů epidermálních bazálních buněk (Zavialov et al., 1977)., Při absorpci prasaty bylo prokázáno, že většina promethia je zachována v kostech podobně jako výsledky pozorované u potkanů (Sullivan et al., 1984). Pět a půl měsíce po beagles byly vystaveny Pm2O3 aerosoly, promethium byl nalezen v orgánech psi a to především v plicích (44%), stejně jako v kostře (24%) a v játrech (22%) (Stuart, 1966).

překvapivě bylo Od počátku 80. let objeveno málo, pokud jde o účinek promethia na lidské orgány; kostní tkáně jsou však možnými kandidáty (metabolická data pro promethium, 1981)., Promethium – 147 lze identifikovat a analyzovat v moči a stolici pomocí jednoduché techniky srážení, která se vztahuje hlavně na exkrementy bývalých zaměstnanců závodů na zpracování promethia (Berk a Moghissi, 1985). V případě inhalace světelných barev obsahujících promethium se většina z nich usadí v plicích, prakticky se nevylučuje. Několik dní po inhalaci v důsledku fagocytózy je aktivita pozorována jako“ hotspoty “ u makrofágů v bronchiálním epitelu a alveolárních stěnách, většinou na okraji plicních laloků (Kraus, 1976)., Při požití promethium – 147 prochází zažívacím traktem, aniž by byl absorbován do stěn dolního tlustého střeva; radiační dávky lze měřit vyšetřením lidských výkalů (Vennart, 1967).

v medicíně může terapie promethium beta léčit lumbosakrální radikulitidu (Purdy, 1986). V Ženevské nemocnici byl 142pm použit v generátoru in vivo pro předklinickou pozitronovou emisní tomografii (Beyer and Ruth, 2003). Promethium-149 je zase jako středně energetický beta emitor vhodným radilolanthanidem pro radioterapii zaměřenou na receptory (Studer et al., 2019)., Velkou výhodou 149Pm je jeho nízká intenzita emise imageable γ-záření (286 keV), což poskytuje in vivo sledování terapeutické dávky (Hu et al., 2002).

kromě toho může promethium zabránit vypadávání vlasů, podporovat opětovný růst vlasů a tvorbu černých vlasů a také odstranit nebo dokonce zabránit lupům (Kim a Choi, 2014).

závěry, výhled a vesmír

zde jsme shrnuli historii, techniky syntézy a hlavní aplikace promethia., I když vrchol zájmu v Pm byla v roce 1980, to se v poslední době dostává novou pozornost: například, promethium je uváděn mezi strategické materiály v roce 2013 modelový rok Ford Fiesta, Focus, Fusion a F-150 (Field et al., 2017).očekává se, že budoucí výzkum Pm nás přivede do vesmíru. Promethium se používá jako prototypový zdroj záření při pokusech o simulaci kosmických podmínek na Zemi (Hellweg et al., 2007). Vzhledem k tomu, že kosmické záření je identifikováno jako nejnebezpečnější pro zdraví posádky účastnící se dlouhodobých meziplanetárních misí (např.,, Mars), 147pm záření se používá v biologických experimentech zaměřených na stanovení povoleného rozsahu ozařovacích dávek lidských embryonálních ledvin (HEK) buněk přežití (Hellweg et al., 2008).

v roce 2004 byla hlášena možná identifikace Pm ve spektrech HD 965 a HD 101065 (Cowley et al., 2004). Rozpoznávání bylo založeno na statistických a tradičních metodách line-identifikace (Fivet et al., 2007). Promethium se také občas vyskytuje jako málo atomů z rozpadu uranu detekovaného ve hvězdném spektru HR 465 Andromedy., Hvězda zjevně vyrábí Pm na svém povrchu, s přihlédnutím k tomu, že žádný izotop Pm s poločasem delší než 145pm nemůže existovat. Nepolapitelný původ Pm ve vesmíru je tedy ještě třeba vysvětlit (Emsley, 2011).

autorské příspěvky

VE byly zodpovědné za vyhledávání a analýzu literatury a počáteční přípravu návrhu. MK byl zodpovědný za formulování cílů mini review a dokončení počátečního návrhu. Oba autoři přispěli k článku a schválili předloženou verzi.,

střet zájmů

autoři prohlašují, že výzkum byl proveden bez jakýchkoli obchodních nebo finančních vztahů, které by mohly být chápány jako potenciální střet zájmů.

autoři uznávají Dianu Savchenkovou za vytvoření brilantního grafického abstraktu. Inspirace pro titul byla čerpána z Ulyssesovy básně Alfreda Tennysona (Tennyson, 1842).

Vl (1956). Atomové baterie. Sova. J.At. Energie 1, 121-123. doi: 10.1007 / BF01516325

CrossRef Full Text / Google Scholar