Из Википедии, свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Радиохимия это химия из радиоактивных материалов, в которых радиоактивные изотопы элементов , используемых для изучения свойств и химических реакций нерадиоактивных изотопов (часто в пределах радиохимии отсутствие радиоактивности приводит к веществу, описывается как неактивные как изотопы стабильны ) . Большая часть радиохимии связана с использованием радиоактивности для изучения обычных химических реакций . Это сильно отличается от радиационной химии, где уровни радиации остаются слишком низкими, чтобы влиять на химию.

Радиохимия включает изучение как природных, так и искусственных радиоизотопов.

Основные режимы распада [ править ]

Все радиоактивные изотопы являются нестабильными изотопами из элементов -undergo ядерного распада и испускают некоторую форму радиации . Испускаемое излучение может быть нескольких типов, включая альфа , бета , гамма-излучение , испускание протонов и нейтронов, а также пути распада испускания нейтрино и античастиц .

1. α (альфа) излучение - испускание альфа-частицы (которая содержит 2 протона и 2 нейтрона) из ядра атома . Когда это произойдет, атомная масса атома уменьшится на 4 единицы, а атомный номер уменьшится на 2.

2. β (бета) излучения -The превращение из нейтрона в электрон и протон . После этого электрон вылетает из ядра в электронное облако .

3. γ (гамма) излучение - излучение электромагнитной энергии (например, гамма-лучей ) из ядра атома. Обычно это происходит во время альфа- или бета- радиоактивного распада .

Эти три типа излучения можно различить по разной проникающей способности.

Альфа может быть довольно легко остановлена ​​несколькими сантиметрами в воздухе или листом бумаги и эквивалентна ядру гелия. Бета-частицы могут быть отрезаны алюминиевым листом толщиной всего несколько миллиметров и являются электронами. Гамма является наиболее проникающим из трех и представляет собой безмассовый, не имеющий заряда фотон высокой энергии . Гамма-излучение требует значительного количества радиационной защиты от тяжелых металлов (обычно на основе свинца или бария ), чтобы снизить его интенсивность.

Анализ активации [ править ]

Путем нейтронного облучения объектов можно вызвать радиоактивность; Эта активация стабильных изотопов для создания радиоизотопов является основой нейтронно-активационного анализа . Одним из наиболее интересных объектов, которые были изучены таким образом, являются волосы на голове Наполеона , которые были исследованы на содержание мышьяка . [1]

Существует ряд различных экспериментальных методов, которые были разработаны для измерения ряда различных элементов в разных матрицах. Для уменьшения влияния матрицы обычно используют химическое извлечение желаемого элемента и / или позволяют радиоактивности, обусловленной матричными элементами, распасться перед измерением радиоактивности. Поскольку матричный эффект можно скорректировать, наблюдая за спектром распада, для некоторых образцов требуется небольшая подготовка образца или не требуется ее вовсе, что делает нейтронно-активационный анализ менее восприимчивым к загрязнению.

Эффекты серии различных времен охлаждения можно увидеть, если на гипотетический образец, который содержит натрий, уран и кобальт в соотношении 100: 10: 1, был нанесен очень короткий импульс тепловых нейтронов . Первоначальная радиоактивность будет определяться активностью 24 Na ( период полураспада 15 часов), но с увеличением времени 239 Np (период полураспада 2,4 дня после образования из родительского 239 U с периодом полураспада 24 минуты) и, наконец, активность 60 Co (5,3 года) будет преобладать.

Приложения для биологии [ править ]

Одно из биологических приложений - это исследование ДНК с использованием радиоактивного фосфора -32. В этих экспериментах стабильный фосфор заменяется химически идентичным радиоактивным P-32, и полученная радиоактивность используется для анализа молекул и их поведения.

Другой пример - работа, которая была проведена по метилированию таких элементов, как сера , селен , теллур и полоний , живыми организмами. Было показано, что бактерии могут преобразовывать эти элементы в летучие соединения [2], считается, что метилкобаламин ( витамин B 12 ) алкилирует эти элементы с образованием диметилов. Было показано, что комбинация кобалоксима и неорганического полония в стерильной воде образует летучее соединение полония, в то время как контрольный эксперимент, который не содержал кобальтасоединение не образовывало летучее соединение полония. [3] Для работы с серой использовался изотоп 35 S, а для полония - 207 Po. В некоторых связанных работах путем добавления 57 Co к бактериальной культуре с последующим выделением кобаламина из бактерий (и измерением радиоактивности выделенного кобаламина) было показано, что бактерии превращают доступный кобальт в метилкобаламин.

В медицине сканирование с помощью ПЭТ (позитронно-эмиссионной томографии) обычно используется в диагностических целях. Радиационный индикатор вводится внутривенно пациенту, а затем вводится в ПЭТ-машину. Радиоактивный индикатор испускает излучение наружу от пациента, а камеры в машине интерпретируют лучи излучения от индикатора. В аппаратах для сканирования ПЭТ используется твердотельное сцинтилляционное обнаружение, поскольку кристаллы NaI (Tl) поглощают излучение индикаторов и производят фотоны, которые преобразуются в электрический сигнал для анализа аппаратом. [4]

Окружающая среда [ править ]

Радиохимия также включает изучение поведения радиоизотопов в окружающей среде; например, лесной или травяной пожар может снова сделать радиоизотопы мобильными. [5] В этих экспериментах в зоне отчуждения вокруг Чернобыля начались пожары, и была измерена радиоактивность в воздухе с подветренной стороны.

Важно отметить, что огромное количество процессов способно выделять радиоактивность в окружающую среду, например, действие космических лучей в воздухе отвечает за образование радиоизотопов (таких как 14 C и 32 P), распад 226 Ra образует 222 Rn, который представляет собой газ, который может диффундировать через камни перед проникновением в здания [6] [7] [8] и растворяться в воде и, таким образом, попадать в питьевую воду [9] Кроме того, деятельность человека, такая как испытания бомб , несчастные случаи, [10] и нормальные выбросы из промышленности привели к выбросу радиоактивности.

Химическая форма актинидов [ править ]

Химия окружающей среды некоторых радиоактивных элементов, таких как плутоний, осложняется тем фактом, что растворы этого элемента могут подвергаться диспропорционированию [11], и в результате одновременно могут сосуществовать многие различные состояния окисления. Была проделана определенная работа по определению степени окисления и координационного числа плутония и других актинидов в различных условиях. [2] Это включает в себя работу как над решениями относительно простых комплексов [12] [13], так и над коллоидами [14] Две из ключевых матриц - грунт / камни и бетон.В этих системах химические свойства плутония изучались с использованием таких методов, как EXAFS и XANES . [15] [3] [4]

Движение коллоидов [ править ]

Хотя связывание металла с поверхностью частиц почвы может препятствовать его перемещению через слой почвы, частицы почвы, несущие радиоактивный металл, могут мигрировать через почву в виде коллоидных частиц. Было показано, что это происходит с использованием частиц почвы, помеченных 134 Cs, и было показано, что они могут перемещаться через трещины в почве. [16]

Нормальный фон [ править ]

Радиоактивность присутствует повсюду (и была с момента образования Земли). По данным Международного агентства по атомной энергии , один килограмм почвы обычно содержит следующие количества следующих трех природных радиоизотопов 370 Бк 40 К (типичный диапазон 100–700 Бк), 25 Бк 226 Ra (типичный диапазон 10-50 Бк), 25 238 Бк (типичный диапазон 10–50 Бк) и 25 Бк 232 Th (типичный диапазон 7-50 Бк). [17]

Действие микроорганизмов [ править ]

Действие микроорганизмов может зафиксировать уран; Thermoanaerobacter может использовать хром (VI), железо (III), кобальт (III), марганец (IV) и уран (VI) в качестве акцепторов электронов, в то время как ацетат , глюкоза , водород , лактат , пируват , сукцинат и ксилоза могут действовать как доноры электронов. для метаболизма бактерий. Таким образом, металлы могут быть восстановлены с образованием магнетита (Fe 3 O 4 ), сидерита (FeCO 3 ),родохрозит (MnCO 3 ) и уранинит (UO 2 ). [18] Другие исследователи также работали над фиксацией урана с помощью бактерий [5] [6] [7] , Фрэнсис Р. Ливенс и другие. (Работая в Манчестере ) предположили, что причина, по которой Geobacter sulfurereducens может снижать уровень UO2+
2катионов до диоксида урана заключается в том, что бактерии восстанавливают ураниловые катионы до UO+
2который затем подвергается диспропорционированию с образованием UO2+
2и UO 2 . Это рассуждение было основано (по крайней мере частично) на наблюдении, что NpO+
2не превращается бактериями в нерастворимый оксид нептуния. [19]

Образование [ править ]

Несмотря на растущее использование ядерной медицины, потенциальное расширение атомных электростанций и озабоченность по поводу защиты от ядерных угроз и обращения с ядерными отходами, образовавшимися в последние десятилетия, количество студентов, выбирающих специальность в области ядерной и радиохимии, значительно сократилось. последние несколько десятилетий. Сейчас, когда многие эксперты в этих областях приближаются к пенсионному возрасту, необходимы действия, чтобы избежать нехватки кадров в этих критических областях, например, путем повышения интереса студентов к этой карьере, расширения образовательного потенциала университетов и колледжей и предоставления более конкретных обучение без отрыва от производства. [20]

Ядерная и радиохимия (ЯРХ) в основном преподается на университетском уровне, обычно сначала на уровне магистра и доктора наук. В Европе предпринимаются значительные усилия по гармонизации и подготовке образования NRC к будущим потребностям отрасли и общества. Эти усилия координируются в рамках проектов, финансируемых Скоординированными действиями при поддержке 7-й рамочной программы Европейского сообщества по атомной энергии: проект CINCH-II - Сотрудничество в области образования и обучения в области ядерной химии.

Ссылки [ править ]

  1. ^ H. Smith, С. Forshufvud и А. Вассен, Nature , 1962, 194 (26 мая), 725-726
  2. ^ Н. Момошима, Li-X. Сонг, С. Осаки и Ю. Маэда, «Биологически индуцированная эмиссия Po из пресной воды», Journal of Environment Radioactivity , 2002, 63 , 187–197.
  3. ^ Н. Момошима, Li-X. Сонг, С. Осаки и Ю. Маэда, «Образование и выброс летучих соединений полония в результате микробной активности и метилирования полония с метилкобаламином», Наука об окружающей среде и технологии , 2001, 35 , 2956–2960
  4. ^ Саха, Гопал Б. (2010). «Системы сканирования ПЭТ». Основы ПЭТ-визуализации . Спрингер, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк. С. 19–39. DOI : 10.1007 / 978-1-4419-0805-6_2 . ISBN 9781441908049.
  5. ^ Ёщенко В.И. и др. (2006) Ресуспензия и перераспределение радионуклидов во время лесных и пастбищных пожаров в Чернобыльской зоне отчуждения: часть I. Пожарные эксперименты J Envir Radioact 86 : 143–63 PMID 16213067 
  6. ^ Яня Ваупотич и Иван Кобаль, «Эффективные дозы в школах на основе наноразмерных аэрозолейдочерних продуктоврадона», Атмосферная среда , 2006, 40 , 7494–7507
  7. ^ Майкл Дюран, Строительство и окружающая среда , «Загрязнение воздуха внутри помещений, вызванное геотермальными газами», 2006, 41 , 1607–1610
  8. ^ Паоло Боффетта, "Рак человека от загрязнителей окружающей среды: эпидемиологические данные", Мутационные исследования / Генетическая токсикология и мутагенез в окружающей среде , 2006, 608 , 157–162
  9. ^ М. Форте, Р. Рускони, М. Т. Каззанига и Г. Сгорбати, "Измерение радиоактивности в итальянских питьевых водах". Микрохимический журнал , 2007, 85 , 98–102.
  10. ^ Р. Пёлланен, М.Е. Кеттерер, С. Лехто, М. Хокканен, Т.К. Икяхеймонен, Т. Сийсконен, М. Моринг, член парламента Рубио Монтеро и А. Мартин Санчес, "Многотехнологическая характеристика частицы ядерной бомбы после аварии в Паломаресе" , Журнал экологической радиоактивности , 2006 г., стр. 90 , 15–28.
  11. ^ Rabideau, SW, Журнал Американского химического общества , 1957, 79 , 6350-6353
  12. ^ PG Allen, JJ Bucher, DK Shuh, NM Edelstein, and T. Reich, "Исследование комплексов Aquo и Chloro UO 2 2+ , NpO 2+ , Np 4+ и Pu 3+ с помощью тонкой структуры поглощения рентгеновских лучей". Спектроскопия », Неорганическая химия , 1997, 36 , 4676–4683.
  13. ^ Дэвид Л. Кларк, Стивен Д. Конрадсон, Д. Вебстер Кио, Филип Д. Палмер, Брайан Л. Скотт и К. Дрю Тейт, "Идентификация ограничивающих видов в системе карбоната плутония (IV). Твердое состояние и молекулярная структура раствора"иона[Pu (CO 3 ) 5 ] 6− », Неорганическая химия , 1998, 37 , 2893–2899
  14. ↑ Йорг Роте, Клеменс Вальтер, Мелисса А. Денеке и Т. Fanghänel, "Исследование XAFS и LIBD образования и структуры продуктов гидролиза коллоидного Pu (IV)", Неорганическая химия , 2004, 43 , 4708–4718
  15. ^ MC Duff, DB Hunter, IR Triay, PM Bertsch, DT Reed, SR Sutton, G. Shea-McCarthy, J. Kitten, P. Eng, SJ Chipera и DT Vaniman, "Минеральные ассоциации и средние степени окисления сорбированного Pu на туфе », Environ. Sci. Technol. , 1999, 33 , 2163–2169
  16. ^ RD Whicker и SA Ibrahim, "Вертикальная миграция 134 Cs-содержащих частиц почвы в засушливых почвах: последствия для перераспределения плутония", Journal of Environmental Radioactivity , 2006, 88 , 171–188.
  17. ^ «Общие процедуры оценки и реагирования во время радиационной аварийной ситуации», Серия TECDOC Международного агентства по атомной энергии, номер 1162, опубликована в 2000 г. [1]
  18. ^ Юлы Ро, Ши В. Ль, Guangshan Ли, Heshu Хуан, Томми Дж Фелпс и Цзичжун Чжоу, «Выделение и характеристика металлообрабатывающего сводящего Thermoanaerobacter Штаммов из Deep недропользования окружений Piceance бассейна, Колорадо», Прикладные и экологическая микробиология , 2002, 68 , 6013–6020.
  19. ↑ Джоанна К. Реншоу, Лаура Дж. К. Бутчинс, Фрэнсис Р. Ливенс, Иэн Мэй, Джон М. Чарнок и Джонатан Р. Ллойд, Environ. Sci. Technol. , 2005, 39 (15), 5657–5660.
  20. ^ Обеспечение будущей ядерной и радиохимической экспертизы в США . Совет по химическим наукам и технологиям. 2012. ISBN. 978-0-309-22534-2.

Внешние ссылки [ править ]

  • Радиоэлектрохимия САУ