69 铥辐射X射线的元素

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2019/6/19
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Author:Peng Li

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

分类	第ⅢB族▪金属（镧系元素）
原子序号・原子量	69(168.934)
电子配置	4f¹³6s²
密度	9.3208g/cm³
熔点	1545°C
沸点	1947°C
色・形状	银白色金属
丰度	0.48ppm（地壳）
发现者	Per Teodor Cleve
主要的同位素	¹⁶⁹Tm
用途例	射线辐射源，激光器，钞票防伪
前后的元素	铒-铥-镱

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 Hwareeet 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.