ما هو عنصر الاكتينيوم

نبذة عن عنصر الاكتينيوم

الأكتينيوم هو عنصر ينتمي إلى مجموعة العناصر المعروفة باسم سلسلة الانتقال الداخلية الثانية، حيث تتميز هذه السلسلة بتشكيل الأكتينيوم بدايةً لها وبملء غلاف التكافؤ المداري. ويعد الأكتينيوم واحدًا من أندر العناصر على الإطلاق.

خصائص عنصر الأكتينيوم

•  التوهج في الظلام

يتميز الأكتينيوم بالتوهج في الظلام، وهو خاصية مشتركة بين العناصر القليلة، ويتوهج بلون أزرق مخيف بسبب نشاطه الإشعاعي الشديد الذي يثير الهواء المحيط ويؤدي إلى تأكسده، ويوجد في خامات اليورانيوم الطبيعي، وتقدر الوفرة القشرية للأكتينيوم بحوالي 5.5 × 1010 مجم لكل كيلوغرام.

• عنصر فريد عن غيره

الأكتينيوم، 89 في الجدول الدوري، ينتمي إلى مجموعة من العناصر المعروفة أيضا باسم عناصر الأرض النادرة، إنه عنصر من المجموعة 3 والأول في سلسلة من العناصر المعروفة باسم الأكتينيدات، والأكتينيدات هي أعضاء في معادن انتقالية تظهر خصائصا مشابهة لطاقات التأين المنخفضة، والأكسدة الإيجابية، ونقاط الانصهار العالية، ونقاط الغليان العالية، والموصلية الكهربائية العالية، والقابلية للتطويع، ويتمتع الأكتينيوم بسلوك كيميائي مشابه للانثانم، 57 في الجدول الدوري ويقع فوق الأكتينيوم مباشرة.

• للأكتينيوم هيكل بلوري

الأكتينيوم معدن أبيض فضي له هيكل بلوري مكعب محوره الوجه، وله تكوين إلكتروني [Rn] 6d17s2، ونقطة انصهار تبلغ 1320 كلفن، ونقطة غليان 3470 كلفن، وموصلية حرارية تبلغ 12 وات -1 ك -1 عند 300 كلفن، وبفضل هيكله أصبح الأكتينيوم أقوى بنحو 150 مرة من الراديوم، ويستخدم في إنتاج النيوترونات، ويوجد بشكل أساسي إما كأكسيد أو هيدروكسيد وكأملاح هاليد.

عنصر الأكتينيوم المشع

تم عزل الأكتينيوم المشع لأول مرة بواسطة أندريه ديبرن في عام 1899 من بقايا البتشبلند التي تركها الكوريون بعد استخراج الراديوم، وعلى مدى العشرين عاما التالية، تم تحديد علاقات أعضاء سلسلة اضمحلال الأكتينيوم من خلال الدراسات الكيميائية الإشعاعية، وتم تحديد أعداد كتلة الأعضاء بواسطة آرثر ديمبستر في عام 1935 باستخدام التحليل الطيفي، واليوم، يتم إعداد الأكتينيوم عن طريق قصف الراديوم بالنيوترونات في مفاعل نووي أو عن طريق تقليل فلوريد الأكتينيوم باستخدام بخار الليثيوم عند درجة حرارة تتراوح بين 1100 إلى 1300 درجة مئوية.

الأكتينيوم هو في المقام الأول مادة مشعة، حيث يصنف على أنه سم مشع خطير بنشاط نوعي عال، يتشابه في ذلك مع الراديوم وعناصر أخرى من اليورانيوم والبلوتونيوم والأمريسيوم والكوريوم. عند التعرض للأكتينيوم، يتراكم في طبقات الهيكل العظمي السطحية للجسم البشري، حيث يتم احتجازه بقوة. معدل التحلل الإشعاعي للأكتينيوم أكبر من معدل التخلص منه، وحاليا لا توجد تطبيقات تجارية مهمة للأكتينيوم، باستثناء استخدامه في توليد الطاقة الحرارية وإنتاج النيوترونات.

الأكتينيوم 225

الاكتينيوم 225 مادة يمكن أن تضر أو ​​تعالج، وذلك اعتمادًا على كيفية استخدامها، ودائما ما يعطي توهجًا أزرق خافتًا، علامة على نشاطه الإشعاعي، في حين أن الطاقة والجسيمات دون الذرية التي تنبعث منه يمكن أن تلحق الضرر بالخلايا البشرية، فإنها يمكن أن تقتل أيضًا بعضًا من أصعب أنواع السرطان لدينا.

لحسن الحظ، اكتشف العلماء كيفية استخدام الأكتينيوم 225 لمكافحة السرطان، فهو يرتبط بالجزيئات التي يمكنها الاستقرار في الخلايا السرطانية فقط، وفي التجارب السريرية لعلاج مرضى سرطان البروستاتا المتقدم، قضى الأكتينيوم 225 على السرطان في ثلاث جلسات علاجية. ومع ذلك، كان مختبر Oak Ridge National Laboratory التابع لوزارة الطاقة في مكان واحد ينتج غالبية الأكتينيوم 225 في العالم على مدى عقود، وبالرغم من وجود مرافق دولية أخرى تساهم بكميات أقل، فإن الإجمالي لا يكفي سوى لعلاج أقل من 100 مريض سنويا، وهذا لا يكفي لإجراء أي تجارب سريرية إضافية.

يعتبر الأكتينيوم 225 فريدا بين بواعث الألفا لأن عمره النصف هو 10 أيام فقط. في غضون أسبوعين، تحولت نصف ذراته إلى نظائر مختلفة، ما يجعله مناسبا لبعض علاجات السرطان، حيث يخفض النصف القصير من العمر النصفي تراكم العلاج في أجسام المرضى. وفي الوقت نفسه، يتيح للأطباء وقتا كافيا لتحضير العلاج وإدارته ووصوله إلى الخلايا السرطانية في أجسام المرضى قبل أن يبدأ الاضمحلال.

كيف يتم إنتاج نظائر الأكتينيوم ” الأكتينيوم 225″

تبدأ عملية إنتاج الأكتينيوم 225 الجديدة بهدف مصنوع من الثوريوم بحجم قرص الهوكي، يضع العلماء الهدف في مسار شعاعهم، الذي يطلق البروتونات بنحو 40٪ من سرعة الضوء، وعندما تضرب البروتونات من الحزمة نوى الثوريوم، فإنها ترفع طاقة البروتونات والنيوترونات في النوى، وتهرب البروتونات والنيوترونات التي تكتسب طاقة حركية كافية من ذرة الثوريوم، بالإضافة إلى ذلك، انقسمت بعض النوى المتحمسة إلى نصفين، ثم بدأت عملية طرد البروتونات والنيوترونات وكذلك الانقسامالذي يحول ذرات الثوريوم إلى مئات من النظائر المختلفة – منها الأكتينيوم 225 واحد.

بعد مرور 10 أيام على القصف بالبروتونات، قام العلماء بإزالة الهدف وإعطائه الراحة حتى تحلل النظائر المشعة ذات العمر القصير، وهذا يقلل من نشاط الإشعاع. ثم يقومون بإزالة الهدف من العبوة الأولية وتحليله وإعادة تعبئته للشحن. يتم استقبال الأهداف في حاويات خاصة ويتم نقلها إلى “خلية ساخنة” تسمح للعلماء بالعمل مع مواد عالية الإشعاع. ثم يتم فصل الأكتينيوم 225 عن المواد الأخرى باستخدام تقنية مشابهة لتلك المستخدمة لإنتاجه من هيكل الثوريوم. ويتم تحديد “أي نظائر” موجودة في المنتج النهائي بقياس نشاط الإشعاع وكتلتها.

طبعا لم تكن هذه المهمة سهلة، كان على فريق العلماء التأكد من أن الهدف سيصمد تحت وابل من البروتونات، فالحزم قوية للغاية بحيث يمكنها إذابة الثوريوم – الذي له نقطة انصهار أعلى من 3000 درجة فهرنهايت، كما أراد العلماء أن يجعلوا من السهل قدر الإمكان فصل الأكتينيوم 225 عن الهدف في وقت لاحق.

بعد ذلك، كان على فريق العلماء ضبط خطوط الأشعة على المعلمات الصحيحة، حيث تحدد كمية الطاقة في الحزمة النظائر التي ينتجها، من خلال نمذجة العملية وإجراء اختبارات التجربة والخطأ،وتحديد الإعدادات التي تنتج أكبر قدر ممكن من الأكتينيوم 225.

 بينما كان فصل الأكتينيوم من المجموعة النظائر الأخرى صعبًا، فإن الفريق العلمي كان قادرًا على القيام بذلك باستخدام الممارسات الكيميائية القياسية إلى حد ما. ومع ذلك، لم يتمكنوا من فصل الأكتينيوم 225 عن النظير الطويل العمر الخاص به.

إعادة استخدام النظائر لأغراض الطب

استغرق الباحثون الطبيون عقودا لاكتشاف كيمياء استهداف السرطان باستخدام الأكتينيوم 225، ومع ذلك، يواجهون الآن صعوبة في الحصول على هذا المصدر، نظرا لندرته الشديدة، فالأكتينيوم نادر جدا، ولا يتواجد الأكتينيوم 225 بشكل طبيعي على الإطلاق.

يعرف العلماء فقط عن الخصائص الاستثنائية للأكتينيوم 225 بسبب غرابة التاريخ، في الستينيات، أنتج العلماء  اليورانيوم -233 كوقود للأسلحة والمفاعلات النووية، وقاموا بشحن بعض أهداف إنتاج اليورانيوم -233 إلى الأطباء للمعالجة، واحتوت تلك الأهداف أيضًا على الثوريوم 229 ، الذي يتحلل إلى أكتينيوم 225، وفي عام 1994، بدأ فريق من العلماء بالاشتراك مع الاطباء في استخراج الثوريوم 229 من المادة المستهدفة، وأسسوا في النهاية “هيكل” من الثوريوم، يمكنهم منه بانتظام “استخراج” الأكتينيوم 225.