Frontiers i Kjemi

Innledning

– Element #61 ble opprinnelig kalt «prometheum», på forslag av kona til en av dens oppdagere, i ære av den mytiske helten i Bergen (Prometheus, Nytt Navn for Elementet 61, 1948), som stjal ild fra Zeus og ga det videre til folk (Greenwood og Earnshaw, 1997a). Navnet var ment å understreke ikke bare metoden for å skaffe et element med fisjon energi, men også trusselen om straff for å initiativtagerne av krigen., Ifølge gresk mytologi, Zevs straffet Prometheus av kjeding ham til en stein for å være rutinemessig torturert av en ørn (Cantrill, 2018). I 1950, International Atomic Balanse-Kommisjonen ga element #61 sin moderne navnet «prometheus», mens alle de gamle navnene, illinium (Harris et al., 1926), firenze, cyclonium, og prometheum, ble avvist.

Prometheus (Pm) er kjent som den eneste element i lanthanide-serien av den periodiske tabellen med ingen stabile isotoper (Burke, 2019); det oppstår i jordskorpen i bare små mengder i enkelte uran malm., Det gjennomgår radioaktiv nedbrytning av to typer: electron capture og negative beta-stråling (Greenwood og Earnshaw, 1997b). Alle prometheus, som kanskje en gang har eksistert på Jorden når den er dannet, ville ha forsvunnet innen 10 000 år.,

Syntetiske Prometheus

Prometheus, den siste lanthanide å bli lagt til i den periodiske tabell, kjøpte unektelig bevis for eksistensen i 1945 (et funn som ikke ble gjort offentlig før 1947) av USA kjemikere Jakob Marinsky, Lawrence Glendenin og Charles Coryell (Guillaumont, 2019), som isolert radioaktive isotoper 147Pm og 149Pm fra uran fisjon produkter på Clinton Laboratories (TN, USA). Den termiske nøytron-indusert fisjon av 235U har en 147Pm akkumulert avkastning (CY) på 2,25% (England og Rytter, 1994). Dette betyr at for hver 100 fissions av 235U, det er 2.,25 atomer av 147Pm produsert. Den 149Pm CY for termisk nøytron-indusert fisjon av 235U er bare 1.08%. Ion-exchange-kromatografi ble senere benyttet for å overbevisende etablere Pm ‘ s identification (McGill, 2000).

– Tasten prometheus isotoper er gitt i Tabell 1; deres søknader vil bli beskrevet gjennom hoveddelen av dagens mini gjennomgang.

Til dato, 38 forskjellige isotoper av Pm er kjent, alt i half-life fra <1 µs for å 17.7(4) år (145Pm) (Mai og Thoennessen, 2012; McLennan, 2018). For en detaljert beskrivelse av prometheus isotoper som har blitt oppdaget til dato, se (Mai og Thoennessen, 2012).

Fisjon produkter i kjernefysisk brensel som brukes til normalt være den viktigste kilden til 147Pm (Broderick et al., 2019)., Frem til 1970-tallet, Oak Ridge National Laboratory var rik med 147Pm som hadde blitt oppnådd gjennom en tradisjonell metode i Hanford, Washington (McLennan, 2018). I dag, Oak Ridge National Laboratory inventory er ikke lenger lagring prometheus som behandling av kjernefysisk brensel i USA har blitt stoppet, og det er ingen betydelige kilder til 147Pm i dag., Likevel likt å 155Eu og 171Tm, det er en mulighet til å produsere 147Pm av nøytron fangst av 146Nd å 147Nd, som β-henfall 147Pm, gjennom β− nedbrytning av 147Nd, forgjengeren med kortere halveringstid på nesten 11 d (Knapp, 2008).

Viktigste Fysiske og Kjemiske Egenskaper

I 1974, metallic prometheus ble redusert fra prometheus oksid med metallic thorium på vel 1600°C med ytterligere destillasjon av prometheus i en kvarts dome., Ved hjelp av denne metoden, smeltetemperaturen og fase transformasjon temperatur på prometheus ble etablert: 1042 ± 5°C og 890 ± 5°C, henholdsvis (Angelini og Adair, 1976). Prometheus er kokepunkt er ~3,000°C (McLennan, 2018).

Den ioniske radius av prometheus er 110 pm (i 8-brett koordinering), noe som er svært lik de tilstøtende elementer, neodym (112 pm) og samarium (108 pm) (McLennan, 2018). Derfor, i nærheten likhet i ioniske radier og det samme vanlige oksidasjon state (+3) gjøre det vanskelig å skille Pm fra Nd og Sm (Balaram, 2019)., Når ingen stabile isotoper eksisterer, fradrag om kjemiske egenskaper kan trekkes fra kjente kjemiske surrogater (i tilfelle av prometheus, andre rare earth elements) (Radiologiske Forurensning av Verdenshavene: Tilsyn Høringer Før Subcommittee på Energi og Miljø i Komiteen om Interiør og Isolerte Saker og Representantenes Hus, Nitti-fjerde Kongressen, Andre Økten på Saker som Gjelder, 1976)., Den viktigste Pm3+ forbindelser inkluderer: Pm(OH)3 (lys brun), Pm2O3 (gul hvit), PmCl3 (gul), Pm(NO3)2 (rosa), PmF3, Pm2(C2O4)3·10H2O og Pm2(SO4)3 (Da og Jincheng, 2000; Sharma, 2001). Pm kan også representere en oksidasjon staten +2. Termodynamiske egenskaper av Pm2+ indikerer at, på samme måte som NdCl2 og SmCl2, stabil PmF2, PmCl2 og PmI2 kan også oppnås (Sharma, 2001).

strømkilder

Prometheus-147 er brukt i lang levetid atomic batterier (Flimmer et al.,, 1964), hvor små-skala prometheus prøvene er satt inn i en halvleder matrise for å transformere sin beta-utslipp til elektrisitet (Matheson, 1975). Det betyr beta energi av 147Pm er 62 keV (Shao et al., 2017). Pm batterier som kan brukes i tilfeller der andre typer batterier ville være ekstremt tungt, f.eks., satellitter eller farkoster (Vl, 1956). Radioisotop batterier er vanligvis enten termoelektrisk (inneholder Pu eller Am) (Wiss et al.,, 2017) basert på varmen som genereres fra radioaktive forfall, eller betavoltaic (alphavoltaic) basert på elektron/hull par generasjon i en halvleder (for eksempel 147Pm eller andre isotoper som tritium eller 63Ni) (Gale et al., 1975; Purdy, 1986; Spencer og Chandrashekhar, 2013; Murphy et al., 2019; Xue et al., 2019). Betavoltaic batterier, sammenlignet med termoelektrisk batterier (Matheson, 1975), er preget av en mindre størrelse og en mer fornuftig pris. Betavoltaics har også den egenskapen at de lavere strøm eller strøm (enn termoelektrisk eller til og med Li-ion-batterier for eksempel) (Gale et al.,, 1975; Chandrashekhar et al., 2006, 2007; Olsen et al., 2012; Murphy et al., 2019). De er nyttig når du vil lave makt er nødvendig for perioder av år. Dessverre, deres service periode ikke i dag overstige ti år. Nyeste fremskritt innen teknologi som betavoltaics, men er forventet å forlenge tjenesten periode til femten år. For eksempel, Betacel®, en betavoltaic batteri, tilfredsstiller begge korrosjon og kremasjon brann-standarder og er egnet for klinisk bruk (Spencer og Chandrashekhar, 2012) og i pacemakere (Smith et al., 1975; Purdy, 1986)., Prometheus-147 drevet microbatteries med en levetid på opp til 5 år og en gjennomsnittlig effekt tetthet av 5 mW/cm3 er passende kandidater for implanterbar pacemaker (Gasper og nag blir betent, 1975; Rosenkranz, 1975; Duggirala et al., 2007), hvor nyttig elektrisk kraft er konvertert fra isotopisk forfall energi (Wheelwright og Fuqua, 1975; Greatbatch, 1980).

til Tross for sin store program i betavoltaic batterier, prometheus kan også brukes i radioisotop termoelektriske generatorer for å gi strøm til farkoster (Choppin et al., 2013)., Til slutt, prometheus har også funnet sin bruk som en direkte lett skjermet isotopisk varmekilde (Fullam og Van Tuyl, 1969; McNeilly og Roberts, 1969).

Bærbar X-ray Kilder

Selv om prometheus-147 har lav gamma-stråling (Artun, 2017), det er en kilde til myk β-stråler (Malson et al. I 1980). Bestråling av tunge elementer med β-partikler genererer X-ray stråling (Ellis-Davies et al., 1985; Labrecque et al., 1986), derfor, prometheus må håndteres strengt i henhold til sikkerhetsforskrifter. X-ray stråling genereres når en bestemt beta-stråler, 147Pm (Hotellet et al., I 1993; Llasat et al., 2017), interagerer med visse d-elementer som kobolt, iridium, rhodium, platinum, nikkel, gull, og blandinger av disse. Stråling kilder som vanligvis består av et substrat å ha en ikke-radioaktivt metall overflaten, et metall laget av en radioaktiv isotop 147Pm, og en ikke-radioaktivt metall med et høyt atomnummer.

Målinger

Basert på prometheus-147, en vanlig brukt energi beta kilde, sensorer har blitt utviklet som kan måle filmer så tynn som 2.54–5.08 µm (Sneller, 1979; Brun og Kåper, 1981). For eksempel, Teknologier for Adaptive Industries, Inc., (ATI) har et moderne teknikk basert på solid state-digital beta-måleren, som gjør det mulig å oppnå sanntids målinger. I ATI måleinstrumenter, β-partikler demping er ansatt for tykkelse eller masse måling av materialer, inkludert plast, papir og metall. En stråling kilde og en stråling detektor er de to viktigste bestanddelene i et ATI-måleren. En bulk eksempel på Pm er plassert over de undersøkte materialet og en detektor er plassert under. Detektoren teller mengden av stråling som passerer gjennom materialet. Hvis metallplate blir for tynne, mer stråling passerer gjennom., Teknikken er også ansatt for pels og grunnlag vekt målinger (Typpo, 2000; Hvordan beta-måleren fungerer, 2019).

Prometheus-147 som en stråling kilde er også brukt til å fastslå tykkelsen av sur appelsin og søt sitrus som lime blader som er 10-40 mg/cm2 tykk. Interessant, kan dette β-ray måle teknikk kan også måle endringer i vannets innhold av blader forårsaket av wetting og tørking sykluser som skjer i jord (Bielorai, 1968)., Alternativt, isotoper 14C og 204Tl har også blitt brukt til ulike blader masse tykkelse målinger (Takechi og Furudoi, 1970; Saini og Rathore, 1983). Den demping av β-stråling fra 147Pm kan brukes i miniatyr prober for sanntids måling av støv suspensjon i 0.1–2.0 kg/m3 konsentrasjon utvalg (Slezak og Buckius, 1983). Videre, prometheus-147 brukes som en ionisering kilde i elektron-capture detektorer for analyse av plantevernmidler i vann miljøer (Lubkowitz og Parker, 1971).,

en Annen anvendelse av prometheus som en ren electron capture detector er måling av gjennomsnittlig confinement tid av kosmiske stråler, før deres flukt fra Galaxy (dvs., deres levetid), som er en viktig parameter for å vurdere kilder og spredning av kosmiske stråler i Galaksen. Det er målt ved å sammenligne den kosmiske-ray abundances av flere Tc og Pm isotoper til de av nabokommunene, stabile isotoper., Den radioaktive isotoper, som er mest nyttig (143Pm og 144Pm) i «kosmisk klokker,» er de med forfall ganger kan sammenlignes med innesperring tid (Drach og Salamon, 1987).

Lasere

Pm brukes i lasere som brukes til å kommunisere med neddykkede ubåter (satellitt-til-ubåten laser kommunikasjonssystemer eller bare SLC). Fluorescens spektrum av Pm3+ er dominert av overganger på nominelt 933 og 1098 nm (Krupke et al., 1987), henholdsvis. Ved romtemperatur, disse mangfoldigheter er termisk ubebodd, et faktum som gjør det mulig for fire-nivå laser action på T ≈ 295 K., Den høye effektiviteten av Pm-lasere og drift på 919 nm gjøre Pm3+ ion egnet for bruk i fullt solid-state SLC laser-sendere (Shinn et al., 1988). Solid-state prometheus lasere har blitt rapportert å være pumpet opp med 2-D diode matriser som opererer på 770 nm (McShea et al., 1988).

Belysning

Selv-lysende lyskilder for LCD-klokker som inkluderer en prometheus-som inneholder fluorescerende lag er blant de mest utbredte (Takami, 1980)., Prometheus, blir vanligvis funnet i oksidert form, er ikke skadelig for fosfor gitter og materialet er lysstyrken avtar relativt sakte (Takami og Matsuzawa, 1981). Videre, maling basert på prometheus isotoper, som har en halveringstid om mer enn 2 år, er tryggere enn radium alternativer. Prometheus-147 er mye brukt, ikke bare som natt belysning enheter, men også som selvdrevet lyskilder ved å aktivere sink sulfide fosfor med β-stråling av 147Pm (Ravi et al., 2001). En annen bruk av Pm-er i fosfor for å fremheve ulike etiketter uten forbruk av energi., Etter oppdagelsen av radioaktivitet, radium fungerte i denne stillingen til sin skade ble avslørt. Prometheus forbindelser, men viste seg å være ufarlig radioaktive fosfor (Rafi og Rosli, 2018). Derfor, prometheus funnet sin plass i selvlysende maling. Den prometheus forbindelser som brukes for å lage de karakteristiske «middels spring green» (blek blå-grønn) (Emsley, 2011) glow er vanligvis Pm2O3 eller Pm(OH)3 (Takami og Matsuzawa, 1981; Ravi et al. I 2001; Rafi og Rosli, 2018)., For eksempel, prometheus ble brukt til å belyse instrumenter i Apollo landing moduler under Månen ekspedisjoner (engelsk et al., 1973).

Healthcare

Forseglet 147Pm ikke representerer fare grunn til å være enkelt skjermet (Drumheller, 1968); contrariwise, feil som er lagret prometheus blir en miljøfare.

effekten av prometheus inntak har vært mye studert på dyr, inkludert rotter, kaniner, griser og hunder., Når absorbert av rotter, prometheus er hovedsakelig beholdt i bein, så vel som i tips av villi av den distale tynntarmen i mage-tarmkanalen, med halv dose gjenværende en uke etter sondering (Sullivan et al., 1984). Nyere eksperimenter på rotter’ hud illustrert måter av radionuklider penetrasjon (Kassai et al., 2003). For å identifisere bruken av Pm3+ ioner i cellemembranen, så vel som den ekstracellulære og cellulær fordeling av prometheus, en studie ble utført på glatt muskulatur i kanin aorta., I løpet av studien ble det funnet at store mengder av prometheus ikke samle seg inne og ikke skilles ut fra celler, men dens utbredelse er riktig beskrevet av desorpsjon fra fiber tilgjengelig fra overflaten (Weiss, 1996). Når gris huden er eksponert til overflaten doser av prometheus (opp til 10 krads), β-partikler ikke påvirke arten av dose avhengighet av parametrene epidermal basale cellene (Zavialov et al., 1977)., Når absorbert av griser, det har vist seg at de fleste av prometheus er beholdt i beina på samme måte til de resultatene som ble observert i tilfelle av rotter (Sullivan et al., 1984). Fem og en halv måned etter beagles ble utsatt for Pm2O3 aerosoler, prometheus ble funnet i organer av hunder hovedsakelig i lungene (44%), samt i skjelettet (24%) og i leveren (22%) (Stuart, 1966).

Overraskende, siden tidlig på 80-tallet lite har blitt oppdaget om effekten prometheus har på menneskelige organer, men bein vev er mulige kandidater (Metabolsk data for prometheus, 1981)., Prometheus-147 kan bli identifisert og analysert i urin og avføring ved hjelp av en enkel co-nedbør teknikk, som gjelder i hovedsak til excrements av tidligere ansatte i prometheus foredlingsanlegg (Berk og Moghissi, 1985). I tilfelle av innånding av prometheus-med selvlysende maling, det meste av det bosetter seg i lungene, praktisk talt ikke skilles ut. Et par dager etter innånding på grunn av phagocytosis, aktiviteten er observert som «hotspots» i makrofager i bronkial epitel og alveolar vegger, hovedsakelig på yttersiden av lunge-kammer (Kraus, 1976)., Ved svelging, prometheus-147 passerer gjennom fordøyelsessystemet uten å bli absorbert inn i veggene i den nedre tykktarmen; stråledoser kan måles ved å undersøke menneskelig avføring (Vennart, 1967).

I medisin, prometheus beta behandling kan kurere lumbosacral radiculitis (Purdy, 1986). På en Geneve sykehus, 142Pm ble brukt i en in vivo generator for prekliniske positron emisjon tomografi (Beyer og Ruth, 2003). Prometheus-149, i sin tur, som en middels energi beta-stråler, er et egnet radilolanthanide for reseptor-målrettet strålebehandling (Studer et al., 2019)., En stor fordel av 149Pm er den lave intensiteten utslipp av imageable γ-stråler (286 keV), som gir in vivo-sporing av terapeutisk dose (Hu et al., 2002).

Videre, prometheus kan hindre hårtap, fremme etterveksten og svart hår dannelse samt fjerne eller til og med forhindre flass (Kim og Choi, 2014).

Konklusjoner, Outlook, og Verdensrommet

Her har vi oppsummert historien, syntese teknikker og de store programmene i prometheus., Selv om peak interesse i Pm var på 1980-tallet, har nylig fått fornyet oppmerksomhet: for eksempel, prometheus er omtalt blant strategiske materialer i 2013-modell året Ford Fiesta, Focus, Fusjon og F-150 (Field et al., 2017).

Den fremtidige forskning på Pm er forventet å bringe oss inn i det ytre rom. Prometheus er brukt som en prototype stråling kilde i et forsøk på å simulere plass forhold på Jorden (Hellweg et al., 2007). Siden kosmisk stråling er identifisert som den mest farlig for helsen av mannskapet som deltar i langsiktige interplanetarisk oppdrag (f.eks., Mars), 147Pm stråling er brukt i biologiske eksperimenter som tar sikte på fastsettelse av tillatt bestråling dose spekter av menneskelige embryonale nyre (HEK) celler overlevelse (Hellweg et al., 2008).

I 2004, eventuell identifisering av Pm i spektra av HD 965 og HD 101065 ble rapportert (Cowley et al., 2004). Anerkjennelse var basert på statistiske og tradisjonelle linje-identifikasjon metoder (Fivet et al., 2007). Prometheus er også tidvis funnet så få atomer fra uran forfall registrert i HR-465-stjerners spekter av Andromeda., Stjernen er tydeligvis produksjon Pm på overflaten, tar hensyn til at ingen Pm isotop med en halveringstid lenger enn 145Pm kan eksistere. Dermed, den unnvikende opprinnelsen til Pm i verdensrommet er ennå å bli forklart (Emsley, 2011).

Forfatter Bidrag

VE var ansvarlig for litteratur søk og analyse og første utkast til forberedelse. MK var ansvarlig for å formulere mini gjennomgå mål og ferdigstille den første utkast. Begge forfatterne har bidratt til artikkelen og godkjent de innsendte versjonen.,

interessekonflikt

forfatterne erklærer at forskningen ble utført i fravær av kommersielle eller finansielle forhold som kan oppfattes som en potensiell interessekonflikt.

Erkjennelsene

forfatterne erkjenner Diana Savchenko for etablering av en strålende grafisk abstrakt. Inspirasjonen til tittelen var hentet fra Alfred Tennyson ‘ s Ulysses dikt (Tennyson, 1842).