Grænser i Kemi

introduktion

Element #61 blev oprindeligt kaldt “prometheum” på forslag af hustruen til en af dens opdagere til ære for den mytiske helt Prometheus (Promethium, Det Nye Navn for Element 61, 1948), der stjal ild fra Elementeus og overførte det til mennesker (Green .ood og Earnsha., 1997a). Navnet var beregnet til at understrege ikke kun metoden til at opnå et element ved hjælp af nuklear fissionsenergi, men også truslen om straf for krigens ophavsmænd., Ifølge græsk mytologi Straffet Promeus Prometheus ved at kæde ham til en klippe for rutinemæssigt at blive tortureret af en ørn (Cantrill, 2018). I 1950, den Internationale atomenergi-Balance-Kommissionen gav element #61 sit moderne navn “promethium,” mens alle de gamle navne, illinium (Harris et al., 1926), Firen .e, cyclonium og prometheum, blev afvist.Promethium (Pm) er velkendt som det eneste element i lanthanidserien i det periodiske bord uden stabile isotoper (Burke, 2019); det forekommer i jordskorpen i kun små mængder i nogle uranmalme., Det gennemgår radioaktivt henfald af to typer: elektronfangst og negativ beta-emission (Green .ood og Earnsha., 1997b). Alt promethium, som måske engang eksisterede på jorden, da det dannede sig, ville være forsvundet inden for 10.000 år.,

syntetisk Promethium

Promethium, det endelige lanthanid, der skal tilføjes til det periodiske bord, erhvervede sit ubestridelige bevis for eksistens i 1945 (en opdagelse, der først blev offentliggjort i 1947) af amerikanske kemikere Jacob Marinsky, La .rence Glendenin og Charles Coryell (Guillaumont, 2019), der isolerede de radioaktive isotoper 147 pm og 149 pm fra uranfissionsprodukter på Clinton Laboratories (TN, USA). Den termiske neutroninducerede fission på 235U har et kumulativt udbytte på 147Pm (CY) på 2.25% (England og Rider, 1994). Det betyder for hver 100 fissions af 235U, der er 2.,25 atomer af 147Pm produceret. 149PM CY for termisk neutroninduceret fission på 235U er kun 1, 08%. Ionbytningskromatografi blev senere brugt for at overbevisende etablere Pm ‘ s identifikation (McGill, 2000).

nøgle promethiumisotoper er angivet i tabel 1; deres applikationer vil blive beskrevet i hele hoveddelen af den nuværende mini Revie..

til dato er 38 forskellige isotoper af Pm kendt, der spænder i halveringstid fra < 1 µs til 17, 7(4) år (145Pm) (Maj og Thoennessen, 2012; McLennan, 2018). For en detaljeret beskrivelse af promethiumisotoper, der er blevet opdaget til dato, se (May and Thoennessen, 2012).

fissionsprodukter i nukleart brændsel, der normalt var den vigtigste kilde til 147 pm (Broderick et al., 2019)., Indtil 1970 ‘ erne var Oak Ridge National Laboratory rig med 147 pm, der var opnået gennem en traditionel metode i Hanford, .ashington (McLennan, 2018). I dag lagrer Oak Ridge National Laboratory inventory ikke længere promethium, da behandlingen af nukleart brændsel i USA er stoppet, og der er i øjeblikket ingen væsentlige kilder til 147 pm., Ikke desto mindre er der identisk med 155Eu og 171Tm en mulighed for at producere 147 pm ved neutronfangst af 146 til 147, hvilket β-henfalder til 147 PM gennem β− henfald på 147, dets forgænger med en kortere halveringstid på næsten 11 d (Knapp, 2008).

vigtigste fysiske og kemiske egenskaber

i 1974 blev metallisk promethium reduceret fra promethiumo .id med metallisk thorium ved 1.600.C med yderligere destillation af promethium til en kvartskuppel., Ved anvendelse af denne metode blev smeltetemperaturen og faseomdannelsestemperaturen for promethium fastlagt: henholdsvis 1042 5 5 and C og 890 respectively 5.C (Angelini og Adair, 1976). Promethiums kogepunkt er ~3.000.C (McLennan, 2018).

den ioniske radius af promethium er 110 pm (i 8 gange koordination), hvilket meget ligner dets nærliggende elementer, neodym (112 pm) og samarium (108 pm) (McLennan, 2018). Derfor den tætte lighed i ioniske radier og det samme almindelige oxidationstrin (+3) gør det vanskeligt at adskille Pm fra Nd og Sm (Balaram, 2019)., Når der ikke findes stabile isotoper, kan der trækkes fradrag vedrørende kemiske egenskaber fra kendte kemiske surrogater (i tilfælde af promethium, andre sjældne jordarter) (radiologisk forurening af oceanerne: Tilsynshøringer for Underudvalget om energi og miljø i Udvalget om Indre Anliggender og Repræsentanternes Hus, fireoghalvfems Kongres, anden samling om spørgsmål vedrørende 1976)., De vigtigste Pm3+ forbindelser omfatter: Pm(OH)3 (lys brun), Pm2O3 (gul hvid), PmCl3 (gul), Pm(NO3)2 (pink), PmF3, Pm2(C2O4)3·10H2O og Pm2(SO4)3 (Da og Jincheng, 2000; Sharma, 2001). Pm kan også repræsentere en O .idationstilstand på +2. Termodynamiske egenskaber af Pm2 + indikerer, at der på samme måde som NdCl2 og SmCl2 også kan opnås stabil pmf2, PmCl2 og PmI2 (Sharma, 2001).

strømkilder

Promethium-147 bruges i lang levetid atombatterier (Flicker et al.,, 1964), hvor småskala promethiumprøver indsættes i en halvledermatri.for at omdanne deres beta-emission til elektricitet (Matheson, 1975). Den gennemsnitlige beta energi 147Pm er 62 keV(Shao et al ., 2017). Pm-batterier kan bruges i tilfælde, hvor andre typer batterier ville være ekstremt tunge, f.eks. satellitter eller rumprober (vl, 1956). Radioisotopbatterier er normalt enten termoelektriske (indeholdende Pu eller Am) (.iss et al.,, 2017) baseret på den varme, der genereres fra radioaktivt henfald, eller betavoltaisk (alphavoltaisk) baseret på elektron/hulpar generation i en halvleder (såsom 147Pm eller andre isotoper som tritium eller 63Ni) (Gale et al., 1975; Purdy, 1986; Spencer and Chandrashekhar, 2013; Murphy et al., 2019; 201ue et al., 2019). Betavoltaiske batterier sammenlignet med termoelektriske batterier (Matheson, 1975) er kendetegnet ved en mindre størrelse og en mere rimelig pris. Betavoltaics har også karakteristika for lavere effekt eller strøm (end termoelektriske eller endda Li-ion batterier for eksempel) (Gale et al.,, 1975; Chandrashekhar et al., 2006, 2007; Olsen et al., 2012; Murphy et al., 2019). De er nyttige, når der er brug for lav effekt i perioder af år. Desværre overstiger deres serviceperiode ikke i øjeblikket ti år. Nyeste fremskridt inden for betavoltaics teknologi forventes imidlertid at forlænge serviceperioden til femten år. For eksempel opfylder Betacel battery, et betavoltaisk batteri, både korrosions-og kremeringsbrandstandarder og er velegnet til klinisk brug (Spencer og Chandrashekhar, 2012) og i hjertepacemakere (Smith et al., 1975; Purdy, 1986)., Promethium-147 drevne mikrobatterier med en levetid på op til 5 år og en gennemsnitlig effekttæthed på 5 m./cm3 er egnede kandidater til implanterbare pacemakere (Gasper og Fester, 1975; Rosenkran., 1975; Duggirala et al., 2007), hvor nyttig elektrisk strøm omdannes fra isotopisk henfaldsenergi (Wheelheel andright og Fu .ua, 1975; Greatbatch, 1980).

På trods af den enorme anvendelse i betavoltaiske batterier kan promethium også bruges i radioisotop termoelektriske generatorer til at levere elektricitet til rumprober (Choppin et al., 2013)., Endelig har promethium også fundet sin anvendelse som en direkte let afskærmet isotopvarmekilde (Fullam og Van Tuyl, 1969; McNeilly og Roberts, 1969).

bærbare røntgenkilder

selvom promethium-147 har lav gammaemission (Artun, 2017), er det en kilde til bløde β-stråler (Malson et al., 1980). Bestråling af tunge elementer med β-partikler genererer røntgenstråling (Ellis-Davies et al., 1985; Labrec ,ue et al., 1986), derfor skal promethium håndteres strengt i henhold til sikkerhedsforskrifter. Røntgenstråling genereres, når en bestemt beta-emitter, 147Pm (Sumiya et al .,, 1993; Llasat et al., 2017), interagerer med visse d-elementer som kobolt, iridium, rhodium, platin, nikkel, guld og blandinger deraf. Strålekilder består typisk af et substrat med en ikke-radioaktiv metaloverflade, et metallag af en radioaktiv isotop 147Pm og et ikke-radioaktivt metal med et højt atomnummer.

Målinger

Baseret på promethium-147, et almindeligt brugt energi beta kilde, sensorer, som er blevet udviklet, der kan måle film så tynd som 2.54–5.08 µm (Sneller, 1979; Brown og Frakker, 1981). For eksempel Adaptive Technologies Industries, Inc., (ATI) tilbyder en moderne teknik baseret på solid state digital beta gauge, som gør det muligt at opnå realtidsmålinger. I ATI målere, β-partikler dæmpning anvendes til tykkelse eller masse måling af materialer, herunder plast, papir og metal. En strålingskilde og en strålingsdetektor er de to hovedbestanddele i en ATI-måler. En bulkprøve af Pm er placeret over det undersøgte materiale, og en detektor er placeret nedenfor. Detektoren tæller mængden af stråling, der passerer gennem materialet. Hvis metalpladen bliver for tynd, passerer mere stråling igennem., Teknikken anvendes også til måling af frakke og basisvægt (Typpo, 2000; hvordan beta gauge fungerer, 2019).Promethium-147 som strålingskilde bruges også til at bestemme tykkelsen af sur orange og sød lime citrus blade, der er 10-40 mg / cm2 tykke. Interessant nok kan denne β-ray-måleteknik også måle ændringerne i vandindholdet i blade forårsaget af befugtning og tørringscyklusser, der forekommer i jorden (Bielorai, 1968)., Alternativt er isotoperne 14C og 204Tl også blevet brugt til forskellige målinger af bladets massetykkelse (Takechi og Furudoi, 1970; Saini og Rathore, 1983). Den dæmpning af β-stråling fra 147Pm kan bruges i miniature prober til real-time målinger af støv suspension i 0,1–2,0 kg/m3 koncentrationsinterval (Slezak og Buckius, 1983). Desuden anvendes promethium-147 som en ioniseringskilde i elektronfangstdetektorer til analyse af pesticider i vandmiljøer (Lubko .it.og Parker, 1971).,

en anden anvendelse af promethium som en ren elektronfangstdetektor er måling af den gennemsnitlige indeslutningstid for kosmiske stråler inden deres flugt fra galaksen (dvs.deres levetid), hvilket er en vigtig parameter ved evaluering af kilder og udbredelse af kosmiske stråler i galaksen. Det måles ved at sammenligne de kosmiske stråleforekomster af flere TC-og Pm-isotoper med dem fra nærliggende, stabile isotoper., De radioaktive isotoper, som er mest nyttige (143Pm og 144Pm) i “kosmiske ure”, er dem med henfaldstider, der kan sammenlignes med indeslutningstiden (Drach and Salamon, 1987).

lasere

Pm anvendes i lasere, der bruges til at kommunikere med nedsænkede ubåde (satellit-til-ubåd laser kommunikationssystemer eller blot SLC). Fluorescensspektret på Pm3+ domineres af overgangene ved nominelt 933 og 1098 nm (Krupke et al., 1987), henholdsvis. Ved stuetemperatur er disse manifolds termisk ubesatte, et faktum, der muliggør laservirkning på fire niveauer ved T 295 295 K., Den høje effektivitet af Pm lasere og drift ved 919 nm gør Pm3 + ion egnet til brug i fuldt solid state SLC lasersendere(Shinn et al ., 1988). Faststof-promethiumlasere er rapporteret at blive pumpet af 2 – d diodearrays, der opererer ved 770 nm (McShea et al., 1988).

belysning

Selvlysende lyskilder til LCD-ure, der inkluderer et promethiumholdigt fluorescerende lag, er blandt de mest udbredte (Takami, 1980)., Promethium, der normalt findes i den o .iderede form, er ikke skadeligt for fosforgitteret, og materialets lysstyrke falder relativt langsomt (Takami og Matsu .a .a, 1981). Desuden er malinger baseret på promethiumisotoper, der har en halveringstid omkring mere end 2 år, sikrere end radiumalternativer. Promethium-147 anvendes i vid udstrækning ikke kun som natbelysningsenheder, men også som selvbærende lyskilder ved at aktivere phosphinksulfidphosphor med β-stråling på 147 pm (Ravi et al., 2001). En anden anvendelse af Pm er i fosfor til at fremhæve forskellige mærker uden energiforbrug., Efter opdagelsen af radioaktivitet handlede radium i denne kapacitet, indtil dets skade blev afsløret. Promethiumforbindelser viste sig imidlertid at være ufarlige radioaktive fosfor (Rafi og Rosli, 2018). Derfor fandt promethium sin plads i fluorescerende maling. Promethiumforbindelserne, der bruges til at gøre den karakteristiske” medium spring green ” (Lyseblå-Grøn) (Emsley, 2011) glød er normalt Pm2O3 eller Pm(OH)3 (Takami og Matsu .a .a, 1981; Ravi et al., 2001; Rafi og Rosli, 2018)., For eksempel blev promethium brugt til at belyse instrumenter i Apollo-landingsmodulerne under Moon e .peditions (engelsk et al., 1973).

Healthcare

forseglet 147Pm repræsenterer ikke fare på grund af at være let afskærmet (Drumheller, 1968); modsat bliver ukorrekt opbevaret promethium en miljøfare.

effekten af promethiumindtagelse er blevet grundigt undersøgt på dyr, herunder rotter, kaniner, svin og hunde., Når det absorberes af rotter, bevares promethium overvejende i knoglerne såvel som i spidserne af villi i den distale tyndtarme i mave-tarmkanalen, hvor halvdelen af dosen forbliver en uge efter sondering (Sullivan et al., 1984). Nyere eksperimenter på rotters hud illustrerede måderne af radionuklider penetration (Kassai et al., 2003). For at identificere penetrationen af Pm3 + ioner i cellemembranen såvel som den ekstracellulære og cellulære fordeling af promethium blev der udført en undersøgelse på den glatte muskel i kaninaorta., I løbet af undersøgelsen blev det konstateret, at betydelige mængder promethium ikke akkumuleres indeni og ikke udskilles fra cellerne, men dets fordeling beskrives korrekt ved desorption fra fibre, der er tilgængelige fra overfladen (1996eiss, 1996). Når svinehud udsættes for overfladedoser af promethium (op til 10 krads), påvirker β-partikler ikke arten af dosisafhængigheden af parametrene for de epidermale basale celler (.avialov et al., 1977)., Når det absorberes af svin, har det vist sig, at det meste af promethium bevares i knoglerne på samme måde som de resultater, der er observeret i tilfælde af rotter (Sullivan et al., 1984). Fem og en halv måned efter, at beagles blev udsat for pm2o3-aerosoler, blev promethium fundet i hundens organer hovedsageligt i lungerne (44%) såvel som i skeletet (24%) og i leveren (22%) (Stuart, 1966).

overraskende er der siden begyndelsen af 80 ‘ erne blevet opdaget lidt med hensyn til effekten promethium har på menneskelige organer; imidlertid er knoglevæv mulige kandidater (metaboliske data for promethium, 1981)., Promethium-147 kan identificeres og analyseres i urin og fæces ved hjælp af en simpel samfældningsteknik, der hovedsageligt gælder ekskrementer fra tidligere ansatte i promethiumforarbejdningsanlæg (Berk og Moghissi, 1985). I tilfælde af indånding af promethiumholdige lysende maling sætter det meste sig i lungerne, praktisk talt ikke udskilles. Få dage efter indånding på grund af fagocytose observeres aktiviteten som “hotspots” i makrofager i bronchial epitel og alveolære vægge, for det meste ved periferien af lungeloberne (Kraus, 1976)., Ved indtagelse passerer promethium-147 gennem fordøjelseskanalen uden at blive absorberet i væggene i den nedre tyktarm; strålingsdoser kan måles ved at undersøge menneskelig afføring (Vennart, 1967).

i medicin kan promethium beta-terapi helbrede lumbosacral radiculitis (Purdy, 1986). På et gen Genevave-hospital blev 142 pm brugt i en in vivo-generator til præklinisk positronemissionstomografi (Beyer og Ruth, 2003). Promethium-149 er på sin side som en medium-energi beta emitter et passende radilolanthanid til receptor-målrettet strålebehandling (Studer et al., 2019)., En stor fordel ved 149Pm, er den lave intensitet udledning af billedområde γ-stråler (286 keV), der giver in vivo-tracking af den terapeutiske dosis (Hu et al., 2002).

desuden kan promethium forhindre hårtab, fremme hårgenvækst og dannelse af sort hår samt fjerne eller endda forhindre skæl (Kim og Choi, 2014).

konklusioner, udsigter og det ydre rum

Her har vi sammenfattet historie, synteseteknikker og de vigtigste anvendelser af promethium., Selvom den højeste interesse for Pm var i 1980′ erne, har den for nylig fået fornyet opmærksomhed: for eksempel er promethium fremhævet blandt strategiske materialer i 2013-modelåret Ford Fiesta, Focus, Fusion og F-150 (Field et al., 2017).

den fremtidige forskning på Pm forventes at bringe os ind i det ydre rum. Promethium bruges som en prototype strålingskilde i forsøg på at simulere rumforhold på jorden (Hell .eg et al., 2007). Da kosmisk stråling er identificeret som den mest farlige for sundheden for besætning, der deltager i langsigtede interplanetære missioner (f. eks.,, Mars), 147 pm stråling anvendes i biologiske eksperimenter med det formål at bestemme det tilladte bestrålingsdosisområde for human embryonal nyre (HEK) celler overlevelse (Hell .eg et al., 2008).

i 2004 blev den mulige identifikation af Pm i spektrene af HD 965 og HD 101065 rapporteret (Co .ley et al., 2004). Anerkendelse var baseret på statistiske og traditionelle line-identifikation metoder (Fivet et al., 2007). Promethium findes også lejlighedsvis så få atomer fra uranfald påvist i HR 465-stjernespektret af Andromeda., Stjernen fremstiller åbenbart Pm på overfladen under hensyntagen til, at der ikke kan eksistere nogen pm-isotop med en halveringstid længere end 145Pm. Således er Pm ‘ s undvigende oprindelse i det ydre rum endnu ikke forklaret (Emsley, 2011).

Forfatterbidrag

VE var ansvarlig for litteratursøgning og analyse og indledende udkast til forberedelse. MK var ansvarlig for at formulere mini Revie. – målene og færdiggøre det oprindelige udkast. Begge forfattere bidrog til artiklen og godkendte den indsendte version.,

interessekonflikt

forfatterne erklærer, at forskningen blev udført i mangel af kommercielle eller økonomiske forhold, der kunne fortolkes som en potentiel interessekonflikt.

anerkendelser

forfatterne anerkender Diana Savchenko for oprettelsen af et strålende Grafisk abstrakt. Inspirationen til titlen blev hentet fra Alfred Tennysons Ulysses digt (Tennyson, 1842).