🗊Презентация Современная радиохимия

РАДИОХИМИЯ Виктор Васильевич Прояев – доцент кафедры ИРРТ

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА 1. Нефедов В.Д., Текстер Е.Н., Торопова М.А. Радиохимия. М.: Высш.шк., 1987. -272 с. 2. Несмеянов Ан. Н. Радиохимия. - М.: Химия, 1978. – 526 c. 3. Вдовенко В.М. Современная радиохимия. - М.: Атомиздат, 1969. – 544с. 4. Изотопы: свойства, получение, применение. В 2 т. / Под ред. В.Ю. Баранова. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2005.

Радиохимия - область науки, изучающая химию радиоактивных элементов, изотопов и веществ, законы их физико-хими-ческого поведения, химию ядерных превращений и сопутствующие им физико-химические процессы (формула специальности ВАК 02.00.14.) Радиохимия - область науки, изучающая химию радиоактивных элементов, изотопов и веществ, законы их физико-хими-ческого поведения, химию ядерных превращений и сопутствующие им физико-химические процессы (формула специальности ВАК 02.00.14.)

Радиоакти́вность (от лат. radio — «излучаю», radius — «луч» и activus — «действенный») — свойство атомных ядер самопро-извольно (спонтанно) изменять свой состав (заряд Z, массовое число A) путём испускания элемен-тарных частиц или ядерных фрагментов. Радиоакти́вность (от лат. radio — «излучаю», radius — «луч» и activus — «действенный») — свойство атомных ядер самопро-извольно (спонтанно) изменять свой состав (заряд Z, массовое число A) путём испускания элемен-тарных частиц или ядерных фрагментов.

Виды радиоактивного распада α-распад все варианты бета-распада - электронный β- - распад; - позитронный β+ - распад; - электронный захват; - разветвленный распад (параллельно несколькими из вышеизложенных способов). нейтронный распад (спонтанное деление) протонный распад двупротоный распад двунейтронный распад кластерный распад (1984 г.)

Схемы радиоактивного распада

ЗАДАЧИ РАДИОХИМИИ Определить химическими методами: • какие изотопы, каких элементов, в каких химических и молекулярных формах образуются при различного рода ядерных превращениях; •  в каком состоянии они существуют и каким образом участвуют в различных процессах.  

ЗНАЧЕНИЕ РАДИОХИМИИ Фундаментальные открытия, сделанные методами радиохимии: естественная и искусственная радиоактивность; изотопия; ядерная изомерия; деление ядер тяжелых атомов; открытие новых элементов. Создание новых методы исследования: радиохимический анализ, метод радиоактивных индикаторов. Разработка радиохимических технологий получения ядерного оружия. Разработка радиохимических процессов ядерной энергетики. Решение радиоэкологических проблем.  

ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Радиоактивные элементы - элементы, не имеющие стабильных изотопов. Радиоактивные изотопы (радионуклиды) различных элементов

РАДИОАКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ Радиоактивные элементы – элементы, не имеющие стабильных изотопов: - технеций Тс – элемент №43, - прометий Pm – элемент №61, - элементы с порядковым номером ≥ 84 (начиная с полония Ро)

РАДИОНУКЛИДЫ (1) Радионуклид - вид радиоактивных атомов, обладающих одинаковым порядковым номером (зарядом ядра), одинаковым массовым числом и свойственной только ему совокупностью ядерно-физических свойств: • вид и энергия излучения;  • период полураспада (Т1/2) или постоянная распада (λ); • характеристики дочернего продукта распада.

РАДИОНУКЛИДЫ (2) • Для 112 элементов известно около 1700 стабильных и радиоактивных нуклидов. • Для 81 стабильного элемента известно 272 стабильных нуклида. • Около 70 радионуклидов сохранилось с момента аккреции Земли (реликтовые радионуклиды). Среди них 238U, 232Th, 235U, 40К, 87Rb, 147Sm, 176Lu, 187Re и др. • 238U, 232Th, 235U являются родоначальниками 3 радиоактивных семейств, в которые входят около 45 радионуклидов • Около 35 радионуклидов образуются под действие космического излучения. Важнейшие космогенные радионуклиды 3H, 7Be,14C, 22Na • Важнейшие техногенные радионуклиды - 137Cs (137mBa) , 90Sr (90Y), 239Pu, 3H, 14C, 85Kr

РАДИОНУКЛИДЫ (3)

СИСТЕМЫ, ИЗУЧАЕМЫЕ В РАДИОХИМИИ • Природные радиоактивные объекты – минералы, осадки, почвы, природные воды • Облученные мишени, включая облученное ядерное топливо (ПД – продукты деления – около 200 радионуклидов 35 элементов от Zn до Tb) • Меченые соединения • Радиоактивные отходы различного происхождения (отходы ЯТЦ, добычи и переработки природного сырья, сжигания угля, исследовательских учреждений и пр.) • Радиоактивные загрязнения природных сред

РАДИОМЕТРИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАДИОНУКЛИДОВ Мерой количества радиоактивного вещества (радионуклида) является активность. Абсолютная активность, А - количество распадов в единицу времени, с-1 Регистрируемая активность (скорость счета), I – количество регистрируемых импульсов в единицу времени, имп·мин-1 (имп·с-1 ) I = A · φ · 60 φ – коэффициент счета. φ зависит от типа детектора, условий измерения, вида и энергии излучения, изменяется в пределах от 0 до 1.

СВЯЗЬ МЕЖДУ ВЕСОМ И АКТИВНОСТЬЮ РАДИОАКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ m = A·M·T1/2 ·3,7·1010·(ln2·NA)-1 = = 8,864·10-14·A·M·T1/2, где: А – активность радионуклида, Ки; m – масса радионуклида, г; М – атомная масса радионуклида, г·моль-1; NA - число Авогадро. m = A·M·T1/2 ·(ln2·NA)-1 = = 2,396·10-24·A·M·T1/2, где: А – активность радионуклида, Бк

ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ РАДИОМЕТРИЧЕСКОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАДИОНУКЛИДОВ Чувствительность радиометрического определения радионуклидов (предел обнаружения) - наименьшее количество атомов (молей, г), которое можно определить радиометрически. Чувствительность тем выше (предел обнаружения тем меньше), чем меньше Т1/2 Если имеющаяся аппаратура позволяет фиксировать с достаточной точностью скорость счета над фоном Imin=30 имп·мин-1, то при φ =0,1 предел обнаружения в молях νmin составляет (νmin = Imin ·Т1/2 · (φ ·60 ·ln2·Nав)-1) для радионуклида с Т1/2 = 1 сутки νmin = 1,1·10-18 моль для радионуклида с Т1/2 = 1 месяц νmin = 3,1·10-17моль для радионуклида с Т1/2 = 1 год νmin = 3,7·10-16моль

СПЕЦИФИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ОБЪЕКТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ В РАДИОХИМИИ (1) 1. Ограниченное времени жизни. Определяется величиной Т1/2 (λ). Т1/2 изменяется в широких пределах. T1/2 (197Au) = 3·1016 лет T1/2 (269Ds) = 1,7·10-7 с Элементный и изотопный состав систем, содержащих радиоактивные вещества, изменяются во времени. Пример. Препарат 223Fr (T1/2 = 21,8 мин) через 21,8 мин будет содержать 50% 223Fr и 50% 223Ra (АсX, T1/2=11,43 дня), а через 218 мин. соотношение 223Fr : АсX составит ~1:1000.

СПЕЦИФИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ОБЪЕКТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ В РАДИОХИМИИ (2) 2.Ничтожно малые количества радионуклидов в исследуемых системах В экспериментах по синтезу 256Md было получено 17 атомов При столь малых концентрациях невозможно образование самостоятельной твердой фазы; велика роль процессов адсорбции и коллоидообразования; не реализуются реакции, для которых в скорость-определяющей стадии участвуют несколько частиц, например диспропорционирование иода: 3 I2 + 3 H2O = HIO3 + 5 HI; невозможно использование прямые методов определения фундаментальных характеристик элементов (Z, M, Eox/red, и др.)

СПЕЦИФИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ОБЪЕКТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ В РАДИОХИМИИ (3) 3. Огромные энергетические эффекты, сопутствующие радиоактивным превращениям образование «горячих» атомов (в результате захвата медленных нейтронов и α-распада образуются атомы с кинетической энергией 103 - 105 эВ, что соответствует температурам 106 - 108 К); радиационно-химические процессы: • физические – свечение и саморазогревание радиоактивных веществ и их растворов, газовыделение и повышение давления, саморазбрызгивание осадков и растворов, эрозия и разрушение стенок сосудов и приборов и т. д. ; • химические– изменение степени окисления, химической формы, дисперсности и других характеристик исследуемого радиоактивного элемента, а также и других компонентов системы (например, радиолиз воды)

ОСНОВНЫЕ РАЗДЕЛЫ РАДИОХИМИИ Общая радиохимия – изучение закономерностей и особенностей поведения радионуклидов при различного рода физико-химических процессах. Ядерная химия - изучении изотопного и элементного состава продуктов ядерных превращений. Химия процессов, индуцированных ядерными превращениями - изучение продуктов ядерных превращений на молекулярном уровне. Исследованием химических (молекулярных) форм, возникающих в результате ядерных превращений атомов, входящих в состав различных соединений. Химия радиоактивных элементов. Прикладная радиохимия - применение радиоактивных нуклидов в качестве меченых атомов в химических и физико-химических исследованиях и в смежных с химией областях знаний.