في الكيمياء يعد عنصر البروميثيوم أحد العناصر الكيميائية، يمتلك الرمز الكيميائي Pm ورقم ذري مقداره 61 في الجدول الدوري، كما ويصنف البروميثيوم على أنه أحد اللانثانيدات، وهو يكون على شكل مادة صلبة في درجة حرارة الغرفة.
اكتشاف عنصر البروميثيوم
لقد تنبأ الكيميائي التشيكي بوهوسلاف براونر بوجود عنصر البروميثيوم، وذلك في عام 1902 ميلادي، حيث قامت عدة مجموعات بالادعاء أنها قامت بإنتاج هذا العنصر، ولكنهم لم يتمكنوا من تأكيد اكتشافاتهم؛ وذلك بسبب صعوبة عمليات الفصل لعنصر البروميثيوم عن العناصر الأخرى.
لاحقا لقد تم الحصول على دليل على وجود عنصر البروميثيوم من قبل جاكوب أ. مارينسكي ولورانس إي جليندينين وتشارلز دي كوريل، وحدث ذلك في عام 1944 ميلادي، إذ أنهم كانوا مشغولين جدًا بعمليات البحث المتعلق بالدفاع في الحرب العالمية الثانية، ولم يدعوا اكتشافهم لهذا العنصر حتى عام 1946 ميلادي.
لقد قاموا باكتشاف عنصر البروميثيوم أثناء عملية تحليل للمنتجات الثانوية لعملية انشطار اليورانيوم، والتي قد تم إنتاجها في مفاعل نووي يقع في مختبرات كلينتون في أوك ريدج الواقعة في تينيسي، أما اليوم تُعرف مختبرات كلينتون باسم مختبر أوك ريدج الوطني.
في هذه الأيام لا يزال عنصر البروميثيوم يسترد من المنتجات الثانوية لعملية انشطار اليورانيوم، ولكن من الممكن أيضًا أن يتم إنتاجه عن طريق عملية قصف لنظير النيوديميوم 146 بالنيوترونات، عندئذ يتحول ليصبح نظير النيوديميوم 146 عبارة عن نظير النيوديميوم 147 عندما يلتقط نيوترونًا.
أما بالنسبة لنظير النيوديميوم 147 مع عمر نصف 11 يومًا يتحلل إلى نظير البروميثيوم 147 من خلال عملية تحلل بيتا، حيث أنه لا يتواجد عنصر البروميثيوم بشكل طبيعي على الأرض، على الرغم من اكتشافه في طيف نجم في كوكبة المرأة المسلسلة، إن من أكثر نظائر البروميثيوم استقرارًا هو نظير البروميثيوم 145 وله نصف عمر يساوي 17.7 سنة، ويقوم بالتحلل إلى نظير النيوديميوم 145 من خلال عملية التقاط الإلكترون.
سمي هذا العنصر على اسم بروميثيوس اليوناني وهو الذي وفقًا للأساطير قام بسرقة النار من السماء، وفي عام 1902 ميلادي تنبأ برانر بوجود عنصر يقع بين عنصر النيوديميوم وعنصر السماريوم، وهذا ما أكده موسلي لاحقا في عام 1914 ميلادي.
في عام 1941 ميلادي قام العاملون في جامعة ولاية أوهايو بإشعاع عنصر النيوديميوم وعنصر البراسيوديميوم بالنيوترونات والديوترونات وجزيئات ألفا، وقاموا بإنتاج العديد من الأنشطة الإشعاعية الجديدة، والتي كانت على الأرجح تلك الخاصة بالعنصر 61.
أكد عدد من العلماء في عام 1942 ميلادي على التكوين الكيميائي له، ومع ذلك لم يكن هناك دليل كيميائي على إنتاج العنصر 61؛ وذلك بسبب صعوبة عملية فصل العناصر الأرضية النادرة عن بعضها البعض في ذلك الوقت، وفي عام 1945 ميلادي قام كل من مارينسكي وجليندينين وكوريل بأول تعريف كيميائي باستخدام كروماتوغرافيا التبادل الأيوني، حيث تم عملهم عن طريق عملية انشطار اليورانيوم وعمليات القصف النيوتروني لعنصر النيوديميوم.
على الرغم من عدم انبعاث أشعة جاما إلا أنه يمكن أن يتم توليد الأشعة السينية عندما تصطدم جسيمات بيتا بعناصر ذات عدد ذري كبير، كما ويجب أن يتم توخي الحذر الشديد في التعامل معها، كما تتألق أملاح البروميثيوم في الظلام مع توهج أزرق باهت أو أخضر اللون؛ وذلك بسبب نشاطها الإشعاعي العالي.
لقد أدت طرق التبادل الأيوني إلى تحضير حوالي 10 جم من عنصر البروميثيوم من خلال نفايات معالجة وقود المفاعل الذري في أوائل عام 1963 ميلادي، علما أنه لا يُعرف سوى القليل بشكل عام عن خصائص البروميثيوم المعدني، وأنه يوجد لديه تعديلان متآصلان أو هيكلان متآصلان.
معلومات عامة عن عنصر البروميثيوم
- يمكن أن يتم استخدام عنصر البروميثيوم في عملية صنع بطارية تعمل بالطاقة النووية، كما ويستخدم هذا النوع من البطاريات جسيمات بيتا المنبعثة من خلال عملية اضمحلال البروميثيوم لجعل الفوسفور ينبعث منه الضوء، ثم يتم بعد ذلك عملية لتحويل هذا الضوء إلى كهرباء بواسطة جهاز مشابه للخلية الشمسية، ومن المتوقع أن يوفر هذا النوع من البطاريات الطاقة لمدة خمس سنوات تقريبا.
- يمكن أيضًا أن يتم استخدام البروميثيوم كمصدر محمول للأشعة السينية في المولدات الكهروحرارية للنظائر المشعة؛ وذلك من أجل توفير الكهرباء للمسبارات الفضائية والأقمار الصناعية، كما ويستخدم كمصدر للنشاط الإشعاعي للمقاييس التي تقيس السُمك وأيضا لصنع ليزر يمكن استخدامه للتواصل مع الغواصات المغمورة.
- يحتوي عنصر البروميثيوم على تطبيقات كمصدر تجريبي لمقاييس السُمك ويمكن امتصاصه بواسطة عنصر الفوسفور لإنتاج الضوء، حيث يمكن استخدام الضوء الناتج بهذه الطريقة للإشارات أو الإشارات التي تتطلب عملية يمكن الاعتماد عليها، كما ويمكن استخدامه كبطارية تعمل بالطاقة النووية عن طريق التقاط الضوء في الخلايا الضوئية التي تحوله إلى تيار كهربائي.
- مثل هذه البطارية التي تستخدم النظير (147-Pm) سيكون لها عمر مفيد يبلغ حوالي 5 سنوات تقريبا، إذ يظهر البروميثيوم واعدًا كمصدر محمول للأشعة السينية، كما وقد يصبح مفيدًا كمصدر حرارة لتوفير طاقة مساعدة للمسبارات الفضائية والأقمار الصناعية، إذ أنه قد تم تحضير أكثر من 30 مركب بروميثيوم، ومعظم هذه المركبات ملونة.
- كانت عمليات البحث عن العنصر الموجود على الأرض غير مثمرة، كما يبدو الآن فأن عنصر البروميثيوم مفقود تمامًا من القشرة الأرضية، ومع ذلك فقد تم تحديد البروميثيوم في طيف النجم (HR-465) في المرأة المسلسلة، إذ يتشكل هذا العنصر مؤخرًا بالقرب من سطح النجم لأنه لا يوجد أي نظير معروف للبروميثيوم له نصف عمر أطول من 17.7 سنة.
- هناك سبعة عشر نظيرًا من البروميثيوم بكتل ذرية من الكتلة 134 إلى الكتلة 155 معروفة الآن، حيث يعتبر نظير البروميثيوم 147، والذي يبلغ نصف عمر 2.6 سنة الأكثر فائدة بشكل عام، أما نظير البروميثيوم 145 فيعد أنه هو الأطول عمراً كما وأن له نشاط محدد 940 Ci / g.
- يستخدم النظير الباعث للجسيمات بيتا النظير (147-Pm) مع عمر نصف مقداره 2.68 سنة، في عملية صناعة الوقود النووي لقياس سمك الطبقة السطحية الداخلية من الجرافيت في أنبوب الكسوة حيث يوضع قضيب الوقود النووي في نواة مفاعل الوقود، إذ يعمل الجرافيت كطبقة واقية ضد التلامس الميكانيكي بين قضيب الوقود النووي وكسوة (Zircaloy) وهو عبارة عن أنبوب احتجاز قضيب الوقود وكحاجز انتشار ضد نواتج الانشطار.
- من خلال وضع طبقة من النظير (147-Pm) على طول السطح الداخلي للكسوة قبل الجرافيت فإن عمر النصف الطويل البالغ للنظير (147-Pm) وانبعاث جسيمات بيتا الثابت يوفر تقنية موثوقة وبسيطة لقياس سمك الجرافيت على طول السطح الداخلي للأنبوب وهذه التقنية تسمى تقنية التشتت الخلفي لأشعة بيتا.
- خاصية اضمحلال بيتا البالغة للنظير (147-Pm) تجعل هذا النظائر المشعة مرشحًا مثاليًا للبطاريات النووية (بيتا فولتية)، حيث أنه هناك حاجة لإمدادات الطاقة طويلة الأمد للظروف البيئية البعيدة وأحيانًا المعادية للبعثات الفضائية والبحرية، كما ويمكن للبطاريات النووية أن تؤدي هذا الدور بشكل فريد، إذ أنه يمكن للبطارية النووية التي تستخدم الفولتية بيتا أن تمتلك كثافة طاقة (كمية الطاقة لكل وحدة كتلة) بالقرب من ألف واط / ساعة لكل كيلوغرام بكفاءة تبلغ 21 بالمائة وهي أكبر بكثير من أفضل البطاريات الكيميائية.
