Úvod ………………………………………………………………………… 3
Použitie rádioaktívnych zdrojov v rôznych
sféry ľudskej činnosti ……………………………………………………………… .3
Chemický priemysel
Mestská ekonomika
Lekársky priemysel
Radiačná sterilizácia výrobkov a materiálov
Výroba rádioizotopových kardiostimulátorov
Predsejbové ožarovanie semien a hľúz
Rádioizotopová diagnostika (vpravenie rádioaktívneho lieku do tela)
Rádioaktívne odpady, problémy ich zneškodňovania ………………… ..8
Nedostatočne vyvinutá metóda ………………………………………………………………… .... 12
Tlak vonkajších okolností ………………………………………………… .... 13
Rozhodovanie a technologická zložitosť problému ...................... 13
Neistota pojmu ………………………………………………………… ... 14
Úvod
V súčasnosti je ťažké nájsť odvetvie vedy, techniky, priemyslu, poľnohospodárstva a medicíny, kde by sa nevyužívali zdroje rádioaktivity (rádioaktívne izotopy). Umelé a prírodné rádioaktívne izotopy sú výkonným a jemným nástrojom na vytváranie citlivých analytických a kontrolných metód v priemysle, jedinečný liek na lekársku diagnostiku a liečbu zhubných nádorových ochorení účinný prostriedok na ovplyvňovanie rôznych látok, vrátane organických. Najdôležitejšie výsledky boli získané s použitím izotopov ako zdrojov žiarenia. Vytvorenie zariadení s výkonnými zdrojmi rádioaktívneho žiarenia umožnilo jeho využitie na monitorovanie a riadenie technologických procesov; technická diagnostika; terapia ľudských chorôb; získanie nových vlastností látok; premena energie rozpadu rádioaktívnych látok na teplo a elektrinu atď. Najčastejšie sa na tieto účely využívajú izotopy ako ⁶⁰CO, ⁹⁰Sr, ¹³⁷Cs a izotopy plutónia. Aby sa zabránilo odtlakovaniu zdrojov, sú na ne kladené prísne požiadavky z hľadiska mechanickej, tepelnej a koróznej odolnosti. To poskytuje záruku zachovania tesnosti počas celej doby prevádzky zdroja.
Využitie rádioaktívnych žiaričov v rôznych oblastiach ľudskej činnosti.
Chemický priemysel
Radiačne-chemická modifikácia polyamidovej tkaniny, ktorá jej dodáva hydrofilné a antistatické vlastnosti.
Úprava textilných materiálov na získanie vlastností podobných vlne.
Získanie bavlnených tkanín s antimikrobiálnymi vlastnosťami.
Radiačná úprava kryštálu na získanie kryštálových produktov rôznych farieb.
Radiačná vulkanizácia gumotextilných materiálov.
Radiačná úprava polyetylénových rúr pre zvýšenie tepelnej stability a odolnosti voči agresívnym médiám.
Vytvrdzovanie náterov farieb a lakov na rôznych povrchoch.
Mäkké drevo v dôsledku ožiarenia získava výrazne nízku schopnosť absorbovať vodu, vysokú stálosť geometrických rozmerov a vyššiu tvrdosť (výroba mozaikových parkiet).
Mestská ekonomika
Radiačná úprava a dezinfekcia odpadových vôd.
Lekársky priemysel
Radiačná sterilizácia výrobkov a materiálov
Sortiment radiačne sterilizovaných produktov zahŕňa viac ako tisíc položiek vrátane jednorazových injekčných striekačiek, systémov pre krvné čerpanie, lekárskych nástrojov, stehov a obväzov, rôznych protéz používaných v kardiovaskulárnej chirurgii, traumatológii a ortopédii. Hlavnou výhodou radiačnej sterilizácie je, že sa môže vykonávať nepretržite pri vysokých rýchlostiach. Je vhodný na sterilizáciu hotových výrobkov balených v prepravných obaloch alebo sekundárnych obaloch, ako aj na sterilizáciu termolabilných výrobkov a materiálov.
Výroba rádioizotopových kardiostimulátorov s napájacími zdrojmi na báze ²³⁸Pu. Implantované do ľudského tela sa používajú na liečbu rôznych srdcových arytmií, ktoré nie sú prístupné liekom. Použitie rádioizotopového zdroja energie zvyšuje ich spoľahlivosť, zvyšuje ich životnosť až na 20 rokov, vracia pacientov do normálneho života znížením počtu opakovaných operácií na implantáciu kardiostimulátora.
Poľnohospodárstvo a potravinársky priemysel
Poľnohospodárstvo je dôležitou oblasťou použitia ionizujúceho žiarenia. K dnešnému dňu sa v praxi poľnohospodárstva a vedecký výskum poľnohospodárskeho profilu možno rozlíšiť tieto hlavné oblasti použitia rádioizotopov:
Ožarovanie poľnohospodárskych objektov (predovšetkým rastlín) malou dávkou s cieľom stimulovať ich rast a vývoj;
Aplikácia ionizujúceho žiarenia na radiačnú mutagenézu a šľachtenie rastlín;
Použitie metódy radiačnej sterilizácie na boj proti hmyzím škodcom poľnohospodárskych rastlín.
Predsejbové ožarovanie semien a hľúz(pšenica, jačmeň, kukurica, zemiaky, repa, mrkva) zlepšuje výsevné vlastnosti semien a hľúz, urýchľuje procesy vývoja rastlín (skorá zrelosť), zvyšuje odolnosť rastlín voči nepriaznivé faktory streda.
V oblasti šľachtenia prebieha výskum mutagenézy. Cieľom je vybrať makromutácie pre vysokoúrodné odrody. Radiačné mutanty, ktoré sú predmetom záujmu, už boli získané pre viac ako 50 kultúr.
Použitie ionizujúceho žiarenia na sterilizáciu hmyzích škodcov vo výťahoch a sýpkach môže znížiť straty na úrode až o 20 %.
Je známeže ionizujúce γ-žiarenie zabraňuje klíčeniu zemiakov a cibule, používa sa na dezinsekciu sušeného ovocia, potravinových koncentrátov, spomaľuje mikrobiologické kazenie a predlžuje trvanlivosť ovocia, zeleniny, mäsa, rýb. Odhalila sa možnosť urýchlenia procesu starnutia vín a koňaku, zmena rýchlosti dozrievania plodov, odstránenie nepríjemného zápachu liečivých vôd. V konzervárenskom priemysle (ryby, mäso a mliečne výrobky, zelenina a ovocie) je sterilizácia konzervovaných potravín široko používaná. Treba poznamenať, že štúdia ožiarených potravinových produktov ukázala, že γ-ožiarené potraviny sú neškodné.
Uvažovali sme o použití rádioizotopov špecifických pre jednotlivé odvetvia. Okrem toho sa rádioizotopy používajú v celom priemysle na tieto účely:
Meranie hladín kvapalín v taveninách;
Meranie hustoty kvapalín a buničiny;
Počítanie položiek na kontajneri;
Meranie hrúbky materiálu;
Meranie hrúbky ľadu na lietadlách a iných vozidlách;
Meranie hustoty pôdy a vlhkosti;
Nedeštruktívna γ -defektoskopia materiálov produktu.
Klinické využitie rádioizotopových terapeutických prístrojov, ako aj klinická rádioizotopová diagnostika našla priamo v lekárskej praxi.
Gama-terapeutické zariadenia na vonkajšie gama-ožarovanie sú zvládnuté. Tieto prístroje výrazne rozšírili možnosti vzdialenej γ-terapie nádorov využitím možností statického a mobilného ožarovania.
Pre jednotlivé nádorové lokalizácie sa využívajú rôzne možnosti a spôsoby radiačnej liečby. Pretrvávajúce päťročné kúry v štádiách 1, 2 a 3 boli získané v
90-95, 75-85 a 55-60% pacientov. Známa je aj pozitívna úloha radiačnej terapie pri liečbe rakoviny prsníka, pľúc, pažeráka, ústnej dutiny, hrtana, močového mechúra a iných orgánov.
Rádioizotopová diagnostika (vpravenie rádioaktívneho lieku do tela) sa stala neoddeliteľnou súčasťou diagnostického procesu vo všetkých štádiách vývoja ochorenia alebo hodnotenia funkčného stavu zdravého organizmu. Rádioizotopové diagnostické štúdie možno zhrnúť do nasledujúcich hlavných častí:
Stanovenie rádioaktivity celého tela, jeho častí, jednotlivých orgánov s cieľom identifikovať patologický stav orgánu;
Stanovenie rýchlosti pohybu rádioaktívneho prípravku v jednotlivých priestoroch kardiovaskulárneho systému;
Štúdium priestorovej distribúcie rádioaktívneho prípravku v ľudskom tele na vizualizáciu orgánov, patologických útvarov a pod.
Medzi najdôležitejšie aspekty diagnostiky patria patologické zmeny kardiovaskulárneho systému, včasná detekcia malígnych novotvarov, hodnotenie stavu kostí, krvotvorného a lymfatického systému tela, ktoré sú ťažko dostupnými objektmi na štúdium tradičnými klinickými a inštrumentálnymi metódami. .
Zavedené do klinickej praxe Nie, označené ¹³y na diagnostiku ochorení štítnej žľazy; NaCe označené ²⁴Na na štúdium lokálneho a celkového prietoku krvi;
Na₃PO₄, označený ³³P na štúdium procesov jeho akumulácie v pigmentových útvaroch kože a iných nádorových útvaroch.
Rozhodujúci význam má diagnostická metóda v neurológii a neurochirurgii s využitím izotopov ⁴⁴Tc, ¹333Xe a ¹⁶⁹Y. Je to nevyhnutné pre presnejšiu diagnostiku chorôb mozgu, ako aj chorôb kardiovaskulárneho systému. V nefrológii a urológii sa používajú rádioaktívne prípravky s obsahom ¹³¹Y, ¹⁹⁷Hg,
1⁶⁹Yb, ⁵1Cr a 1133Yn. Vďaka zavedeniu rádioizotopových vyšetrovacích metód sa zlepšila skorá chorobnosť obličiek a iných orgánov.
Vedecké a aplikované využitie izotopov p / je veľmi široké. Zastavme sa pri niektorých:
Z praktického hľadiska je zaujímavé použitie rádioizotopových elektrární (REU) s elektrickým výkonom od niekoľkých jednotiek až po stovky wattov. Najväčšia praktická aplikácia bola nájdená pre rádioizotopové termoelektrické generátory, v ktorých sa transformácia energie rozpadu na elektrickú energiu uskutočňuje pomocou termoelektrických meničov, takéto elektrárne sa vyznačujú úplnou autonómiou, schopnosťou pracovať v akýchkoľvek klimatických podmienkach, dlhou životnosťou. a prevádzková spoľahlivosť.
Rádioizotopové napájacie zdroje zabezpečujú prevádzku v systémoch automatických meteorologických staníc; v systémoch navigačných zariadení v odľahlých a neobývaných oblastiach (napájanie majákov, navádzacie značky, navigačné svetlá).
Vďaka pozitívnym skúsenostiam s ich používaním v podmienkach nízkych teplôt bolo možné ich použiť v Antarktíde.
Je tiež známe, že izotopové elektrárne s ²¹ºPo sa používali na vozidlách pohybujúcich sa po mesačnom povrchu (lunárne vozidlá).
Použitie izotopov r / a vo vedeckom výskume nemožno preceňovať, pretože všetky praktické metódy sú výsledkom pozitívnych výsledkov výskumu.
Okrem toho treba spomenúť také veľmi úzke špecializácie, ako je kontrola škodcov v starovekých umeleckých predmetoch, ako aj použitie prírodných izotopov r/a v radónových kúpeľoch a bahne v kúpeľnej liečbe.
Po skončení životnosti rádioaktívneho žiariča sa musí predpísaným spôsobom odovzdať do špeciálnych závodov na spracovanie (úpravu) s následným uložením ako rádioaktívny odpad.
Rádioaktívne odpady, problémy ich likvidácie
Problém rádioaktívneho odpadu je špecifickým prípadom všeobecného problému znečisťovania životného prostredia odpadmi z ľudskej činnosti. Zároveň si však výrazná špecifickosť rádioaktívneho odpadu vyžaduje použitie špecifických metód na zaistenie bezpečnosti pre ľudí a biosféru.
Historická skúsenosť s nakladaním s priemyselným a domovým odpadom sa formovala v podmienkach, keď povedomie o nebezpečnosti odpadov a programy na ich neutralizáciu vychádzali z bezprostredných vnemov. Schopnosti toho druhého zabezpečovali primeranosť uvedomenia si súvislostí vplyvov priamo vnímaných zmyslovými orgánmi s nastávajúcimi dôsledkami. Úroveň poznania umožnila znázorniť logiku mechanizmov vplyvu odpadov na človeka a biosféru, ktorá pomerne presne zodpovedá reálnym procesom. K prakticky rozvinutým tradičným koncepciám spôsobov likvidácie odpadov sa historicky pripojili kvalitatívne odlišné prístupy vyvinuté s objavom mikroorganizmov, ktoré tvoria nielen empiricky, ale aj vedecky podloženú metodickú oporu bezpečnosti človeka a jeho životného prostredia. V medicíne a systéme sociálneho manažmentu sa vytvorili zodpovedajúce podsektory, napríklad hygienické a epidemiologické záležitosti, komunálna hygiena atď.
S rýchlym rozvojom chémie a chemického priemyslu sa v priemyselnom a domácom odpade vo veľkom množstve objavili nové prvky a chemické zlúčeniny, vrátane tých, ktoré v prírode neexistujú. Z hľadiska rozsahu sa tento jav stal porovnateľným s prírodnými geochemickými procesmi. Ľudstvo čelí potrebe prejsť na inú úroveň hodnotenia problémov, kde by sa mali brať do úvahy kumulatívne a oneskorené účinky, metódy na identifikáciu dávok expozície, potreba používať nové metódy a špeciálne vysoko citlivé zariadenia na zisťovanie nebezpečenstva atď. .
Kvalitatívne iné nebezpečenstvo, aj keď v niektorých znakoch podobné chemikáliám, prinieslo na človeka "rádioaktivita" ako jav, ktorý nie je priamo vnímaný zmyslovými orgánmi človeka, nie je ničený metódami známymi ľudstvu a vo všeobecnosti ešte nie je dostatočne preskúmaný: nemožno vylúčiť objavenie nových vlastností, vplyvov a dôsledkov tohto javu. Preto pri vytváraní všeobecných a špecifických vedeckých a praktických úloh „eliminovať nebezpečenstvo rádioaktívneho odpadu“ a najmä pri riešení týchto problémov vznikajú neustále ťažkosti, ktoré ukazujú, že tradičná formulácia presne neodráža skutočnú, objektívnu povahu. „problém rádioaktívneho odpadu“. Napriek tomu je ideológia takéhoto tvrdenia rozšírená v právnych i mimoprávnych dokumentoch celoštátneho a medzištátneho charakteru, ktoré, ako možno predpokladať, pokrývajú široké spektrum moderných vedeckých názorov, smerov, výskumov a praktických aktivít; zohľadňovať vývoj všetkých známych domácich a zahraničných organizácií zaoberajúcich sa „problémom rádioaktívnych odpadov“.
Nariadením vlády Ruskej federácie č. 1030 zo dňa 23.10.1995 bol schválený federálny cieľový program „Nakladanie s rádioaktívnym odpadom a vyhoretým rádioaktívnym odpadom“. jadrové materiály, ich využitie a pochovávanie v rokoch 1996-2005 “.
Rádioaktívny odpad sa v ňom považuje „za látky, ktoré nie sú predmetom ďalšieho použitia (v žiadnom stav agregácie), materiály, výrobky, zariadenia, predmety biologického pôvodu, v ktorých obsah rádionuklidov prekračuje hodnoty ustanovené regulačnými predpismi. Program zdôraznil osobitnú časť „Stav problému“, ktorá obsahuje popis konkrétnych zariadení a verejných priestorov, v ktorých prebieha „nakladanie s rádioaktívnym odpadom“, ako aj všeobecné kvantitatívne charakteristiky „problému s rádioaktívnym odpadom“ v Rusku.
„Veľké množstvo nahromadeného neupraveného rádioaktívneho odpadu, nedostatočné technické prostriedky na zabezpečenie bezpečnej manipulácie s týmto odpadom a vyhoretým jadrovým palivom, nedostatok spoľahlivých skladovacích zariadení na ich dlhodobé skladovanie a (alebo) ukladanie zvyšuje riziko radiačných havárií a vytvára reálnu hrozbu rádioaktívnej kontaminácie životného prostredia, nadmerného ožiarenia obyvateľstvo a personál organizácií a podnikov, ktorých činnosť súvisí s využívaním atómovej energie a rádioaktívnych materiálov“.
Hlavnými zdrojmi vysokoaktívneho rádioaktívneho odpadu (RW) sú jadrová energetika (vyhoreté jadrové palivo) a vojenské programy (plutónium z jadrových hlavíc, vyhorené palivo z transportných reaktorov jadrových ponoriek, kvapalný odpad z rádiochemických závodov a pod.).
Vynára sa otázka: treba RW považovať len za odpad alebo za potenciálny zdroj energie? Od odpovede na túto otázku závisí, či ich chceme skladovať (v prístupnej forme) alebo zlikvidovať (t.j. zneprístupniť). V súčasnosti je všeobecne akceptovaná odpoveď, že rádioaktívny odpad je naozaj odpad, možno s výnimkou plutónia. Plutónium môže teoreticky slúžiť ako zdroj energie, hoci technológia získavania energie z neho je zložitá a dosť nebezpečná. Mnohé krajiny, vrátane Ruska a Spojených štátov, sú teraz na križovatke: „spustiť“ plutóniovú technológiu pomocou odzbrojovacie plutónium alebo zlikvidovať toto plutónium? Nedávno ruská vláda a Minatom oznámili, že chcú spoločne so Spojenými štátmi spracovať plutónium na výrobu zbraní; to znamená možnosť rozvoja plutóniovej energetiky.
Vedci už 40 rokov porovnávajú možnosti likvidácie rádioaktívneho odpadu. Hlavnou myšlienkou je, že musia byť umiestnené na takom mieste, aby sa tam nemohli dostať životné prostredie a ublížiť človeku. Táto schopnosť poškodzovať rádioaktívny odpad je zachovaná desiatky a stovky tisíc rokov. ožiarené jadrové palivo, ktoré extrahujeme z reaktora obsahuje rádioizotopy s polčasmi rozpadu od niekoľkých hodín po milión rokov (polčas rozpadu je čas, počas ktorého množstvo rádioaktívna látka sa zníži o polovicu a v niektorých prípadoch sa objavia nové rádioaktívne látky). Celková rádioaktivita odpadu však časom výrazne klesá. Pre rádium je polčas rozpadu 1620 rokov a je ľahké vypočítať, že po 10 tisíc rokoch zostane asi 1/50 pôvodného množstva rádia. Predpisy väčšiny krajín zabezpečujú bezpečnosť odpadu na obdobie 10 tisíc rokov. To samozrejme neznamená, že po tomto čase už rádioaktívny odpad nebude nebezpečný: jednoducho presúvame ďalšiu zodpovednosť za rádioaktívny odpad na vzdialených potomkov. Na to je potrebné, aby potomstvo poznalo miesto a formu pochovania týchto odpadov. Všimnite si, že celá písomná história ľudstva je stará menej ako 10 tisíc rokov. Úlohy, ktoré vznikajú pri likvidácii rádioaktívneho odpadu, sú v histórii techniky bezprecedentné: ľudia si nikdy nekládli také dlhodobé ciele.
Zaujímavým aspektom problému je, že je potrebné nielen chrániť ľudí pred odpadom, ale zároveň chrániť odpad pred ľuďmi. Počas času určeného na ich pochovanie sa mnohé sociálno-ekonomické formácie zmenia. Nedá sa vylúčiť, že v určitej situácii sa rádioaktívny odpad môže stať žiadúcim cieľom teroristov, vojenské konfliktné ciele atď. Je jasné, že keď hovoríme o tisícročiach, nemôžeme sa spoliehať, povedzme, na vládnu kontrolu a ochranu – nemožno predvídať, aké zmeny môžu nastať. Najlepšie by bolo možno odpad pre človeka fyzicky zneprístupniť, aj keď na druhej strane by to našim potomkom sťažilo ďalšie bezpečnostné opatrenia.
Je jasné, že ani jedno technické riešenie, ani jeden umelý materiál nemôže „fungovať“ tisícročia. Jednoznačný záver: samotné prírodné prostredie musí izolovať odpad. Zvažovali sa možnosti: zakopať rádioaktívny odpad hlboko oceánske depresie, sedimenty na dne oceánov, polárne čiapky; poslať ich na priestor; položiť ich dovnútra hlboké vrstvy zemskej kôry. Teraz sa to už všeobecne akceptuje optimálna cesta- zakopanie odpadu do hĺbky geologické útvary.
Je zrejmé, že RKO v tuhej forme je menej náchylné na prienik do prostredia (migrácia) ako kvapalné RKO. Preto sa predpokladá, že kvapalné rádioaktívne odpady budú najskôr prevedené do pevnej formy (sklovité, transformované na keramiku atď.). Napriek tomu sa v Rusku stále praktizuje vstrekovanie kvapalného vysokoaktívneho odpadu do hlbokých podzemných horizontov (Krasnojarsk, Tomsk, Dimitrovgrad).
V súčasnosti je prijatý tzv "Multibariéra" alebo Koncepcia likvidácie „hlbokej vrstvy“. Odpad je najskôr zachytený matricou (sklo, keramika, palivové pelety), potom viacúčelovým kontajnerom (používaný na prepravu a likvidáciu), potom sorbčným (absorbujúcim) ukladaním okolo kontajnerov a nakoniec geologickým prostredím.
Pokúsime sa teda ukladať rádioaktívny odpad do hlbinných geologických frakcií. Zároveň sme dostali podmienku: ukázať, že naše pohrebisko bude 10-tisíc rokov fungovať tak, ako si ho naplánujeme. Teraz sa pozrime, s akými problémami sa na ceste stretneme.
Prvé problémy sa vyskytujú vo fáze výberu lokalít na štúdium.
Napríklad v USA žiadny štát nechce. Aby sa štátne pohrebisko nachádzalo na jeho území. To viedlo k tomu, že snahou politikov bolo zo zoznamu vyškrtnutých veľa potenciálne vhodných oblastí, a to nie na základe vedeckého prístupu, ale v dôsledku politických hier.
Ako to vyzerá v Rusku? V súčasnosti je v Rusku stále možné študovať oblasti bez pocitu výrazného tlaku zo strany miestnych úradov (ak nepredpokladáte pochovávanie v blízkosti miest!). Verím, že so zvyšovaním skutočnej nezávislosti regiónov a subjektov federácie sa situácia posunie k situácii Spojených štátov amerických. Už teraz existuje tendencia Minatomu presúvať svoju činnosť do vojenských objektov, nad ktorými prakticky neexistuje kontrola: napríklad súostrovie Nová Zem (ruské testovacie miesto č. 1) má vytvárať pohrebisko, hoci v zmysle geologických parametrov to nie je ani zďaleka najlepšie miesto, o čom ešte bude reč neskôr.
Predpokladajme však, že prvá fáza sa skončila a lokalita je vybratá. Je potrebné ho preštudovať a poskytnúť predpoveď fungovania pohrebiska na 10 tisíc rokov. Tu nastáva nový problém.
Nedostatočný rozvoj metódy.
Geológia je deskriptívna veda. Predikciami sa zaoberajú samostatné odvetvia geológie (napríklad inžinierska geológia predpovedá správanie pôd pri výstavbe a pod.), ale nikdy predtým geológia nemala za úlohu predpovedať správanie sa geologických systémov na desiatky tisíc rokov. Z dlhoročného výskumu v rôznych krajinách dokonca vyvstali pochybnosti, či je vôbec možná viac či menej spoľahlivá predpoveď na takéto obdobia.
Predstavte si však, že sa nám podarilo vypracovať rozumný plán štúdie lokality. Je jasné, že realizácia tohto plánu bude trvať mnoho rokov: napríklad Mount Yaka v Nevade sa skúma už viac ako 15 rokov, ale záver o vhodnosti alebo nevhodnosti tejto hory bude urobený najskôr o 5 rokov. . Program likvidácie však bude pod čoraz väčším tlakom.
Tlak vonkajších okolností.
Počas studenej vojny sa odpad ignoroval; hromadili sa, ukladali sa do dočasných kontajnerov, strácali sa atď. Príkladom je vojenský objekt Hanford (obdoba nášho „Majáku“), kde je niekoľko stoviek obrovských nádrží s tekutým odpadom a pri mnohých z nich nie je známe, čo sa vo vnútri nachádza. Jedna skúšobná verzia stojí 1 milión dolárov! Na tom istom mieste, v Hanforde, sa asi raz za mesiac nájdu zakopané a „zabudnuté“ sudy či krabice s odpadom.
Vo všeobecnosti sa za roky vývoja jadrových technológií nahromadilo veľa odpadu. Dočasné úložiská v mnohých jadrových elektrárňach sa blížia k naplneniu a vo vojenských komplexoch sú často na pokraji zlyhania „kvôli vysokému veku“ alebo dokonca za touto hranicou.
Takže problém s pohrebom si vyžaduje súrne riešenia. Povedomie o tejto naliehavosti je čoraz akútnejšie, najmä od roku 430 energetické reaktory, stovky výskumných reaktorov, stovky transportných reaktorov jadrových ponoriek, krížnikov a ľadoborcov neustále hromadia rádioaktívny odpad. Ale ľudia, ktorí sú pritlačení k stene, nemusia mať nevyhnutne lepšie technické riešenia a zvyšuje sa pravdepodobnosť chýb. Pri rozhodnutiach týkajúcich sa jadrovej technológie môžu byť chyby veľmi nákladné.
Predpokladajme napokon, že sme minuli 10 – 20 miliárd dolárov a 15 – 20 rokov skúmaním potenciálneho miesta. Je čas urobiť rozhodnutie. Je zrejmé, že na Zemi neexistujú žiadne ideálne miesta a každé miesto bude mať pozitívne aj negatívne vlastnosti, pokiaľ ide o pochovanie. Je zrejmé, že je potrebné rozhodnúť, či pozitívne vlastnosti prevažujú nad negatívnymi a či tieto pozitívne vlastnosti poskytujú dostatočnú bezpečnosť.
Rozhodovanie a technologická zložitosť problému
Problém pochovávania je technicky mimoriadne zložitý. Preto je veľmi dôležité mať v prvom rade kvalitnú vedu a v druhom rade efektívnu interakciu (ako sa v Amerike hovorí – „interface“) medzi vedou a politikmi, ktorí rozhodujú.
Ruská koncepcia podzemnej izolácie rádioaktívneho odpadu a vyhoreného jadrového paliva v permafroste bola vyvinutá v Inštitúte priemyselných technológií ruského ministerstva pre atómovú energiu (VNIPIP). Bol schválený Štátnou ekologickou expertízou Ministerstva ekológie a prírodných zdrojov Ruskej federácie, Ministerstvom zdravotníctva Ruskej federácie a Gosatomnadzorom Ruskej federácie. Vedeckú podporu konceptu vykonáva Katedra permafrostu Moskovskej štátnej univerzity. Treba poznamenať, že tento koncept je jedinečný. Pokiaľ viem, žiadna iná krajina na svete nezvažuje otázku zakopania rádioaktívneho odpadu do permafrostu.
Hlavná myšlienka je toto. Teplotvorný odpad umiestňujeme do permafrostu a oddeľujeme ho od skál nepreniknuteľnou inžinierskou bariérou. Vplyvom uvoľňovania tepla sa permafrost v okolí pohrebiska začne topiť, no po chvíli, keď sa uvoľňovanie tepla zníži (v dôsledku rozpadu krátkodobých izotopov), horniny opäť zamrznú. Preto stačí zabezpečiť nepriepustnosť inžinierskych bariér v čase rozmrazovania permafrostu; po zmrazení je migrácia rádionuklidov nemožná.
Neistota pojmu
S týmto konceptom sú spojené minimálne dva hlavné problémy.
Po prvé, koncept predpokladá, že zamrznuté horniny sú nepriepustné pre rádionuklidy. Na prvý pohľad sa to zdá rozumné: všetka voda je zamrznutá, ľad je zvyčajne nepohyblivý a nerozpúšťa rádionuklidy. Ale ak budete pozorne pracovať s literatúrou, ukáže sa, že veľa chemických prvkov pomerne aktívne migruje v zamrznutých horninách. Už pri teplotách -10-12ºC je v horninách prítomná nemrznúca, takzvaná filmová voda. Čo je obzvlášť dôležité, vlastnosti rádioaktívnych prvkov, ktoré tvoria RW, z hľadiska ich možnej migrácie v permafroste neboli vôbec skúmané. Preto je predpoklad o nepriepustnosti zamrznutých hornín pre rádionuklidy opodstatnený.
Po druhé, aj keď sa ukáže, že permafrost je skutočne dobrým izolantom rádioaktívneho odpadu, nie je možné dokázať, že samotný permafrost vydrží dostatočne dlho: pripomeňme si, že normy stanovujú pochovávanie na obdobie 10 000 rokov. Je známe, že stav permafrostu je určený klímou, pričom dva najdôležitejšie parametre - teplota vzduchu a množstvo atmosférické zrážky... Ako viete, teplota vzduchu stúpa v dôsledku globálnej zmeny klímy. Najvyššia rýchlosť otepľovania sa vyskytuje presne v stredných a vysokých zemepisných šírkach severnej pologule. Je jasné, že takéto otepľovanie by malo viesť k topeniu ľadu a zníženiu permafrostu.
Výpočty ukazujú, že aktívne rozmrazovanie môže začať v priebehu 80-100 rokov a rýchlosť rozmrazovania môže dosiahnuť 50 metrov za storočie. Zamrznuté skaly Novej Zeme tak môžu úplne zmiznúť za 600-700 rokov, čo je len 6-7% času potrebného na izoláciu odpadu. Bez permafrostu karbonátové horniny Novej Zeme majú veľmi nízke izolačné vlastnosti vzhľadom na rádionuklidy.
Problém skladovania a ukladania rádioaktívneho odpadu (RW) je najdôležitejším a nevyriešeným problémom jadrovej energetiky.
Nikto na svete zatiaľ nevie, kde a ako uložiť vysoko rádioaktívny odpad, hoci práce v tomto smere prebiehajú. Zatiaľ hovoríme o perspektívnych a v žiadnom prípade nie priemyselných technológiách na zapuzdrenie vysokoaktívnych RW do žiaruvzdorných zlúčenín skla alebo keramiky. Nie je však jasné, ako sa tieto materiály budú správať pod vplyvom rádioaktívneho odpadu, ktorý sa v nich nachádza po milióny rokov. Takáto dlhá trvanlivosť je spôsobená obrovským polčasom rozpadu množstva rádioaktívnych prvkov. Je jasné, že ich výstup je nevyhnutný, pretože materiál nádoby, v ktorej budú uzavreté, až tak „nežije“.
Všetky technológie na spracovanie a skladovanie rádioaktívneho odpadu sú svojvoľné a diskutabilné. A ak atómoví lobisti ako obvykle spochybňujú túto skutočnosť, potom by bolo vhodné sa ich opýtať: „Kde je záruka, že všetky existujúce sklady a pohrebiská nie sú nosičmi rádioaktívnej kontaminácie, keďže všetky ich pozorovania sú skryté pred verejné?"
U nás je niekoľko pohrebísk, aj keď sa o svojej existencii snažia mlčať. Najväčšia sa nachádza v Krasnojarskom regióne pri Jeniseji, kde je pochovaný odpad väčšiny ruských jadrových elektrární a jadrový odpad mnohých európskych krajín. Pri vykonávaní výskumných a vývojových prác na tomto úložisku sa výsledky ukázali ako pozitívne, ale nedávne pozorovania ukazujú na narušenie ekosystému rieky Jenisej, že sa objavili mutantné ryby, štruktúra vody v určitých oblastiach sa zmenila, hoci údaje vedeckej expertízy sú starostlivo skryté.
Likvidácia vysokoaktívneho odpadu sa vo svete zatiaľ nevykonáva, existujú skúsenosti len s prechodným skladovaním.
1. Vershinin NV Sanitárne technické požiadavky na uzavreté zdroje žiarenia.
V knihe. „Zborník zo sympózia“. M., Atomizdat, 1976
2. Frumkin ML a kol.Technologické základy radiačnej liečby produkty na jedenie... M., Potravinársky priemysel, 1973
3. Breger A. Kh. Rádioaktívne izotopy - zdroje žiarenia v radiačno-chemickej technike. Izotopy v ZSSR, 1975, č.44 s.23-29.
4. Pertsovsky ES, Sacharov EV Rádioizotopové zariadenia v potravinárskom, ľahkom a celulózovom a papierenskom priemysle. M., Atomizdat, 1972
5. Vorobiev EI, Pobedinsky MN Eseje o vývoji domácej radiačnej medicíny. M., Medicína, 1972
6. Výber lokality na výstavbu úložiska rádioaktívnych odpadov. E. I. M., TsNIIatominform, 1985, č. 20.
7. Súčasný stav techniky problémy s likvidáciou rádioaktívneho odpadu v Spojených štátoch. Atómové inžinierstvo v zahraničí, 1988, č.9.
8. Heinonen Dis, Dissera F. Burial of Nuclear Waste: Process in Underground Storage: IAEA Bulletin, Viedeň, 1985, ročník 27, č.2.
9. Geologické štúdie lokalít na konečné uloženie rádioaktívneho odpadu: EI M .: TsNIIatominform, 1987, č. 38.
10. Bryzgalova RV, Rogozin Yu.M., Sinitsyna GS et al. Posúdenie niektorých rádiochemických a geochemických faktorov, ktoré určujú lokalizáciu rádionuklidov pri pochovávaní rádioaktívneho odpadu v geologických formáciách. Zborník referátov zo 6. sympózia RVHP, ročník 2, 1985
Snímka 2
Rádioaktivita je premena atómových jadier na iné jadrá sprevádzaná emisiou rôznych častíc a elektromagnetického žiarenia. Odtiaľ pochádza aj názov javu: po latinsky rádio – vyžarujem, activus – účinný. Toto slovo zaviedla Marie Curie. Pri rozpade nestabilného jadra – rádionuklidu z neho veľkou rýchlosťou vyletí jedna alebo niekoľko vysokoenergetických častíc. Prúd týchto častíc sa nazýva rádioaktívne žiarenie alebo jednoducho žiarenie.
Snímka 3
Keď sa v rukách výskumníkov objavili silné zdroje žiarenia, miliónkrát silnejšie ako urán (išlo o preparáty rádia, polónia, aktínia), bolo možné sa podrobnejšie zoznámiť s vlastnosťami rádioaktívneho žiarenia. Na prvých štúdiách na túto tému sa aktívne podieľali Ernest Rutherford, manželia Maria a Pierre Curieovci, A. Becquerel a mnohí ďalší. V prvom rade sa skúmala schopnosť prenikania lúčov, ako aj vplyv na žiarenie magnetické pole... Ukázalo sa, že žiarenie je nehomogénne, ale je zmesou „lúčov“. Pierre Curie zistil, že keď magnetické pole pôsobí na rádiové žiarenie, niektoré lúče sú vychýlené, zatiaľ čo iné nie. Bolo známe, že magnetické pole vychyľuje iba nabité lietajúce častice, pozitívne a negatívne v rôznych smeroch. V smere vychýlenia sme sa presvedčili, že vychýlené γ-lúče sú negatívne nabité. Ďalšie experimenty ukázali, že medzi katódou a γ-lúčmi nie je žiadny zásadný rozdiel, z čoho vyplýva, že predstavujú tok elektrónov. Vychyľujúce sa lúče mali silnejšiu schopnosť prenikať do rôznych materiálov, pričom tie neodchyľovacie ľahko pohltila aj tenká hliníková fólia - takto sa správalo napríklad žiarenie nového prvku polónia - jeho žiarenie nepreniklo ani cez kartónové steny škatule, v ktorej bol prípravok uložený. Pri použití silnejších magnetov sa ukázalo, že aj γ-lúče sa vychyľujú, len oveľa slabšie ako γ-lúče, a v opačnom smere. Z toho vyplynulo, že sú kladne nabité a majú oveľa väčšiu hmotnosť (ako neskôr zistili, hmotnosť? -častíc je 7740-krát väčšia ako hmotnosť elektrónu). Prvýkrát tento jav objavili v roku 1899 A. Becquerel a F. Gisel. Neskôr vyšlo najavo, že? -Častice sú jadrá atómov hélia (nuklid 4He) s nábojom +2 a hmotnosťou 4 c.u -lúče, objavil v žiarení rádia a tretí typ lúčov, ktoré sa nevychyľujú v najsilnejšie magnetické polia, tento objav čoskoro potvrdil Becquerel. Tento typ žiarenia sa analogicky s alfa a beta lúčmi nazýval gama lúče, označenie rôznych žiarení prvými písmenami gréckej abecedy navrhol Rutherford. Ukázalo sa, že gama lúče sú podobné röntgenovému, t.j. predstavujú elektromagnetická radiácia ale s kratšími vlnovými dĺžkami a teda s vyššou energiou. Všetky tieto druhy žiarenia popísala M. Curie vo svojej monografii „Radium and Radioactivity“. Namiesto magnetického poľa na "štiepenie" žiarenia môžete použiť elektrické pole, iba nabité častice sa v ňom nebudú vychyľovať kolmo elektrické vedenie a pozdĺž nich - smerom k vychyľovacím doskám. Dlho nebolo jasné, odkiaľ všetky tieto lúče pochádzajú. V priebehu niekoľkých desaťročí práce mnohých fyzikov objasnili podstatu rádioaktívneho žiarenia a jeho vlastnosti a objavili sa nové druhy rádioaktivity. Alfa lúče vyžarujú najmä jadrá najťažších a teda menej stabilných atómov (v periodickej tabuľke sú umiestnené za olovom). Sú to častice s vysokou energiou. Existuje zvyčajne niekoľko skupín? -častice, z ktorých každá má presne definovanú energiu. Takže skoro všetko? častice emitované z jadier 226Ra majú energiu 4,78 MeV (megaelektrón-volt) a malý zlomok? -častice s energiou 4,60 MeV. Ďalší izotop rádia, 221Ra, vyžaruje štyri skupiny? -častice s energiami 6,76, 6,67, 6,61 a 6,59 MeV. To naznačuje prítomnosť v jadrách niekoľkých energetických hladín, ich rozdiel zodpovedá energii emitovanej jadrom? -kvantity. Známe sú aj „čisté“ alfa žiariče.
Snímka 4
Rádioaktívne žiarenie všetkých typov (alfa, beta, gama, neutróny), ako aj elektromagnetické žiarenie (röntgenové žiarenie) má na živé organizmy veľmi silný biologický účinok, ktorý spočíva v procesoch excitácie a ionizácie atómov a molekúl, ktoré tvoria do živých buniek. Vplyvom ionizujúceho žiarenia dochádza k deštrukcii zložitých molekúl a bunkových štruktúr, čo vedie k radiačnému poškodeniu organizmu. Preto pri práci s akýmkoľvek zdrojom žiarenia je potrebné vykonať všetky opatrenia na radiačnú ochranu osôb, ktoré môžu spadnúť do radiačnej zóny. V domácom prostredí však môže byť človek vystavený ionizujúcemu žiareniu. Inertný, bezfarebný rádioaktívny plyn radón môže predstavovať vážne nebezpečenstvo pre ľudské zdravie.Ako je zrejmé z diagramu na obr.5, radón je produktom γ-rozpadu rádia a má polčas rozpadu T = 3,82 dni. Rádium sa v malých množstvách nachádza v pôde, kameňoch a rôznych stavebných štruktúrach. Napriek relatívne krátkej životnosti sa koncentrácia radónu neustále dopĺňa v dôsledku nových rozpadov jadier rádia, preto sa radón môže akumulovať v uzavreté priestory... Keď sa radón dostane do pľúc, uvoľňuje častice a mení sa na polónium, čo nie je chemicky inertná látka. Nasleduje reťazec rádioaktívnych premien uránového radu (obr. 5). Podľa Americkej komisie pre radiačnú bezpečnosť a kontrolu priemerný človek dostáva 55 % ionizujúceho žiarenia z radónu a iba 11 % z lekárskych služieb. Príspevok kozmického žiarenia je približne 8 %. Celková dávka žiarenia, ktorú človek za život dostane, je mnohonásobne menšia ako maximálna prípustná dávka (MPD), ktorá je ustanovená pre ľudí v niektorých profesiách, ktorí sú vystavení dodatočnému ožiareniu ionizujúcim žiarením.
Snímka 5
Jednou z najvýznamnejších štúdií vykonaných pomocou „označených atómov“ bola štúdia metabolizmu v organizmoch. Je dokázané, že v relatívne krátkom čase prejde telo takmer úplnou obnovou. Jeho základné atómy sú nahradené novými. Výnimkou z tohto pravidla je iba železo, ako ukázali experimenty na izotopovom štúdiu krvi. Železo je súčasťou hemoglobínu červených krviniek. Keď boli rádioaktívne atómy železa zavedené do potravín, zistilo sa, že voľný kyslík uvoľnený počas fotosyntézy bol pôvodne súčasťou vody a nie oxid uhličitý... Rádioaktívne izotopy sa v medicíne používajú na diagnostické aj terapeutické účely. Rádioaktívny sodík, zavádzaný v malých množstvách do krvi, sa používa na štúdium krvného obehu, jód sa intenzívne ukladá v štítna žľaza, najmä s Gravesovou chorobou. Pozorovaním ukladania rádioaktívneho jódu pomocou počítadla je možné rýchlo stanoviť diagnózu. Veľké dávky rádioaktívneho jódu spôsobujú čiastočnú deštrukciu abnormálne sa vyvíjajúcich tkanív, a preto sa rádioaktívny jód používa na liečbu Gravesovej choroby. Intenzívne gama žiarenie z kobaltu sa používa pri liečbe rakoviny (kobaltová pištoľ). Nie menej rozsiahle sú priemyselné aplikácie rádioaktívnych izotopov. Jedným z príkladov je nasledujúca metóda na monitorovanie opotrebovania piestnych krúžkov v motoroch. vnútorné spaľovanie... Ožarovaním piestneho krúžku neutrónmi spôsobujú v ňom jadrové reakcie a robia ho rádioaktívnym. Keď motor beží, častice materiálu krúžku vstupujú do mazacieho oleja. Skúmaním úrovne rádioaktivity oleja po určitom čase chodu motora sa zisťuje opotrebovanie krúžku. Rádioaktívne izotopy umožňujú posudzovať difúziu kovov, procesy vo vysokých peciach atď. Silné gama žiarenie rádioaktívnych liečiv sa využíva na výskum vnútorná štruktúra kovové odliatky, aby sa v nich zistili chyby. Rádioaktívne izotopy sa čoraz viac využívajú v poľnohospodárstve. Ožarovanie semien rastlín (bavlna, kapusta, reďkovka atď.) malými dávkami gama lúčov z rádioaktívnych prípravkov vedie k výraznému zvýšeniu úrody. Veľké dávky „žiarenia spôsobujú v rastlinách a mikroorganizmoch mutácie, ktoré v jednotlivé prípady vedie k vzniku mutantov s novými cennými vlastnosťami (rádiová selekcia). Tak boli vyšľachtené cenné odrody pšenice, fazule a iných plodín, ako aj získané vysoko produktívne mikroorganizmy používané pri výrobe antibiotík. Gama žiarenie z rádioaktívnych izotopov sa používa aj na kontrolu škodlivého hmyzu a na konzervovanie potravín. "Sledované atómy" sú široko používané v poľnohospodárskom inžinierstve. Aby sa napríklad zistilo, ktoré z fosforečných hnojív rastlina lepšie absorbuje, rôzne hnojivá sú označené rádioaktívnym fosforom 15 32P. Po vyšetrení rastlín na rádioaktivitu je možné určiť množstvo fosforu, ktoré absorbujú z rôznych druhov hnojív. Zaujímavou aplikáciou rádioaktivity je metóda datovania archeologických a geologických nálezov koncentráciou rádioaktívnych izotopov. Najpoužívanejšou metódou datovania je rádiokarbónové datovanie. Nestabilný izotop uhlíka sa vyskytuje v atmosfére v dôsledku jadrových reakcií spôsobených kozmickým žiarením. Malé percento tohto izotopu sa nachádza vo vzduchu spolu s bežným stabilným izotopom Rastliny a iné organizmy spotrebúvajú uhlík zo vzduchu a oba areotopy sa v nich hromadia v rovnakom pomere ako vo vzduchu. Po odumretí rastlín prestávajú spotrebovávať uhlík a nestabilný izotop sa v dôsledku β rozpadu postupne mení na dusík s polčasom rozpadu 5730 rokov. Presným meraním relatívnej koncentrácie rádioaktívneho uhlíka v pozostatkoch dávnych organizmov je možné určiť čas ich smrti.
Snímka 6
1. Biologické pôsobenie. Rádioaktívne žiarenie má fatálny vplyv na živé bunky. Mechanizmus tohto pôsobenia je spojený s ionizáciou atómov a rozkladom molekúl vo vnútri buniek pri prechode rýchlo nabitých častíc. Bunky, ktoré sú v stave rýchleho rastu a rozmnožovania, sú obzvlášť citlivé na žiarenie. Táto okolnosť sa využíva na liečbu rakovinových nádorov.Na účely terapie používajú rádioaktívne liečivá, ktoré vyžarujú g-žiarenie, pretože to preniká do tela bez viditeľného oslabenia. Pri nie príliš vysokých dávkach žiarenia rakovinové bunky odumierajú, pričom telo pacienta neutrpí výraznejšie poškodenie. Treba si uvedomiť, že radiačná terapia pri rakovine, podobne ako röntgenová terapia, nie je v žiadnom prípade univerzálnym liekom, ktorý vždy vedie k vyliečeniu.. Nadmerné dávky rádioaktívneho žiarenia spôsobujú vážne ochorenia zvierat a ľudí (tzv. chorobu z ožiarenia) a môže viesť k smrti. Vo veľmi malých dávkach má rádioaktívne žiarenie, hlavne a-žiarenie, naopak na organizmus stimulačný účinok. S tým je spojený liečivý účinok rádioaktívneho minerálne vody obsahujúce malé množstvo rádia alebo radónu 2. Svetelné zlúčeniny, Luminiscenčné látky žiaria vplyvom rádioaktívneho žiarenia (porov. § 213). Pridaním veľmi malého množstva rádiovej soli do luminiscenčnej látky (napríklad sulfidu zinočnatého) sa pripravia trvalo žiariace farby. Tieto farby, keď sú nanesené na ciferníky a ručičky hodiniek, zameriavacích zariadení atď., ich zviditeľnia v tme. Určenie veku Zeme. Atómová hmotnosť obyčajného olova extrahovaného z rúd, ktoré neobsahujú rádioaktívne prvky, je 207,2. Ako je vidieť z obr. 389, atómová hmotnosť olova vznikajúceho rozpadom uránu je 206. Atómová hmotnosť olova obsiahnutého v niektorých uránových mineráloch je veľmi blízka 206. Z toho vyplýva, že tieto minerály neobsahovali olovo v čase vzniku (kryštalizácia z a tavenina alebo roztok); všetko olovo v takýchto mineráloch sa nahromadilo v dôsledku rozpadu uránu. Pomocou zákona rádioaktívneho rozpadu je možné určiť jeho vek pomerom množstiev olova a uránu v minerále (pozri cvičenie 32 na konci kapitoly) Vek minerálov rôzneho pôvodu s obsahom uránu určený táto metóda sa meria v stovkách miliónov rokov. Vek najstarších minerálov je viac ako 1,5 miliardy rokov.Za vek Zeme sa považuje čas, ktorý uplynul od vzniku pevnej zemskej kôry. Podľa mnohých meraní založených na rádioaktivite uránu, ale aj tória a draslíka je Zem stará viac ako 4 miliardy rokov.
Snímka 7
Zobraziť všetky snímky
Úvod 3
1 Rádioaktivita 5
1.1 Druhy rádioaktívneho rozpadu a žiarenia 5
1.2 Zákon rádioaktívneho rozpadu 7
1.3 Interakcia rádioaktívneho žiarenia s látkou a čítačmi
žiarenie 8
1.4 Klasifikácia zdrojov žiarenia a rádioaktívnych izotopov 10
2 Metódy analýzy založené na meraní rádioaktivity 12
2.1 Využitie prirodzenej rádioaktivity pri analýze 12
2.2 Aktivačná analýza 12
2.3 Metóda riedenia izotopov 14
2.4 Rádiometrická titrácia 14
3 Použitie rádioaktivity 18
3.1 Aplikácia rádioaktívnych indikátorov v analytickej chémii 18
3.2 Použitie rádioaktívnych izotopov 22
Záver 25
Zoznam použitých zdrojov 26
V súlade so zákonom rádioaktívneho vytesnenia sa s rozpadom γ získa atóm, ktorého poradové číslo sú dve jednotky a atómová hmotnosť je o štyri jednotky menšia ako hmotnosť pôvodného atómu.
2)? - Rozpad. Existuje niekoľko typov? - rozpad: elektronický? - rozpad; pozitrón - rozpad; K-zachytenie. Pri elektronickom rozpade β, napr.
Sn> Y +? -;
P> S +? -.
Neutrón vo vnútri jadra sa mení na protón. Keď sa emituje záporne nabitá častica β, poradové číslo prvku sa zvýši o jednu a atómová hmotnosť sa prakticky nemení.
Počas rozpadu pozitrónu? sa z atómového jadra uvoľní pozitrón (a + -častica), ktorý sa potom vo vnútri jadra zmení na neutrón. Napríklad:
Životnosť pozitrónu je krátka, pretože pri zrážke s elektrónom nastáva anihilácia sprevádzaná emisiou γ kvánt.
Počas K-záchytu jadro atómu zachytí elektrón z blízkeho elektrónového obalu (z obalu K) a jeden z protónov jadra sa zmení na neutrón.
napr.
Cu> Ni + n
K + e - = Ar + hv
Jeden z elektrónov vonkajšieho obalu prechádza do voľného priestoru v K-plášte, čo je sprevádzané emisiou tvrdých röntgenových lúčov.
3) Spontánne rozdelenie. Je charakteristický pre prvky periodickej tabuľky D. I. Mendelejeva so Z> 90. Pri samovoľnom štiepení sa ťažké atómy rozdeľujú na fragmenty, čo sú zvyčajne prvky v strede tabuľky L. I. Mendelejeva. Spontánne štiepenie a β-rozpad obmedzujú produkciu nových transuránových prvkov.
tok? a? -častice sa nazývajú jednotlivo? a? -žiarenie. Okrem toho je známe γ-žiarenie. Ide o elektromagnetické kmity s veľmi krátkou vlnovou dĺžkou. V zásade je γ-žiarenie blízke tvrdému röntgenovému žiareniu a líši sa od neho vnútrojadrovým pôvodom. Röntgenové žiarenie počas prechodov v elektrónovom obale atómu, zatiaľ čo γ-žiarenie vyžaruje excitované atómy vyplývajúce z rádioaktívneho rozpadu (α a β).
V dôsledku rádioaktívneho rozpadu sa získavajú prvky, ktoré podľa jadrového náboja (poradové číslo) treba umiestniť do už obsadených buniek periodickej sústavy prvkami s rovnakým poradovým číslom, ale s inou atómovou hmotnosťou. Ide o takzvané izotopy. Autor: chemické vlastnosti považujú sa za nerozoznateľné, takže zmes izotopov sa zvyčajne považuje za jeden prvok. Nemennosť izotopového zloženia v drvivej väčšine chemických reakcií sa niekedy nazýva zákon nemennosti izotopového zloženia. Napríklad draslík v prírodných zlúčeninách je zmesou izotopov, 93,259 % z 39 K, 6,729 % z 41 K a 0,0119 % zo 40 K (záchyt K a β-rozpad). Vápnik má šesť stabilných izotopov s hmotnostnými číslami 40, 42, 43, 44, 46 a 48. V chemicko-analytických a mnohých ďalších reakciách zostáva tento pomer prakticky nezmenený, preto sa chemické reakcie zvyčajne nepoužívajú na oddelenie izotopov. Najčastejšie sa na tento účel využívajú rôzne fyzikálne procesy – difúzia, destilácia alebo elektrolýza.
Jednotkou izotopovej aktivity je becquerel (Bq), rovná sa aktivite nuklidu v rádioaktívnom zdroji, v ktorom dôjde k jednému rozpadu počas 1 s.
Ak t = 0, potom a teda const = -lgN0. Konečne
Kde A - aktivita v čase t; A0 - aktivita v t = 0.
Rovnice (1.3) a (1.4) charakterizujú zákon rádioaktívneho rozpadu. V kinetike sú známe ako reakčné rovnice prvého poriadku. Ako charakteristika rýchlosti rádioaktívneho rozpadu sa zvyčajne uvádza polčas T 1/2, ktorý je rovnako ako λ základnou charakteristikou procesu, nezávisle od množstva hmoty.
Polčas rozpadu je časový úsek, počas ktorého sa dané množstvo rádioaktívnej látky zníži na polovicu.
Polčasy rozpadu rôznych izotopov sa výrazne líšia. Trvá od približne 10 10 rokov do nepatrného zlomku sekundy. Samozrejme látky s polčasom rozpadu 10-15 minút. a menej náročné na použitie v laboratóriu. V laboratóriu sú nežiaduce aj izotopy s veľmi dlhým polčasom rozpadu, keďže v prípade náhodnej kontaminácie okolitých predmetov týmito látkami bude potrebná špeciálna práca na dekontaminácii miestnosti a prístrojov.
Neutróny vstupujú do jadrovej reakcie so zložkami analyzovanej vzorky, napríklad:
55 Mn + n = 56 Mn alebo Mn (n ,?) 56 Mn
Rádioaktívne 56 Mn sa rozpadá s polčasom rozpadu 2,6 hodiny:
56 Mn > 56 Fe +
Na získanie informácií o zložení vzorky sa určitý čas meria jej rádioaktivita a výsledná krivka sa analyzuje (obrázok 2.1). Pri vykonávaní takejto analýzy je potrebné mať spoľahlivé údaje o polčasoch rôznych izotopov, aby bolo možné dešifrovať súhrnnú krivku.
Obrázok 2.1 - Pokles rádioaktivity v priebehu času
Ďalším variantom aktivačnej analýzy je metóda gamaspektroskopie, založená na meraní spektra gama žiarenia vzorky. Energia γ-žiarenia je kvalitatívna a rýchlosť počítania je kvantitatívna charakteristika izotopu. Merania sa vykonávajú pomocou viackanálových spektrometrov so scintilačnými alebo polovodičovými čítačmi. Toto je oveľa rýchlejšia a špecifickejšia, aj keď o niečo menej citlivá metóda analýzy ako rádiochemická.
Dôležitou výhodou aktivačnej analýzy je jej nízky detekčný limit. S jeho pomocou možno za priaznivých podmienok zistiť až 10 -13 - 10 -15 g látky. V niektorých špeciálnych prípadoch bolo možné dosiahnuť ešte nižšie detekčné limity. Napríklad sa používa na kontrolu čistoty kremíka a germánia v polovodičovom priemysle, pričom zisťuje nečistoty až do 10 -8 - 10 -9%. Takýto obsah nie je možné určiť inou metódou okrem aktivačnej analýzy. Pri prijímaní ťažkých prvkov periodického systému, ako je mendelevium a curchatovium, vedci dokázali spočítať takmer každý atóm výsledného prvku.
Hlavnou nevýhodou aktivačnej analýzy je ťažkopádnosť zdroja neutrónov, ako aj často trvanie procesu získavania výsledkov.
Zmenu aktivity počas tejto titrácie je možné vidieť na obrázku 2.2, a. Zobrazuje aj grafickú definíciu bodu ekvivalencie. Až do bodu ekvivalencie bude aktivita roztoku prudko klesať, pretože rádioaktívne látky z roztoku prejdú do zrazeniny. Po bode ekvivalencie zostane aktivita roztoku prakticky konštantná a veľmi malá.
Ako je možné vidieť na obrázku 2.2, b, pridanie hydrogénfosforečnanu do roztoku do bodu ekvivalencie prakticky nespôsobí zvýšenie aktivity roztoku, pretože rádioaktívny izotop prejde do zrazeniny. Po bode ekvivalencie sa aktivita roztoku začína zvyšovať úmerne s koncentráciou hydrogénfosforečnanu.
A) - zmena aktivity fosfátového roztoku obsahujúceho roztok počas titrácie; b) - zmena aktivity roztoku pri titrácii s obsahom fosforečnanov.
Obrázok 2.2 - Typy rádiometrických titračných kriviek
Rádiometrické titračné reakcie musia spĺňať požiadavky obvykle kladené na reakcie titračnej analýzy (rýchlosť a úplnosť reakcie, stálosť zloženia reakčného produktu a pod.). Samozrejmou podmienkou použiteľnosti reakcie pri tejto metóde je aj prechod reakčného produktu z analyzovaného roztoku do inej fázy, aby sa eliminovala interferencia pri určovaní aktivity roztoku. Táto druhá fáza je často tvorený kal. Známe techniky, pri ktorých sa reakčný produkt extrahuje organickým rozpúšťadlom. Napríklad pri titrácii mnohých katiónov ditizónom sa ako extrakčné činidlo používa chloroform alebo chlorid uhličitý. Použitie extrakčného činidla umožňuje presnejšie stanoviť bod ekvivalencie, pretože v tomto prípade je možné merať aktivitu oboch fáz.
2.5 Mössbauerov efekt
Tento efekt objavil v roku 1958 R. P. Mössbauer. Pod týmto názvom sa často spájajú javy emisie, absorpcie a rozptylu γ-kván atómovými jadrami bez vynaloženia energie na spätný ráz jadier. Absorpcia γ-žiarenia sa zvyčajne študuje, preto sa Mössbauerov jav často označuje aj ako γ-rezonančná spektroskopia (HRS).
Keď sú emitované γ-kvantá, atómové jadro sa vráti do normálneho stavu. Energiu emitovaného žiarenia však nebude určovať len rozdiel medzi energetickými stavmi jadra v excitovanom a normálnom stave. V dôsledku zákona o zachovaní hybnosti dochádza v jadre k takzvanému spätnému rázu. To vedie k tomu, že v prípade plynného atómu bude energia emitovaného žiarenia menšia ako v prípade, keď je žiarič v pevnej látke. V druhom prípade sa strata energie pre spätný ráz zníži na zanedbateľnú hodnotu. Takže γ-kvantá žiarenia emitovaného bez spätného rázu môžu byť absorbované nevybudenými atómami toho istého prvku. Rozdiel v chemickom prostredí jadra emitora a jadra absorbéra však spôsobuje určitý rozdiel v energetických stavoch jadier, ktorý je dostatočný na to, aby sa zabránilo rezonančnej absorpcii γ kvant. Rozdiel v energetických stavoch jadier je kvantitatívne kompenzovaný pomocou Dopplerovho javu, podľa ktorého frekvencia žiarenia (v tomto prípade energia γ kvanta) závisí od rýchlosti pohybu. Pri určitej rýchlosti pohybu žiariča (alebo absorbéra, pretože záleží len na ich relatívnej rýchlosti pohybu) dochádza k rezonančnej absorpcii. Závislosť intenzity absorpcie γ-kván od rýchlosti pohybu sa nazýva Mössbauerovo spektrum. Typické Mössbauerovo spektrum je znázornené na obrázku 2.3, kde je frekvencia impulzov nepriamo úmerná k nemu ako miera intenzity absorpcie.
Obrázok 2.3 - Mössbauerovo absorpčné spektrum
Rýchlosť pohybu vzorky alebo žiariča zvyčajne nepresahuje niekoľko centimetrov za sekundu. Mössbauerovo spektrum je veľmi dôležitou charakteristikou látky. Umožňuje posúdiť povahu chemickej väzby v skúmaných zlúčeninách, ich elektrónovú štruktúru a ďalšie vlastnosti a vlastnosti.
Kde je rádioaktivita vzorky vyjadrená v becquereloch a je hmotnosť vzorky stanovovanej látky, v ktorej je rádionuklid rovnomerne rozložený, zostáva konštantná pre celú vzorku aj pre ktorúkoľvek jej časť.
Zvážte experiment na určenie tlaku pár takého vysoko prchavého a žiaruvzdorného kovu, akým je volfrám. Ako značku možno použiť umelo získaný β-rádioaktívny volfrám-185. Pripravíme si kovový volfrám obsahujúci túto značku a určíme jej špecifickú činnosť. Ďalej zbierame kovové pary, ktoré sa pri zvolenej teplote odparili z povrchu volfrámu a sú obsiahnuté v určitom objeme pary. Za rovnakých podmienok, v akých sme určovali, zisťujeme aktivitu týchto pár. Je zrejmé, že množstvo pár
Ďalej, keď poznáme objem pár, je možné nájsť ich hustotu pri teplote experimentu a potom pomocou informácií o zložení pár a ich tlaku.
Podobne pomocou rádioaktívnej značky môžete nájsť koncentráciu látky v roztoku a určiť napríklad jej koncentráciu v nasýtenom roztoku. Podobne môžete zistiť hmotnosť látky ako zostávajúcu po extrakcii vodné prostredie a prešli do organickej fázy. Ďalej je možné vypočítať distribučné koeficienty medzi fázami extrahovateľnej látky (tu je dôležité použitie rádioaktívnych indikátorov, keď sú distribučné koeficienty veľmi vysoké a neexistujú žiadne iné analytické metódy na určenie ultranízkych množstiev extrahovateľnej látky zostávajúce vo vodnej fáze).
Originálne je použitie rádioaktívnych indikátorov v metóde riedenia izotopov. Nech je potrebné určiť obsah akejkoľvek aminokyseliny v zmesi aminokyselín s podobnými vlastnosťami a nie je možné vykonať úplnú (kvantitatívnu) separáciu aminokyselín chemickými metódami, ale existuje spôsob, ktorý vám umožní izolovať zo zmesi do čistej forme malý podiel tejto aminokyseliny (napríklad pomocou chromatografie). Podobný problém vzniká pri určovaní obsahu akéhokoľvek lantanoidu v zmesi lantanoidov a pri určovaní, ktoré chemické formy obsahujú ten či onen prvok v prírode, napríklad v riečnej alebo morskej vode.
Na určenie celkového obsahu jódu použijeme v morská vodačasť jodidových iónov v hmotnosti a aktivite. Tieto označené jodidové ióny vložíme do analyzovanej vzorky a zahrejeme ju tak, aby sa rádioaktívna značka rovnomerne rozložila vo všetkých chemických formách obsahujúcich jód v morskej vode (takýmito formami sú v tomto prípade ióny jodidu, jodičnanu a jodistanu). Ďalej pomocou dusičnanu strieborného izolujeme malú časť jodidových iónov vo forme zrazeniny AgI a stanovíme jej hmotnosť a rádioaktivitu. Ak je celkový obsah jódu vo vzorke rovnaký, potom sa ukazuje, že
Trochu odlišnou metodikou je možné zistiť obsah jódu v morskej vode vo forme jodidových iónov. Na tento účel by sa po zavedení rádioaktívnej značky do vzorky mali vytvoriť podmienky, za ktorých nedochádza k izotopovej výmene (výmena atómov jódu) medzi jodidovými iónmi a inými formami obsahujúcimi jód (jodičnanové a jodistanové ióny). studený roztok s neutrálnym prostredím). Po oddelení malej časti jodidových iónov z morskej vody pomocou zrážadla - dusičnanu strieborného vo forme AgI (hmotnosť porcie) a zmeraní jeho rádioaktivity pomocou vzorca (3.5) je možné zistiť obsah jodidových iónov vo vzorke.
Takáto univerzálna extrémne citlivá metóda analytickej chémie, ako je aktivačná analýza, je tiež založená na použití rádioaktívnych atómov. Pri vykonávaní aktivačnej analýzy je potrebné pomocou vhodného jadrovej reakcie aktivovať atómy určovaného prvku vo vzorke, to znamená urobiť ich rádioaktívnymi. Najčastejšie sa aktivačná analýza vykonáva pomocou zdroja neutrónov. Ak je napríklad potrebné nájsť v pevnej hornine obsah prvku vzácnych zemín dysprosium Dy, postupujte nasledovne.
Najprv sa pripraví séria vzoriek obsahujúcich rôzne známe množstvá Dy (vzaté napr. vo forme DyF 3 alebo Dy 2 O 3 - atómy kyslíka a fluóru nie sú aktivované neutrónmi). Tieto vzorky sa ožarujú za rovnakých podmienok rovnakým tokom neutrónov. Zdrojom neutrónov potrebný na tieto experimenty je malá ampulka (veľkosti pera) obsahujúca materiál, ktorý vyžaruje neutróny (napríklad zmes amerícia-241 a berýlia). Takýto zdroj neutrónov môžete bezpečne uložiť tak, že ho vložíte do otvoru vytvoreného v strede parafínového bloku o veľkosti vedra s vodou.
Na ožiarenie sa vzorky so známym obsahom dysprózia umiestnia do jamiek dostupných v parafínovom bloku a umiestnia sa v rovnakej vzdialenosti od zdroja (obrázok 3.1).
1 - parafínový blok, 2 - ampulkový zdroj neutrónov,
3 - ožiarené vzorky.
Obrázok 3.1 - Schéma vykonania analýzy aktivácie neutrónov
Vzorky analyzovaného plemena sú umiestnené v rovnakých otvoroch. Pod vplyvom neutrónov prebieha vo vzorkách jadrová reakcia 164 Dy (n, g) 165 Dy. Po určitom čase (napríklad po 6 hodinách) sa z jamiek vyberú všetky vzorky a za rovnakých podmienok sa merajú ich aktivity. Podľa meraní aktivity preparátov sa v súradniciach „obsah dysprózia vo vzorke – aktivita preparátu“ vykreslí kalibračný graf a z neho sa zistí obsah dysprózia v analyzovanom materiáli (obr. 3.2).
Obrázok 3.2 - Graf závislosti zaznamenanej aktivity / neutrónmi aktivovaných vzoriek od hmotnosti m dysprózia vo vzorkách. Analyzovaná vzorka obsahuje asi 3 μg dysprózia
Metóda aktivačnej analýzy je dobrá nielen pre svoju vysokú citlivosť. Keďže žiarenie vznikajúce pri aktivácii rádionuklidov sa líši typom a energiou, pri použití spektrometrického rádiometrického zariadenia je možné vo vzorke po jej aktivácii určiť súčasne až 10-15 prvkov.
A ešte jedna dôležitá výhoda aktivačnej analýzy: rádionuklidy sa často vytvárajú v dôsledku aktivácie neutrónmi pomerne rýchlo, takže po chvíli sa analyzovaný objekt ukáže ako nerádioaktívny. V mnohých prípadoch je teda aktivačná analýza analýzou, ktorá nie je spojená so zničením analyzovaného objektu. Toto je obzvlášť dôležité, keď prichádza o určovaní zloženia archeologických nálezov, meteoritov a iných unikátnych vzoriek.
Úvod 3
1 Rádioaktivita 5
1.1 Druhy rádioaktívneho rozpadu a žiarenia 5
1.2 Zákon rádioaktívneho rozpadu 7
žiarenie 8
1.4 Klasifikácia zdrojov žiarenia a rádioaktívnych izotopov 10
2 Metódy analýzy založené na meraní rádioaktivity 12
2.1 Využitie prirodzenej rádioaktivity pri analýze 12
2.2 Aktivačná analýza 12
2.3 Metóda riedenia izotopov 14
2.4 Rádiometrická titrácia 14
3 Použitie rádioaktivity 18
3.1 Aplikácia rádioaktívnych indikátorov v analytickej chémii 18
3.2 Použitie rádioaktívnych izotopov 22
Záver 25
Zoznam použitých zdrojov 26
Analytické metódy založené na rádioaktivite vznikli v ére rozvoja jadrovej fyziky, rádiochémie a atómového inžinierstva av súčasnosti sa úspešne používajú v rôznych analýzach vrátane priemyslu a geologických služieb.
Hlavnými výhodami analytických metód založených na meraní rádioaktívneho žiarenia je nízky prah detekcie analyzovaného prvku a široká univerzálnosť. Rádioaktivačná analýza má absolútne najnižší detekčný limit spomedzi všetkých ostatných analytických metód (10 -15 g). Výhodou niektorých rádiometrických techník je analýza bez deštrukcie vzorky a metódami založenými na meraní prirodzenej rádioaktivity je rýchlosť analýzy. Cenná vlastnosť rádiometrickej metódy riedenia izotopov spočíva v možnosti analyzovať zmes prvkov podobných chemickými a analytickými vlastnosťami, ako je zirkónium – hafnium, niób – tantal atď.
Ďalšie komplikácie pri práci s rádioaktívnymi liekmi sú spôsobené toxickými vlastnosťami rádioaktívneho žiarenia, ktoré nevyvolávajú okamžitú reakciu organizmu a tým komplikujú včasnú aplikáciu potrebných opatrení. To zvyšuje potrebu prísneho dodržiavania bezpečnostných predpisov pri práci s rádioaktívnymi liekmi. V nevyhnutných prípadoch sa práca s rádioaktívnymi látkami uskutočňuje pomocou takzvaných manipulátorov v špeciálnych komorách, pričom samotný analytik zostáva v inej miestnosti, spoľahlivo chránený pred pôsobením rádioaktívneho žiarenia.
Rádioaktívne izotopy sa používajú v nasledujúcich analytických metódach:
V laboratórnej praxi sa rádiometrická titrácia používa pomerne zriedkavo. Využitie aktivačnej analýzy je spojené s využívaním výkonných zdrojov tepelných neutrónov, a preto má táto metóda stále obmedzené využitie.
Táto práca skúma teoretické základy metód analýzy, ktoré využívajú fenomén rádioaktivity, a ich praktické využitie.
Rádioaktivita je spontánna premena (rozpad) jadra atómu chemického prvku, ktorá vedie k zmene jeho atómového čísla alebo k zmene hmotnostného čísla. Pri takejto premene jadra sa uvoľňuje rádioaktívne žiarenie.
Objav rádioaktivity sa datuje do roku 1896, kedy A. Becquerel zistil, že urán spontánne vyžaruje žiarenie, ktoré nazval rádioaktívne (z radio – radiate a activas – efektívne).
Rádioaktívne žiarenie vzniká spontánnym rozpadom atómového jadra. Existuje niekoľko typov rádioaktívneho rozpadu a rádioaktívneho rozpadu
žiarenia.
Ra → Rn + He;
U → Th + α (He).
V súlade so zákonom rádioaktívneho premiestnenia sa počas rozpadu α získa atóm, ktorého poradové číslo sú dve jednotky a atómová hmotnosť je o štyri jednotky menšia ako hmotnosť pôvodného atómu.
2) β-rozpad. Existuje niekoľko typov β-rozpadu: elektronický β-rozpad; pozitrónový p-rozpad; K-zachytenie. Pri elektrónovom β-rozpade napr.
Sn → Y + β -;
P → S + β -.
neutrón vo vnútri jadra sa mení na protón. Keď sa emituje záporne nabitá β-častica, poradové číslo prvku sa zvýši o jednu a atómová hmotnosť sa prakticky nemení.
Pri pozitrónovom β-rozpade sa z atómového jadra uvoľňuje pozitrón (β + -častica), ktorý sa potom vo vnútri jadra mení na neutrón. Napríklad:
Na → Ne + β +
Životnosť pozitrónu je krátka, pretože pri zrážke s elektrónom nastáva anihilácia sprevádzaná emisiou γ-kvant.
Počas K-záchytu jadro atómu zachytí elektrón z blízkeho elektrónového obalu (z obalu K) a jeden z protónov jadra sa zmení na neutrón.
napr.
K + e - = Ar + hv
Jeden z elektrónov vonkajšieho obalu prechádza do voľného priestoru v K-plášte, čo je sprevádzané emisiou tvrdých röntgenových lúčov.
3) Spontánne rozdelenie. Je charakteristický pre prvky periodickej tabuľky D. I. Mendelejeva so Z> 90. Pri samovoľnom štiepení sa ťažké atómy rozdeľujú na fragmenty, čo sú zvyčajne prvky v strede tabuľky L. I. Mendelejeva. Spontánne štiepenie a α-rozpad obmedzujú produkciu nových transuránových prvkov.
Tok častíc α a β sa označuje ako žiarenie α a β. Okrem toho sú známe γ-lúče. Ide o elektromagnetické kmity s veľmi krátkou vlnovou dĺžkou. V zásade je γ-žiarenie blízke tvrdému röntgenovému žiareniu a líši sa od neho vnútrojadrovým pôvodom. Röntgenové žiarenie počas prechodov v elektrónovom obale atómu a γ-žiarenie emituje excitované atómy vyplývajúce z rádioaktívneho rozpadu (α a β).
V dôsledku rádioaktívneho rozpadu sa získavajú prvky, ktoré podľa jadrového náboja (poradové číslo) treba umiestniť do už obsadených buniek periodickej sústavy prvkami s rovnakým poradovým číslom, ale s inou atómovou hmotnosťou. Ide o takzvané izotopy. Podľa ich chemických vlastností sa považujú za nerozoznateľné, preto sa zmes izotopov zvyčajne považuje za jeden prvok. Nemennosť izotopového zloženia v drvivej väčšine chemických reakcií sa niekedy nazýva zákon nemennosti izotopového zloženia. Napríklad draslík v prírodných zlúčeninách je zmesou izotopov, 93,259 % z 39 K, 6,729 % z 41 K a 0,0119 % zo 40 K (záchyt K a β-rozpad). Vápnik má šesť stabilných izotopov s hmotnostnými číslami 40, 42, 43, 44, 46 a 48. V chemicko-analytických a mnohých ďalších reakciách zostáva tento pomer prakticky nezmenený, preto sa chemické reakcie zvyčajne nepoužívajú na oddelenie izotopov. Najčastejšie sa na tento účel využívajú rôzne fyzikálne procesy – difúzia, destilácia alebo elektrolýza.
Jednotkou izotopovej aktivity je becquerel (Bq), rovná sa aktivite nuklidu v rádioaktívnom zdroji, v ktorom dôjde k jednému rozpadu počas 1 s.
Rádioaktivita pozorovaná v jadrách existujúcich v prirodzených podmienkach sa nazýva prirodzená, rádioaktivita jadier získaných jadrovými reakciami sa nazýva umelá.
Medzi umelou a prirodzenou rádioaktivitou nie je zásadný rozdiel. Proces rádioaktívnej premeny sa v oboch prípadoch riadi rovnakými zákonmi - zákonom rádioaktívnej premeny:
Ak t = 0, potom a teda const = -lgN0. Konečne
kde A - aktivita v čase t; A0 - aktivita v t = 0.
Rovnice (1.3) a (1.4) charakterizujú zákon rádioaktívneho rozpadu. V kinetike sú známe ako reakčné rovnice prvého poriadku. Ako charakteristika rýchlosti rádioaktívneho rozpadu sa zvyčajne uvádza polčas T 1/2, ktorý je rovnako ako λ základnou charakteristikou procesu, nezávisle od množstva hmoty.
Polčas rozpadu je časový úsek, počas ktorého sa dané množstvo rádioaktívnej látky zníži na polovicu.
Polčasy rozpadu rôznych izotopov sa výrazne líšia. Trvá od približne 10 10 rokov do nepatrného zlomku sekundy. Samozrejme látky s polčasom rozpadu 10-15 minút. a menej náročné na použitie v laboratóriu. V laboratóriu sú nežiaduce aj izotopy s veľmi dlhým polčasom rozpadu, keďže v prípade náhodnej kontaminácie okolitých predmetov týmito látkami bude potrebná špeciálna práca na dekontaminácii miestnosti a prístrojov.
V dôsledku interakcie rádioaktívneho žiarenia s látkou dochádza k ionizácii a excitácii atómov a molekúl látky, ktorou prechádza. Žiarenie má tiež svetelné, fotografické, chemické a biologické účinky. Rádioaktívne žiarenie spôsobuje veľké množstvo chemických reakcií v plynoch, roztokoch a pevných látkach. Zvyčajne sa spájajú do skupiny radiačno-chemických reakcií. Patrí sem napríklad rozklad (rádiolýza) vody za vzniku vodíka, peroxidu vodíka a rôznych radikálov, ktoré vstupujú do redoxných reakcií s rozpustenými látkami.
Rádioaktívne žiarenie spôsobuje rôzne rádiochemické premeny rôznych organických zlúčenín – aminokyselín, kyselín, alkoholov, éterov atď. Intenzívne rádioaktívne žiarenie spôsobuje v pevných látkach žiaru sklenených trubíc a množstvo ďalších efektov. Rôzne metódy detekcie a merania rádioaktivity sú založené na štúdiu interakcie rádioaktívneho žiarenia s hmotou.
V závislosti od princípu činnosti sú počítadlá rádioaktívneho žiarenia rozdelené do niekoľkých skupín.
Počítadlá ionizácie. Ich pôsobenie je založené na výskyte ionizácie alebo výboja plynu spôsobeného ionizáciou, keď rádioaktívne častice alebo γ-kvantá vstúpia do počítadla. Medzi desiatkami prístrojov využívajúcich ionizáciu je typická ionizačná komora a Geiger-Mullerov počítač, ktoré sa najčastejšie používajú v chemických analytických a rádiochemických laboratóriách.
Pre rádiochemické a iné laboratóriá priemysel vyrába špeciálne počítacie zariadenia.
Scintilačné čítače. Činnosť týchto čítačov je založená na excitácii atómov scintilátora pomocou γ-kvant alebo rádioaktívnej častice prechádzajúcej čítačom. Vzrušené atómy, ktoré prechádzajú do normálneho stavu, vydávajú záblesk svetla.
V počiatočnom období štúdia jadrových procesov zohrávalo dôležitú úlohu vizuálne scintilačné počítanie, neskôr ho však vytlačil dokonalejší Geiger-Mullerov počítač. V súčasnosti sa opäť hojne využíva scintilačná metóda, už s využitím fotonásobiča.
Čerenkov kontruje. Činnosť týchto čítačov je založená na využití Čerenkovovho javu, ktorý spočíva vo vyžarovaní svetla pri pohybe nabitej častice v priehľadnej látke, ak rýchlosť častíc prekročí rýchlosť svetla v danom prostredí. Fakt nadsvetelnej rýchlosti častice v danom prostredí samozrejme nie je v rozpore s teóriou relativity, keďže rýchlosť svetla v akomkoľvek prostredí je vždy menšia ako vo vákuu. Rýchlosť pohybu častice v látke môže byť v plnom súlade s teóriou relativity väčšia ako rýchlosť svetla v tejto látke a zároveň môže zostať menšia ako rýchlosť svetla vo vákuu. Čerenkovove počítadlá sa používajú na výskumné práce s veľmi rýchlymi časticami, na výskum vo vesmíre a pod., keďže pomocou nich možno určiť množstvo ďalších dôležitých charakteristík častíc (ich energiu, smer pohybu atď.).
Zdroje rádioaktívneho žiarenia delíme na uzavreté a otvorené. Uzavreté - musí byť zapečatené. Otvorené - akékoľvek netesné zdroje žiarenia, ktoré môžu spôsobiť rádioaktívne zamorenie vzduchu, zariadení, povrchov stolov, stien atď.
Pri práci s uzavretými zdrojmi sú potrebné opatrenia obmedzené na ochranu pred vonkajším žiarením.
Utesnené zdroje žiarenia s aktivitou vyššou ako 0,2 g-ekv. rádium by malo byť umiestnené v diaľkovo ovládaných ochranných zariadeniach a inštalované v špeciálne vybavených miestnostiach.
Stručný opis
Ďalšie komplikácie pri práci s rádioaktívnymi liekmi sú spôsobené toxickými vlastnosťami rádioaktívneho žiarenia, ktoré nevyvolávajú okamžitú reakciu organizmu a tým komplikujú včasnú aplikáciu potrebných opatrení. To zvyšuje potrebu prísneho dodržiavania bezpečnostných predpisov pri práci s rádioaktívnymi liekmi. V nevyhnutných prípadoch sa práca s rádioaktívnymi látkami uskutočňuje pomocou takzvaných manipulátorov v špeciálnych komorách, pričom samotný analytik zostáva v inej miestnosti, spoľahlivo chránený pred pôsobením rádioaktívneho žiarenia.
Obsah
Úvod 3
1 Rádioaktivita 5
1.1 Druhy rádioaktívneho rozpadu a žiarenia 5
1.2 Zákon rádioaktívneho rozpadu 7
1.3 Interakcia rádioaktívneho žiarenia s látkou a čítačmi
žiarenie 8
1.4 Klasifikácia zdrojov žiarenia a rádioaktívnych izotopov 10
2 Metódy analýzy založené na meraní rádioaktivity 12
2.1 Využitie prirodzenej rádioaktivity pri analýze 12
2.2 Aktivačná analýza 12
2.3 Metóda riedenia izotopov 14
2.4 Rádiometrická titrácia 14
3 Použitie rádioaktivity 18
3.1 Aplikácia rádioaktívnych indikátorov v analytickej chémii 18
3.2 Použitie rádioaktívnych izotopov 22
Záver 25
Zoznam použitých zdrojov 26
Žiarenie, rádioaktivita a rádiové vyžarovanie sú pojmy, ktoré dokonca znejú dosť nebezpečne. V tomto článku sa dozviete, prečo sú niektoré látky rádioaktívne a čo to znamená. Prečo sa všetci tak boja radiácie a aké je to nebezpečné? Kde nájdeme rádioaktívne látky a čo nám hrozí?
Rádioaktivitou nazývam „schopnosť“ atómov niektorých izotopov štiepiť sa a vytvárať tým žiarenie. Pojem „rádioaktivita“ sa neobjavil okamžite. Spočiatku sa takéto žiarenie nazývalo Becquerelove lúče na počesť vedca, ktorý ho objavil pri práci s izotopom uránu. Už teraz tento proces nazývame pojmom „rádioaktívne žiarenie“.
V tomto pomerne zložitom procese sa pôvodný atóm zmení na atóm úplne iného chemický prvok... V dôsledku vyvrhnutia častíc alfa alebo beta sa hmotnostné číslo atómu mení a podľa toho sa pohybuje podľa tabuľky DI Mendelejeva. Stojí za zmienku, že hmotnostné číslo sa mení, ale samotná hmotnosť zostáva prakticky rovnaká.
Na základe týchto informácií môžeme definíciu pojmu trochu preformulovať. Rádioaktivita je teda aj schopnosť nestabilných atómových jadier nezávisle sa transformovať na iné, stabilnejšie a stabilnejšie jadrá.
Predtým, ako si povieme o tom, čo sú rádioaktívne látky, definujme vo všeobecnosti, čo sa nazýva látka. Takže v prvom rade je to druh záležitosti. Je tiež logické, že túto hmotu tvoria častice a v našom prípade sú to najčastejšie elektróny, protóny a neutróny. Tu už môžeme hovoriť o atómoch, ktoré pozostávajú z protónov a neutrónov. Z atómov sa získavajú molekuly, ióny, kryštály atď.
Koncept chemikálie je založený na rovnakých princípoch. Ak nie je možné izolovať jadro v hmote, nemožno ho klasifikovať ako chemickú látku.
Ako už bolo spomenuté vyššie, aby sa prejavila rádioaktivita, atóm sa musí spontánne rozpadnúť a zmeniť sa na atóm úplne iného chemického prvku. Ak sú všetky atómy látky natoľko nestabilné, že sa týmto spôsobom rozpadajú, potom máte pred sebou rádioaktívnu látku. V odbornejšom jazyku by definícia znela takto: rádioaktívne látky, ak obsahujú rádionuklidy a vo vysokých koncentráciách.
Pomerne jednoduchý a ľahký spôsob, ako zistiť, či je látka rádioaktívna, je pozrieť sa do tabuľky DI Mendelejeva. Všetko po prvku olovo sú rádioaktívne prvky, ako aj prométium a technécium. Je dôležité si zapamätať, ktoré látky sú rádioaktívne, pretože vám to môže zachrániť život.
Existuje tiež množstvo prvkov, ktoré majú vo svojich prirodzených zmesiach aspoň jeden rádioaktívny izotop. Tu je neúplný zoznam, ktorý obsahuje niektoré z najbežnejších prvkov:
Rádioaktívne látky zahŕňajú tie, ktoré obsahujú akékoľvek rádioaktívne izotopy.
Existuje niekoľko typov rádioaktívneho žiarenia, o ktorých sa teraz bude diskutovať. Alfa a beta žiarenie už bolo spomenuté, ale toto nie je celý zoznam.
Alfa žiarenie je najslabšie žiarenie, ktoré je nebezpečné, ak častice spadnú priamo do ľudského tela. Takéto žiarenie realizujú ťažké častice, a preto je ľahké ho zastaviť aj listom papiera. Z rovnakého dôvodu alfa lúče nelietajú viac ako 5 cm.
Beta žiarenie je silnejšie ako predchádzajúce. Toto žiarenie je spôsobené elektrónmi, ktoré sú oveľa ľahšie ako častice alfa, a preto môžu preniknúť niekoľko centimetrov do ľudskej pokožky.
Gama žiarenie je generované fotónmi, ktoré celkom ľahko prenikajú ešte ďalej vnútorné orgány osoba.
Najsilnejšie žiarenie z hľadiska penetrácie je neutrónové žiarenie. Je dosť ťažké sa pred ním skryť, ale v prírode v skutočnosti neexistuje, s výnimkou bezprostrednej blízkosti jadrových reaktorov.
Rádioaktívne nebezpečné látky môžu byť pre ľudí často smrteľné. Okrem toho má radiačná záťaž nezvratný účinok. Ak ste boli vystavení žiareniu, potom ste odsúdení na zánik. V závislosti od rozsahu poškodenia človek umiera v priebehu niekoľkých hodín alebo počas mnohých mesiacov.
Zároveň treba povedať, že ľudia sú nepretržite vystavení rádioaktívnemu žiareniu. Vďaka Bohu, že je dosť slabý na to, aby bol smrteľný. Napríklad pri sledovaní futbalového zápasu v televízii získate 1 mikrorad žiarenia. Až 0,2 rad za rok – to je vo všeobecnosti prirodzené žiarenie pozadia našej planéty. Darček 3 je vaša dávka žiarenia počas zubného röntgenu. No, ožiarenie nad 100 rád je už potenciálne nebezpečné.
Najnebezpečnejšou rádioaktívnou látkou je polónium-210. Vďaka žiareniu okolo neho možno dokonca vidieť akúsi svetelnú „auru“ modrej farby. Stojí za to povedať, že existuje stereotyp, že všetky rádioaktívne látky žiaria. Vôbec to tak nie je, aj keď existujú varianty ako Polónium-210. Väčšina rádioaktívnych látok nie je navonok vôbec podozrivá.
Za najrádioaktívnejší kov sa v súčasnosti považuje livermorium. Jeho izotop Livermoria-293 sa rozpadne za 61 milisekúnd. To sa zistilo už v roku 2000. Ununpentius je o niečo nižší ako on. Čas rozpadu Ununpenty-289 je 87 milisekúnd.
Zaujímavým faktom je aj to, že tá istá látka môže byť neškodná (ak je jej izotop stabilný) a rádioaktívna (ak sa jadro jej izotopu chystá zrútiť).
Rádioaktívne látky sa dlho nepovažovali za nebezpečné, a preto boli voľne študované. Žiaľ, smutné úmrtia nás naučili, že pri takýchto látkach je potrebná opatrnosť a zvýšená bezpečnosť.
Jedným z prvých, ako už bolo spomenuté, bol Antoine Becquerel. Toto je veľký francúzsky fyzik, ktorému patrí sláva objaviteľa rádioaktivity. Za svoje zásluhy mu bolo udelené členstvo v Kráľovskej spoločnosti v Londýne. Pre svoj prínos v tejto oblasti zomrel pomerne mladý, vo veku 55 rokov. Ale na jeho prácu sa spomína dodnes. Na jeho počesť bola pomenovaná samotná jednotka rádioaktivity, ako aj krátery na Mesiaci a Marse.
Rovnako skvelým človekom bola Maria Sklodowska-Curie, ktorá so svojím manželom Pierrom Curiem pracovala s rádioaktívnymi látkami. Mária bola tiež Francúzka, aj keď s poľskými koreňmi. Okrem fyziky sa venovala pedagogickej činnosti a dokonca aktívnej sociálnej činnosti. Marie Curie je prvou ženou, ktorá získala Nobelovu cenu za dva disciplíny naraz: fyziku a chémiu. Za objavenie takých rádioaktívnych prvkov, ako je rádium a polónium, sa zaslúžili Mary a Pierre Curie.
Ako vidíme, rádioaktivita je pomerne zložitý proces, ktorý nie vždy zostáva pod kontrolou človeka. Toto je jeden z tých prípadov, kedy môžu byť ľudia tvárou v tvár nebezpečenstvu úplne bezmocní. Preto je dôležité mať na pamäti, že skutočne nebezpečné veci môžu navonok veľmi klamať.
Ak chcete zistiť, či je látka rádioaktívna alebo nie, najčastejšie sa už môžete dostať pod jej vplyv. Buďte preto opatrní a pozorní. Rádioaktívne reakcie nám pomáhajú v mnohých smeroch, no nemali by sme zabúdať ani na to, že ide o silu, ktorá je prakticky mimo našu kontrolu.
Okrem toho stojí za to pripomenúť prínos veľkých vedcov k štúdiu rádioaktivity. Dali nám neskutočné množstvo užitočných vedomostí, ktoré dnes zachraňujú životy, dodávajú energiu celým krajinám a pomáhajú liečiť hrozné choroby. Rádioaktívne chemických látok je nebezpečenstvom a požehnaním pre ľudstvo.
