Eigenschaften:
Polonium wurde erstmals im Jahre 1898 bei Radioaktivitätsforschungen an Uranpechblende von Marie Curie Slodowska entdeckt. Die gebürtige Polin nannte dieses Element zu Ehren ihres Heimatlandes „Polonium“. Die Wissenschaftlerin verzichtete auf die Patentierung des Gewinnungsverfahrens, damit die Erforschung dieses Elementes ungehindert weitergehen konnte und bekam 1911 den Nobelpreis für Chemie für ihre Entdeckung.

Die Nuklidkarte enthält 28 radioaktive Poloniumisotope von der Massenzahl 190 bis 218 mit physikalischen Halbwertszeiten zwischen Bruchteilen von Sekunden bis hin zu wenigen Tagen. Ausnahmen bilden hier Po²⁰⁸, Po²⁰⁹ und Po²¹⁰ mit folgenden Halbwertszeiten: 2.9 a, 102 a und 138.4 d. Das silberfarbene Schwermetall besitzt in festem Zustand zwei unterschiedliche Gittermodifikationen. Die kubisch-primitive Gitterstruktur wird Alpha-Polonium und die rhomboedrische Form, Beta-Polonium genannt.

Das am häufigsten in der Natur vorkommende Poloniumisotop ist Po²¹⁰. Dieses radioaktive Element zerfällt unter Aussendung von Alphastrahlung mit einer Energie von 5.304 MeV in das stabile Blei-Isotop Pb²¹⁰. Neben dem Alphazerfall existiert ein seltener Gammazerfall (1/100000) mit einer Energie von 0.803 MeV. 1 g Po²¹⁰ erzeugt eine Energie von 140 W und entwickelt Temperaturen von über 500 °C. Mit einer Reichweite von bis zu 4 cm in der Luft und weniger als 1/10 mm in menschlichem Gewebe stellt die Alphastrahlung des Po²¹⁰ von außen keine Gefahr für den Menschen dar. Die spezifische Aktivität dieses Elements, 166 TBq/g, ist um etwa das 4500-fache größer als jene des Radiums.

Vorkommen:
Die Uran-Radium-Reihe gilt als natürliche Quelle für Po²¹⁰. Wegen seiner Gebundenheit an die Nachlieferung aus U²³⁸ befinden sich in 1 t Uran nur etwa 80 μg Po²¹⁰ im Zerfallsgleichgewicht. U²³⁸ ist in der festen Erdkruste im Mittel nur zu 2-3 ppm und das über die Zerfallskette entstandene Po²¹⁰ nur noch zu 2-10 ppm enthalten. Eine etwas ältere künstliche Methode zur Gewinnung von Polonium-210 stellt die Aufarbeitung von Uranerz dar. Dabei reichert sich Polonium mit Bismut an, welches durch chemische Fällreaktionen über die unterschiedlichen Säurelöslichkeit der Sulfide getrennt wird. Heutzutage erfolgt die Gewinnung von Po²¹⁰ hauptsächlich über die Bestrahlung von Bi²⁰⁹ mit thermischen Neutronen in Kernreaktoren. Wegen des geringen Einfangquerschnittes von 0.034 barn ist die Ausbeute im Bereich von Grammbruchteilen pro Tonne Bismut. Die Weltjahresproduktion beträgt ca. 100 g.

Verwendung:
In der Anfangszeit der Atombombenentwicklung war Po²¹⁰ wegen seiner hohen Alphaaktivität sehr gefragt. Es wurde als transportable Neutronenquelle in Verbindung mit Be zum Zünden von Atombomben verwendet. Auf diese Weise wurden die Atombomben in Hiroshima und Nagasaki gezündet. In der Industrie wird Po²¹⁰ zur Neutralisation von elektrischer Ladung in Maschinen, welche beim Rollen von Papier, Kabeln und Metallplatten entsteht, eingesetzt. Eine weitere Anwendung ist die Entfernung von Staub auf fotographischen Filmen und Kameralinsen. Zum Einsatz kam Po²¹⁰ in der Raumfahrt als Quelle thermoelektrischer Energie in Batterien (Radioisotopengenerator).

Wirkung auf den menschlichen Organismus:
Für den Menschen kann das Po²¹⁰ bei Inhalation, Ingestion und bei der Aufnahme durch offene Wunden je nach inkorporierter Menge eine hochtoxische Wirkung haben. Die tödliche Menge liegt bei etwa 0.213 μg (Annahme LD100/30 = 8.5 Sv - 100% Letalität nach 30 Tagen - und Dosiskonversionsfaktor für Ingestion DCF = 0.24 μSv/Bq). Mit einer biologischen Halbwertszeit von 50 d zeigt eine Vergiftung mit Po²¹⁰ folgende Symptome als Folge akuter Strahlenschäden: Übelkeit, Erbrechen, Nasen-, Mund-, Magen-, Rektalblutungen, Fieber und Haarausfall. 90 % der bei der Ingestion aufgenommenen Menge gelangen in den Gastroinstestinaltrakt und führen zu meist irreversiblen Schäden hauptsächlich in der Leber und der Niere mit Todesfolge. Bruchteile der tödlichen Dosis zeigen zunächst keine sichtbaren Folgen. Über die Blutbahn wird jedoch das Po210 in den Knochen eingelagert und zerstört dort die blutbildenden Zellen. Hier tritt mit einer sehr hohen Wahrscheinlichkeit innerhalb von mehreren Wochen bis zu zwei Jahren Leukämie als eine Spätfolge der Vergiftung auf. Der Nachweis der Vergiftung kann nur in den Exkrementen mit Hilfe der Alpha- Spektrometrie erfolgen. Die Gammakomponente des Po²¹⁰ besitzt für den Nachweis mit einem Ganzkörperzähler eine viel zu geringe Energie.

Traurige Berühmtheit erlangte Po²¹⁰ im November 2006 bei der Intoxikation des ehemaligen russischen KGB-Agenten, Aleksander Litvinenko. Er starb am 23. November 06 an Folgen der akuten Strahlenschäden. Geht man von LD100/30 = 8.5 Sv aus, wurde Litvinenko vermutlich mit ca. 0.2 μg vergiftet. In der Literatur wird oft erwähnt, dass die Vergiftung mit der 100-fachen Menge der letalen Dosis stattgefunden hat. Das ist jedoch eher unwahrscheinlich, da diese Menge einer effektiven Folgedosis von ca. 850 Sv entspricht. Bei einer Vergiftung mit solch hohen Dosen tritt der Tod innerhalb von Stunden ein. Litvinenko starb 3 Wochen nach dem Vorfall.

Neben der natürlichen Strahlenbelastung von Po²¹⁰ verursacht durch Inhalation von Radon stellt der Tabakkonsum eine enorme Lungenbelastung für Raucher dar. Die atmosphärische Ablagerung von Po²¹⁰ auf den Blättern der Tabakpflanze, die im Tabakanbau eingesetzten Phosphatdüngemitteln und die zusätzliche Belastung durch Pb²¹⁰ können zu einer jährlichen Effektivdosis von etwa 105 bis 444 μSv bei 20 Zigaretten pro Tag führen.

Autor:
L. TEYMOURNIA
Seminar über Reaktorsicherheit 2008, TU Wien

Literatur
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Richtlinie 96/29 EURATOM 13. Mai 1996
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