钋210—一种中学生必须知道的放射性同位素.doc

发表期刊：《中学化学教学参考》 2011年第6期
钋-210——一种中学生必须知道的放射性同位素
但世辉 陈莉莉
（湖北襄阳市东风中学 441004）

摘要 文中介绍了钋-210在香烟中被发现的过程及其对人体的危害，并从钋-210进入烟草的途径入手阐述了香烟中消除钋-210的几种方案。
关键词 钋-210 放射性 危害 控制措施

2006年11月2日，在一次带有浓烈冷战色彩的暗杀行动中，原俄罗斯联邦安全局中校利特维年科在伦敦的一家医院死去，英国卫生防护局宣布，导致利特维年科死亡的是一种名为钋-210的罕见放射性同位素，此次暗杀行动惊动了整个伦敦，同时钋-210也再次引起世界各国科学家的关注，实际上这种看似罕见的放射性同位素就分布在我们周围：全球烟民每年消费6万亿支香烟，每只香烟都会有少量的钋-210送入烟民肺部，在他们吞云吐雾的过程中，这种剧毒的放射性物质也在不断地累积。更加震惊的是，今年5月31日公布的《2008年中国控制吸烟报告》指出，我国约有1500万名青少年烟民，而尝试吸烟的青少年中学生不少于4000万，并且这一数字每年都在上升，遗憾的是这些受害者却对钋-210引起的危害毫不知情，这种知识性的缺失也正是我们这些中学教师所必须弥补的。

1 香烟中含钋-210的证实过程
上世纪60年代上半叶，辐射，尤其是放射性尘埃对人体健康的影响，是科学家及其他大多数人关注的焦点。当时，美国哈佛大学公共卫生学院的放射化学家亨特及其同事正在开发一种新技术，用于检测极低浓度的镭和钋。1964年的某一天，她在实验室里瞎转悠时，突然看到了一位同事留下的烟灰。一时兴起，她决定用自己的新技术测试一下烟灰的放射性。结果出来后，亨特惊讶地发现，烟灰中连钋-210的影子都没有，可问题是环境中痕量的放射性同位素是很常见的。最后经过研究亨特发现：在香烟熏染的过程中，高温的作用将钋变成气体，随后又进入了香烟燃烧产生的烟雾里。这意味着，吸烟者会将钋直接吸入肺部。
1965年，放射化学家兼物理学家利特尔检测了吸烟者的肺部组织样本，寻找其中钋的踪迹。利特尔的研究证实，钋确实聚集在肺部的特定区域。由于呼吸道会分叉，形成支气管、细支气管和肺泡，因此放射性同位素会停留并聚集在各个分叉处。它们成为放射性“热点”，不断发射出α粒子。

2 钋-210的毒性及其危害
今天大多数的专家已经认定，香烟中最主要致癌物是多环芳香烃和亚硝胺之类的化合物。但是，根据辐射造成的危害所做的保守估计，在吸烟所致的肺癌患者中，2%都是由钋-210导致的。照此比例计算，单在美国每年因此死亡的吸烟者就有好几千人。
钋是法国居里夫妇1898年在处理铀矿时发现的一种新化学元素，它的符号是Po，银白色，密度9.4克/厘米3，熔点是254℃，沸点为962℃。钋-210属于极毒的放射性核素，它发射的α粒子在空气中的射程很短，不能穿透纸或者皮肤，所以在人的体外不会构成外照射危险。此外，钋是最稀有的元素之一，在地壳中的含量大约只有一百万亿分之一。天然的钋存在于铀矿石和钍矿石中，但含量极微。在自然环境中，例如大气和人体内都有极微量的钋-210存在，其半衰期为138天，也就是说每过138天它的放射性活度就会自动减少一半，约2.5年后其放射性基本消失，那时就更不会产生任何危害了。
但烟民在吞云吐雾的过程中就没那么幸运了，此时钋-210不再滞留体外而是随着呼吸进入人体内部，并且其在人体内的存量不断增多并且进入人体内各个不同组织。一般情况下，摄入体内的钋-210主要聚集在肺部，另有30%沉积在脾、肾和肝脏，10%沉积在骨髓组织，少量沉积在包括淋巴结和呼吸道内粘膜在内的全身各器官或组织。滞留在体内的钋-210还会进入全身血液循环，由于钋是放射性元素中最容易形成胶体的一种元素，它在人体内水解生成的胶粒极易容易牢固地吸附在蛋白质上，并与血浆结合生成不易扩散的化合物，对人体的危害极大。更为惊讶的是，钋-210释放的α射线还可以破坏细胞结构、细胞核结构，损伤DNA，假如细胞长期遭受钋-210所带来的辐射，那么最终会引起细胞癌变，导致肿瘤。由于抽烟者吸入的钋-210大多集中在肺部，因此引发肺癌的机率最大。
对于钋-210在体内外的不同影响，哈佛大学利特尔教授及其同事在1974年便在仓鼠实验中得以证实：他们把仓鼠分为两组作为对比，再把剂量很少的钋-210注入仓鼠的气管，一组仓鼠被注入的频率较低，另一组频率较高。结果发现注入频率较低的那组仓鼠体内没有发现任何炎症，而在注入频率较高的那组仓鼠中94%都出现了肺部肿瘤。通过仓鼠实验再次证实：对于人体而言在某一时刻突然受到大剂量钋-210的辐射，其实并不会对他们造成伤害，反而是长期接触小剂量的钋-210才会有相当大的危害，而抽烟恰好属于后者那种情况。尽管每支香烟中钋-210的含量相对较低，但抽烟者每吸一口烟，肺部的钋-210含量都会增加一点，长期下去，辐射剂量就会越来越高，患癌风险也就随之提高。
3 钋-210进入烟草的途径及控制措施
上世纪60年代，科学家们一直在研究钋-210这种放射性同位素是如何进入烟草植株的，因为只有弄清楚进入的途径才能找出出去它的最有效方式。实际上早在1964年，亨特和雷德福就在理论上进行了推测：由于天然的钋-210只存在于铀矿石和钍矿石中，他们的推测就是从这两种矿石起步的，因为烟草植株生长所需要的化肥就是由含铀的磷酸盐为原料制成的。最终两位科学家推测出了钋-210进入烟草的两种途径（图1）。其一，化肥中的铀-238衰变时的产物之一氡-222进入大气层中，随后继续衰变产生铅-210，由于烟叶表面长有不计其数、像茸毛一样的毛状体，于是铅-210掉落在烟草植株上并被紧紧吸附，最终衰产生钋-210进入烟叶；其二，铀-238衰变的另一产物铅-210进入土壤被烟草植株根部吸收，在植株内衰变产生钋-210并且进入烟叶。
图1 钋-210进入烟草的两种途径示意图
钋-210
化肥中
铀-238
铅-210
氡-222
以上理论推测得到了美国农业部（USDA）科学家的证实。1966年，USDA和美国原子能委员会开展了一项实验用以追踪钋-210的化肥来源，他们检测了两种不同的化肥：一种是商业“过磷酸肥”，另一种是由纯度较高的磷酸钙特制而成的混合化肥。结果显示，两种化肥差异非常明显。商业化肥中，镭-226的含量大概是混合化肥的13倍，导致烟叶中的钋含量升高近7倍。1974年，美国国家大气研究中心的爱德华·马特尔教授再次研究了这个问题。他提出，富含铀的磷酸盐化肥会把氡-222释放到附近空气中，使这种同位素在空气中的浓度超出正常水平，最终衰变产生钋-210进入烟草中。
在弄清楚了钋-210进入烟草的途径之后，许多科学家甚至包括许多烟草公司也提出了各种降低香烟烟雾中钋-210含量的方案（表1）。
表1 降低香烟烟雾中钋-210含量的解决方案
香烟生产环节
降低钋-210含量的解决方案
育苗阶段
引用基因技术，让烟草生长出没有毛状体的烟叶，使其不再吸附铅
施肥阶段
生产化肥时降低化肥中铀的含量
烟叶收获阶段
用稀释过的过氧化氢溶液清洗收获的烟叶
烟叶加工阶段
向烟草中加入化学物质，阻止钋-210气化，使它不会被吸入呼吸道
香烟使用阶段
开发一种具有离子交换功能的过滤嘴，阻止气态钋进入呼吸道
以上各种方案的可行性已经得到了科学家的证实，但指望利用某一种方案来除去钋-210显然是不可能的，因此只有联合使用以上方案，从烟草种植到烟叶的收获再到香烟的制成的每一步都采取措施来除去钋-210将会是十分有效的，这种联合除钋的方案也得到了美国农业部科学家的证实：30%—50%的钋都可以轻易地从肥料中除去，清洗烟叶还能消除25%，再加上过滤嘴的作用，烟草中的钋几乎能被全部清除。
与香烟中的其它有害物质（焦油、一氧化碳、多环芳香烃、亚硝胺等）相比，钋只是一种单同位素，将成为第一种被驱除出香烟的“毒药”。虽然方案可行，但自从发现香烟中含有钋40多年以来没有一家烟草公司愿意付出行动，理由很简单，除去这些物质不会带来任何商业回报反而会增加成本。面对利益的驱使，烟草巨头们选择了逃避，逃避香烟中钋所带来的危害：据世界卫生组织统计，全球每年会有130万人死于肺癌，其中90%由吸烟引起。对于这一触目惊心的数字，除了谴责之外，作为一名化学教师，我们更应该从化学的角度去宣传烟草中钋-210及其它有害物质所带来的灾难，使广大抽烟人群尤其是我们的中学生远离香烟，这种教育效果不仅更有说服力，而且绝对远远胜过学校针对禁烟而采取的某些不太合理的处分。

参 考 文 献
[1] 曹文高，谢小东.钋-210的毒性与中毒急救.解放军健康，2007，（6）：7
[2] 郭秋荣.关于钋-210.辐射防护，2007,27（2）：2-3
[3] Edward P.Radford and Vilma R.Hunt.Polonium-210：A Volatile Radioelement in Cigarettes.Science，1964，143（7）：247-249
[4] 杨宁宁译.烟草业黑幕：吸入肺里的放射源.环球科学，2011,（2）：73-75