határok a kémiában

grafikus absztrakt. A hős a mini felülvizsgálat, űrhajós Prometheus, különböző kiegészítők képviselő sokoldalúságát prometium az elem.,

Bevezetés

a #61 elemet eredetileg “prometeum” – nak hívták, egyik felfedezőjének felesége javaslatára, a mitikus hős Prometheus (Prometium, a 61.elem új neve, 1948) tiszteletére, aki ellopta a tüzet Zeuszból, és átadta az embereknek (Greenwood és Earnshaw, 1997a). A névnek nemcsak a nukleáris hasadási energiát használó elem megszerzésének módját kellett hangsúlyoznia, hanem a háborús felbujtók büntetésének veszélyét is., A görög mitológia szerint Zeusz megbüntette Prometheust azzal, hogy egy sziklához láncolta, amelyet rutinszerűen megkínzott egy sas (Cantrill, 2018). 1950-ben a nemzetközi Atomegyensúly bizottság adta elem # 61 modern neve “prometium,” míg az összes régi nevek, illinium (Harris et al., 1926), florence, cyclonium és prometeum.

A prométium (Pm) jól ismert, mint a periódusos rendszer lantanid sorozatának egyetlen eleme, stabil izotópok nélkül (Burke, 2019); a földkéregben csak apró mennyiségben fordul elő egyes uránércekben., Kétféle radioaktív bomláson megy keresztül: elektron elfogás és negatív béta-kibocsátás (Greenwood and Earnshaw, 1997b). Az összes prométium, amely valaha létezett a földön, amikor kialakult, 10 000 éven belül eltűnt volna.,

Szintetikus Prométium

a Prométium, a végleges anyag jelentősen hozzá kell adni a periódusos rendszerben szerzett a cáfolhatatlan bizonyítékok a létezés 1945-ben (egy felfedezés, amely nem került nyilvánosságra, amíg 1947) az USA kémikusok Jacob Marinsky, Lawrence Glendenin Charles Coryell (Guillaumont, 2019), aki elszigetelt a radioaktív izotópok 147Pm, valamint 149Pm a urán hasadási termékek Clinton Laboratories (TN, USA). A 235U-os termikus neutron által kiváltott maghasadás 147Pm kumulatív hozammal (CY) 2,25% – kal rendelkezik (Anglia és Rider, 1994). Ez azt jelenti, hogy minden 100 fissions 235U, vannak 2.,25 atomok 147pm termelt. A 149pm CY termikus neutron-indukált hasadás 235U csak 1,08%. Az ioncserélő kromatográfiát később felhasználták a Pm azonosításának meggyőzően történő megállapításához (McGill, 2000).

A legfontosabb prométium izotópokat az 1. táblázat tartalmazza; alkalmazásukat a jelen mini áttekintés fő testében ismertetjük.

eddig a Pm 38 különböző izotópja ismert, felezési ideje a <1 µs-től 17, 7(4) évig (145pm) (május és Thoennessen, 2012; McLennan, 2018). Az eddig felfedezett prométiumizotópok részletes leírását lásd (május és Thoennessen, 2012).

maghasadási termékek a nukleáris üzemanyagban általában a 147pm fő forrása (Broderick et al., 2019)., Az 1970-es évekig az Oak Ridge Nemzeti Laboratórium gazdag volt 147Pm-rel, amelyet hagyományos módszerrel nyertek a washingtoni Hanfordban (McLennan, 2018). Ma az Oak Ridge Nemzeti laboratóriumi leltár már nem tárolja a prométiumot, mivel az USA-ban leállították a nukleáris üzemanyag feldolgozását, jelenleg nincs jelentős 147pm forrás., Ennek ellenére a 155eu és a 171tm-hez hasonlóan lehetőség van 147pm− et előállítani a 146nd és 147nd neutronfogással, amely β-bomlik 147Pm-re, a 147nd β-bomlása révén, elődje rövidebb felezési ideje közel 11 d (Knapp, 2008).

főbb fizikai és kémiai tulajdonságok

1974-ben a metál prométiumot 1600°C-on metál tóriummal rendelkező prométium-oxidból redukálták, a prométium további kvarc kupolává történő desztillálásával., Ezzel a módszerrel meghatározták a prométium olvadási hőmérsékletét és fázisátalakulási hőmérsékletét: 1042 ± 5°C, illetve 890 ± 5°C (Angelini és Adair, 1976). A prométium forráspontja ~3000°C (McLennan, 2018).

a prométium ionos sugara 110 pm (8-szoros koordinációban), ami nagyon hasonlít a szomszédos elemekhez, a neodímiumhoz (112 pm) és a szamáriumhoz (108 pm) (McLennan, 2018). Ezért az ionos sugarak szoros hasonlósága és ugyanaz a közös oxidációs állapot (+3) megnehezíti a Pm elválasztását az Nd-től és az Sm-től (Balaram, 2019)., Ha nincs stabil izotópok létezik, levonások kapcsolatos kémiai tulajdonságok lehet levonni ismert kémiai robot (abban az esetben, prométium, más ritka földfémek) (Radioaktív Szennyeződés az Óceánok: Felügyelet Meghallgatások Előtt az Albizottság Energia, valamint a Környezet, a Bizottság, a Belső tér, illetve Egyedi Ügyekben, illetve a képviselőház, Kilencven-negyedik Kongresszus, Második Ülés, Ügyekről, 1976)., A fő PM3 + vegyületek a következők: Pm (OH)3 (világosbarna), Pm2O3 (sárga fehér), PmCl3 (sárga), Pm(no3)2 (Rózsaszín), PmF3, Pm2(C2O4)3·10H2O és PM2(SO4)3 (Da és Jincheng, 2000; Sharma, 2001). A Pm + 2 oxidációs állapotot is képviselhet. A PM2 + termodinamikai tulajdonságai azt mutatják, hogy az NdCl2-hez és az SmCl2-hez hasonlóan stabil pmf2, PmCl2 és PmI2 is előállítható (Sharma, 2001).

áramforrások

a Prometium-147 hosszú élettartamú atomelemekben használatos (Flicker et al.,, 1964), amelyben kis léptékű prométiummintákat helyeznek be egy félvezető Mátrixba, hogy béta-kibocsátásukat villamos energiává alakítsák (Matheson, 1975). Az átlagos béta energia 147pm 62 keV (Shao et al., 2017). A Pm akkumulátorok olyan esetekben használhatók, amikor más típusú akkumulátorok rendkívül nehézsúlyúak lennének, például műholdak vagy űrszondák (Vl, 1956). A radioizotóp akkumulátorok általában termoelektrikusak (pu-t vagy Am-t tartalmaznak) (Wiss et al.,, 2017) A radioaktív bomlás vagy a betavoltaic (alfavoltaic) által generált hő alapján, amely egy félvezetőben (például 147pm vagy más izotópok, például trícium vagy 63Ni) (Gale et al., 1975; Purdy, 1986; Spencer and Chandrashekhar, 2013; Murphy et al., 2019; Xue et al., 2019). A betavoltaikus elemeket a termoelektromos elemekhez képest (Matheson, 1975) kisebb méret és kedvezőbb ár jellemzi. A Betavoltaics az alacsonyabb teljesítményre vagy áramra is jellemző (mint például a termoelektromos vagy akár Li-ion akkumulátorok) (Gale et al.,, 1975; Chandrashekhar et al., 2006, 2007; Olsen et al., 2012; Murphy et al., 2019). Ezek akkor hasznosak, ha alacsony teljesítményre van szükség évekig. Sajnos szolgálati idejük jelenleg nem haladja meg a tíz évet. A betavoltaics technológiájának legújabb fejlődése azonban várhatóan tizenöt évre meghosszabbítja a szolgáltatási időszakot. Például a Betacel®, egy betavoltaic akkumulátor, megfelel mind a korróziós, mind a hamvasztási tűz szabványoknak, és alkalmas klinikai használatra (Spencer and Chandrashekhar, 2012), valamint szív pacemakerekben (Smith et al., 1975; Purdy, 1986)., A prométium-147 powered microbatteries egy életen át, legfeljebb 5 évvel, illetve egy átlagos teljesítménysűrűség 5 mW/cm3 alkalmas jelöltek beültethető szívritmus-szabályozók (levegő utáni kapkodás, majd Fester, 1975; Rosenkranz, 1975; Duggirala et al., 2007), ahol hasznos villamos energiát alakítanak át izotópos bomlási energiából (Wheelwright and Fuqua, 1975; Greatbatch, 1980).

annak ellenére, hogy a betavoltaikus akkumulátorok széles körben alkalmazzák, a prométium radioizotóp termoelektromos generátorokban is használható, hogy villamos energiát biztosítson az űrszondák számára (Choppin et al., 2013)., Végül a prométium közvetlen, enyhén árnyékolt izotópos hőforrásként is használta (Fullam és Van Tuyl, 1969; McNeilly és Roberts, 1969).

hordozható röntgenforrások

bár a prométium-147 alacsony gamma-kibocsátással rendelkezik (Artun, 2017), lágy β-sugarak forrása (Malson et al., 1980). A nehéz elemek β-részecskékkel történő besugárzása röntgensugárzást eredményez (Ellis-Davies et al., 1985; Labrecque et al., 1986), ezért a prométiumot szigorúan a biztonsági előírásoknak megfelelően kell kezelni. Röntgen sugárzás keletkezik, ha egy adott béta-kibocsátó, 147Pm (Sumiya et al.,, 1993; Llasat et al., 2017), kölcsönhatásba lép bizonyos d-elemekkel, mint a kobalt, irídium, ródium, platina, nikkel, arany és ezek keverékei. A sugárforrások jellemzően nem radioaktív fémfelülettel rendelkező szubsztrátumból, 147pm radioaktív izotóp fémrétegéből és nagy atomszámú nem radioaktív fémből állnak.

mérések

a prométium-147, egy általánosan használt energia béta-forrás alapján olyan érzékelőket fejlesztettek ki, amelyek 2, 54-5, 08 µm vékony filmeket mérhetnek (Sneller, 1979; Brown and Coats, 1981). Például az Adaptive Technologies Industries, Inc., (ATI) modern technikát kínál, amely szilárdtest digitális béta-mérőeszközön alapul, amely lehetővé teszi a valós idejű mérések elérését. Az ATI mérőeszközökben a β-részecskék csillapítását alkalmazzák az anyagok vastagságának vagy tömegének mérésére, beleértve a műanyagokat, a papírt és a fémet. A sugárforrás és a sugárérzékelő az ATI-mérő két fő alkotóeleme. A vizsgált anyag fölé nagy mennyiségű Részecskemintát helyeznek, alatta pedig egy detektort helyeznek el. Az érzékelő megszámolja az anyagon áthaladó sugárzás mennyiségét. Ha a fémlemez túl vékony lesz, több sugárzás halad át., A technikát a kabát és az Alapsúly mérésére is alkalmazzák (Typpo, 2000; hogyan működik a béta gauge, 2019).

prométium-147 sugárforrásként a 10-40 mg / cm2 vastag savanyú narancs és édes lime citruslevél vastagságának meghatározására is használják. Érdekes módon ez a β-ray gauging technika a talajban előforduló nedvesítési és szárítási ciklusok által okozott levelek víztartalmának változásait is mérheti (Bielorai, 1968)., Alternatív megoldásként a 14C és 204tl izotópokat különböző levelek tömegvastagságának mérésére is használták (Takechi és Furudoi, 1970; Saini és Rathore, 1983). A 147pm-es β-sugárzás csillapítása miniatűr szondákban használható a por szuszpenzió valós idejű mérésére a 0,1-2,0 kg/m3 koncentrációtartományban (Slezak and Buckius, 1983). Sőt, a prométium-147 használják, mint egy ionizációs forrás elektron-capture érzékelők elemzése peszticidek a vízi környezetben (Lubkowitz Parker, 1971).,

a prométium mint tiszta elektronrögzítő detektor egy másik alkalmazása a kozmikus sugarak átlagos befogási idejének mérése a galaxisból való menekülés előtt (azaz élettartamuk), ami fontos paraméter a kozmikus sugarak forrásainak és terjedésének értékelésében a galaxisban. Ezt úgy mérik, hogy összehasonlítják több Tc és Pm izotóp kozmikus sugárzási bőségét a szomszédos, stabil izotópokéval., A radioaktív izotópok, amelyek a leghasznosabbak (143 és 144 óra) a “kozmikus órákban”, azok, amelyek bomlási ideje hasonló a szülési időhöz (Drach and Salamon, 1987).

lézerek

a Pm-et olyan lézerekben alkalmazzák, amelyeket víz alatti tengeralattjárókkal (műholdas-tengeralattjáró lézeres kommunikációs rendszerek vagy egyszerűen SLC) való kommunikációra használnak. A PM3 + fluoreszcencia spektrumát a névlegesen 933 és 1098 nm-es átmenetek dominálják (Krupke et al., 1987), ill. Szobahőmérsékleten ezek a Elosztók termikusan el vannak foglalva, ez a tény lehetővé teszi a négyszintű lézerműködést t ≈ 295 K-nál., A Pm lézerek nagy hatékonysága és a 919 nm-es működés miatt a Pm3+ ion teljesen szilárdtest-SLC lézeradókban (Shinn et al., 1988). Szilárdtest prométium lézerek számoltak szivattyúzzák 2-D dióda tömbök működő 770 nm (McShea et al., 1988).

megvilágítás

Az LCD órák önálló fényforrásai, amelyek prométiumot tartalmazó fluoreszkáló réteget tartalmaznak, a legelterjedtebbek (Takami, 1980)., A prométium, amely általában oxidált formában található, nem káros a foszforrácsra, és az anyag fényessége viszonylag lassan csökken (Takami and Matsuzawa, 1981). Ezenkívül a prométium izotópokon alapuló festékek, amelyek felezési ideje több mint 2 év, biztonságosabbak, mint a rádium alternatívái. A prométium-147-et széles körben használják nemcsak éjszakai világítóeszközként, hanem önfenntartó fényforrásként is, a cink-szulfid-foszfor aktiválásával 147pm β-sugárzással (Ravi et al., 2001). A Pm másik használata a foszforokban különböző címkék energiafogyasztás nélküli kiemelésére szolgál., A radioaktivitás felfedezése után a rádium ebben a minőségben cselekedett, amíg a kár nem derült ki. A prométiumvegyületek azonban ártalmatlan radioaktív foszforoknak bizonyultak (Rafi and Rosli, 2018). Ezért a prométium fluoreszkáló festékekben találta meg a helyét. A prométiumvegyületek, amelyek a jellegzetes “közepes tavaszi zöld” (halványkék-zöld) (Emsley, 2011) fényét általában Pm2O3 vagy Pm(OH)3 (Takami and Matsuzawa, 1981; Ravi et al., 2001; Rafi És Rosli, 2018)., Például a prométiumot az Apollo leszállási moduljainak műszereinek megvilágítására használták a Hold expedíciók során (Angol et al., 1973).

Healthcare

A lezárt 147pm nem jelent veszélyt a könnyű árnyékolás miatt (Drumheller, 1968); ezzel szemben a nem megfelelően tárolt prométium környezeti veszélyt jelent.

a prométium bevitel hatását nagymértékben tanulmányozták állatokon, köztük patkányokon, nyulakon, sertéseken és kutyákon., Patkányok felszívódásakor a prométium túlnyomórészt megmarad a csontokban, valamint a gyomor-bélrendszer disztális vékonybélének villi hegyeiben, a dózis fele a tapintás után egy héttel marad (Sullivan et al., 1984). A patkányok bőrén végzett újabb kísérletek a radionuklidok behatolásának módjait illusztrálták (Kassai et al., 2003). A PM3+ ionok sejtmembránba való behatolásának, valamint a prométium extracelluláris és sejtes eloszlásának azonosítására egy tanulmányt végeztek a nyúl aorta simaizomjáról., A vizsgálat során azt találták, hogy jelentős mennyiségű prométium nem halmozódik fel a sejtekben, és nem választódik ki a sejtekből, de eloszlását megfelelően leírják a felületről hozzáférhető rostok deszorpciójával (Weiss, 1996). Amikor a sertés bőrét prométium felületi dózisainak (legfeljebb 10 Krad) teszik ki, a β-részecskék nem befolyásolják az epidermális bazális sejtek paramétereinek dózisfüggését (Zavialov et al., 1977)., Sertések felszívódásakor kimutatták, hogy a prométium nagy része a csontokban megmarad, hasonlóan a patkányok esetében megfigyelt eredményekhez (Sullivan et al., 1984). Öt és fél hónappal azután, hogy a beagles Pm2O3 aeroszoloknak volt kitéve, prométiumot találtak a kutyák szerveiben, elsősorban a tüdőben (44%), valamint a csontvázban (24%) és a májban (22%) (Stuart, 1966).

meglepő módon a 80-as évek eleje óta keveset fedeztek fel a prométium emberi szervekre gyakorolt hatásáról; azonban a csontszövetek lehetséges jelöltek (prométium metabolikus adatai, 1981)., A prométium-147 azonosítható és elemezhető a vizeletben és a székletben egy egyszerű Co-kicsapódás technikával, amely elsősorban a prométium feldolgozó üzemek korábbi alkalmazottainak ürülékére vonatkozik (Berk and Moghissi, 1985). Prométium tartalmú fényes festékek belélegzése esetén a legtöbb a tüdőbe telepedik, gyakorlatilag nem ürül ki. Néhány nappal a fagocitózis okozta belélegzés után az aktivitást “hotspotokként” figyelték meg a bronchiális epitélium és az alveoláris falak makrofágjaiban, főleg a tüdő lebenyének perifériáján (Kraus, 1976)., Lenyelés esetén a prométium-147 áthalad az emésztőrendszeren anélkül, hogy felszívódna az alsó vastagbél falába; a sugárzási dózisokat az emberi széklet vizsgálatával lehet mérni (Vennart, 1967).

az orvostudományban a prométium béta terápia gyógyíthatja a lumbosacralis radiculitist (Purdy, 1986). Egy genfi kórházban 142pm-et használtak egy in vivo generátorban preklinikai pozitron emissziós tomográfiához (Beyer and Ruth, 2003). Prométium-149, viszont, mint egy közepes energiájú béta-emitter, egy megfelelő radilolantanid receptor-célzott radioterápia (Studer et al., 2019)., A 149pm nagy előnye a képalkotó γ-sugarak (286 keV) alacsony intenzitású kibocsátása, amely in vivo nyomon követi a terápiás dózist (Hu et al., 2002).

továbbá a prométium megakadályozhatja a hajhullást, elősegítheti a haj regenerálódását és a fekete haj kialakulását, valamint eltávolíthatja vagy akár megakadályozhatja a korpásodást (Kim and Choi, 2014).

következtetések, kilátások és a világűr

itt foglaltuk össze a prométium történetét, szintézis technikáit és főbb alkalmazásait., Bár a Pm iránti legnagyobb érdeklődés az 1980-as években volt, nemrégiben megújult figyelmet kapott: például a prometium a 2013-as modellévben a Ford Fiesta, a Focus,a Fusion és az F-150 (Field et al., 2017).

a Pm jövőbeli kutatása várhatóan a világűrbe hoz minket. Prométium használják, mint egy prototípus sugárforrás kísérletek szimulálni űrviszonyok a Földön (Hellweg et al., 2007). Mivel a kozmikus sugárzás a legveszélyesebb a hosszú távú bolygóközi missziókban részt vevő személyzet egészségére (pl.,, Mars), az 147pm sugárzást biológiai kísérletekben használják az emberi embrionális vese (HEK) sejtek túlélésének megengedett besugárzási dózistartományának meghatározására (Hellweg et al., 2008).

2004-ben a HD 965 és a HD 101065 spektrumában a Pm lehetséges azonosításáról számoltak be (Cowley et al., 2004). Az elismerés statisztikai és hagyományos vonalazonosítási módszereken alapult (Fivet et al., 2007). A prométiumot alkalmanként az Androméda HR 465 csillagspektrumában detektált urán bomlásból származó kevés atomként is megtalálják., A csillag nyilvánvalóan Pm-et gyárt a felületén, figyelembe véve, hogy nem létezhet olyan Pm-izotóp, amelynek felezési ideje hosszabb, mint 145Pm. Így a Pm megfoghatatlan eredete a világűrben még nem magyarázható (Emsley, 2011).

szerzői hozzájárulások

VE felelős volt az irodalomkutatásért és elemzésért, valamint az első tervezet elkészítéséért. Az MK feladata volt a mini felülvizsgálati célok megfogalmazása és az eredeti tervezet véglegesítése. Mindkét szerző hozzájárult a cikkhez, és jóváhagyta a benyújtott verziót.,

összeférhetetlenség

a szerzők kijelentik, hogy a kutatást olyan kereskedelmi vagy pénzügyi kapcsolatok hiányában végezték, amelyek potenciális összeférhetetlenségnek tekinthetők.

elismerések

A szerzők elismerik Diana Savchenko-t egy ragyogó grafikus absztrakt létrehozásáért. A cím inspirációját Alfred Tennyson Ulysses verséből merítették (Tennyson, 1842).