69 铥 辐射X射线的元素

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69 铥 辐射X射线的元素



本文作者 漂泊


铥是一种重要的稀土元素,170Tm是一种低能γ放射性同位素,它发生β衰变时能辐射X射线,所以可以作为X射线的辐射源,用于探伤及癌症放射性治疗。此外,铥还能用于制造激光器以及钞票防伪。



铥的基本物理性质




铥的发现


1787年,瑞典矿物学家Karl Arrhenius在斯德哥尔摩附近一个叫Ytterby的小村庄附近的老采石场碰到了一块像沥青一样的黑色矿石,他以村庄的名字将该矿石命名为Yteerby(实际为硅铍钇矿)。他以为自己发现了一种新的钨矿石,然后把样本交到了住在芬兰的Johan Gadolin。在1794年,Gadolin宣布它包含一种新的“钇土”,构成了其重量的38%,即氧化钇(Y2O3),在将其用木炭加热后也没能进一步还原。Anders Gustaf Ekeberg把这一氧化物命名为“Yttria”(钇土)。


1843年,Carl Mosander更加彻底的研究了已发现的“钇土”,发现它是混合物,是由三种氧化物组成:氧化钇,是白色的;氧化铽,是黄色的;还有氧化铒,是玫瑰红色的。这鼓励了化学家们继续对“钇土”进行研究。1879年,Per Teodor Cleve除去了“钇土”中的氧化铒之后得到了一种褐色的物质和一种绿色的物质,褐色的物质是钬的氧化物,而绿色的物质则是为止元素的氧化物,这种新元素被命名为Thulium,以纪念Per Teodor Cleve的祖国所在地斯堪的纳维亚半岛(Thulia),元素符号为Tm。[1-2]


金属铥



射线辐射源


天然稳定存在铥的核素只有169Tm,169Tm通过热中子照射可以得到170Tm。170Tm是一种低能γ放射性同位素,当它发生β衰变后,能放射出0.051-0.061MeV的KX射线和0.084MeV的γ射线。这使可以用170Tm制造便携式X射线设备,并用于核反应堆的辐射源。此外,它还能用于轻薄金属材料和非金属材料的无损探伤;或者用于检测难以接近的机械及电子设备中的缺陷。170Tm还能作为近距离放射治疗的X射线辐射源。[3-6]



170Tm衰变图170Tmγ射线能谱图X射线探伤装置



铥激光


对钇铝石榴石中利用铥离子、铬离子、钬离子进行三掺杂处理,可以制得三掺杂钇铝石榴石(Ho:Cr:Tm:YAG)固体脉冲激光器,它能发出波长为2097 nm的激光;而铥单掺杂钇铝石榴石(Tm:YAG)固体脉冲激光器发出的激光的波长则在1930nm-2040nm之间。铥激光由于能量不高,穿透力不强,在组织表面进行消融时十分有效,能凝血不致伤口过深。这使得铥激光器在激光手术方面十分具有应用潜力。[7-8]


掺铥激光器



铥的其他应用


由于其特殊的光谱,铥可以像钪一样应用于弧光灯照明领域,含铥的弧光灯发出的绿色光线不会被其他元素的发射线覆盖。


铥会在紫外线的照射下会发出蓝色的萤光,这使得铥也在欧元纸币中用作防伪标志之一。[9-10]



紫外线照射下的欧元,防伪标志清晰可见



参考文献


  • [1] Cleve, P. T. (1880). “Sur le thulium” [On thulium]. Comptes rendus (in French). 91: 328–329.

  • [2]Eagleson, Mary (1994). Concise Encyclopedia Chemistry. Walter de Gruyter. p. 1061. ISBN 978-3-11-011451-5.

  • [3]曹志坚,李兴义铥-170γ 射线照相源研制[J],核动力工程,1990(04)

  • [4]Gupta, C. K. & Krishnamurthy, Nagaiyar (2004). Extractive metallurgy of rare earths. CRC Press. p. 32. ISBN 0-415-33340-7.

  • [5]Krishnamurthy, Devan; Vivian Weinberg; J. Adam M. Cunha; I-Chow Hsu; Jean Pouliot (2011). “Comparison of high–dose rate prostate brachytherapy dose distributions with iridium-192, ytterbium-169, and thulium-170 sources”. Brachytherapy. 10 (6): 461–465. doi:10.1016/j.brachy.2011.01.012. PMID 21397569.

  • [6]Ayoub, Amal Hwaree et al. Development of New Tm-170 Radioactive Seeds for Brachytherapy, Department of Biomedical Engineering, Ben-Gurion University of the Negev

  • [7]Koechner, Walter (2006). Solid-state laser engineering. Springer. p. 49. ISBN 0-387-29094-X.

  • [8] Duarte, Frank J. (2008). Tunable laser applications. CRC Press. p. 214. ISBN 1-4200-6009-0.

  • [9]Gray, Theodore W. & Mann, Nick (2009). The Elements: A Visual Exploration of Every Known Atom In The Universe. Black Dog & Leventhal Publishers. p. 159. ISBN 978-1-57912-814-2.

  • [10]Wardle, Brian (2009-11-06). Principles and Applications of Photochemistry. p. 75. ISBN 978-0-470-71013-5.

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