Войти
Радиохимия - это химия из радиоактивных материалов, где радиоактивны изотопы элементов используются для изучения свойств и химических реакций нерадиоактивных изотопов (часто в рамках радиохимии отсутствие радиоактивности приводит к тому, что вещество описывается как неактивное, поскольку изотопы стабильны). Большая часть радиохимии связана с использованием радиоактивности для изучения обычных химических реакций. Это сильно отличается от радиационной химии, где уровни радиации поддерживаются слишком низкими, чтобы влиять на химию.
Радиохимия включает изучение как природных, так и искусственных радиоизотопов.
Все радиоизотопы нестабильны изотопы из элементы - подвергаются ядерному распаду и испускают некоторую форму излучения. Испускаемое излучение может быть нескольких типов, включая альфа, бета, гамма-излучение, протонное и нейтронное излучение. наряду с траекториями 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) излучение - трансмутация 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-излучения радиоактивного распада.
Эти три типа излучения можно различить по разнице в проникающей способности.
Альфа может быть довольно легко остановлена с помощью нескольких сантиметров в воздухе или листа бумаги, и она эквивалентна ядру гелия. Бета-частицы могут быть отрезаны алюминиевым листом толщиной всего несколько миллиметров и являются электронами. Гамма является наиболее проникающей из трех и представляет собой безмассовый беззарядный фотон высокой энергии . Гамма-излучение требует значительного количества радиационной защиты от тяжелых металлов (обычно на основе свинца или бария ) для снижения его интенсивности.
При нейтронном облучении объектов можно вызвать радиоактивность; эта активация стабильных изотопов для создания радиоизотопов является основой нейтронно-активационного анализа. Одним из наиболее интересных объектов, изученных таким образом, являются волосы Наполеона на голове, которые были исследованы на их содержание мышьяка.
A Существует ряд различных экспериментальных методов, которые были разработаны для измерения ряда различных элементов в разных матрицах. Чтобы уменьшить влияние матрицы , обычно используют химическое извлечение желаемого элемента и / или позволяют радиоактивности из-за матричных элементов распадаться перед измерением радиоактивности. Поскольку матричный эффект может быть скорректирован путем наблюдения за спектром распада, для некоторых образцов требуется небольшая подготовка образца или не требуется ее вовсе, что делает нейтронно-активационный анализ менее чувствительным к загрязнению.
Эффект от серии различных времен охлаждения можно увидеть, если гипотетический образец, содержащий натрий, уран и кобальт в соотношении 100: 10: 1, был подвергнут очень короткому импульсу тепловых нейтронов.. Первоначальная радиоактивность будет определяться активностью Na (период полураспада 15 часов), но с увеличением времени Np (период полураспада 2,4 дня после образования из исходного U с периодом полураспада 24 минуты) и, наконец, Со-активность (5,3 года) будет преобладать.
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.
Другим примером является работа, которая была проведена по метилированию таких элементов, как сера, селен, теллур и полоний живыми организмами. Было показано, что бактерии могут превращать эти элементы в летучие соединения; предполагается, 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 соединения кобальта не образуют летучего соединения полония. Для исследования серы использовался изотоп S, а для полония - Po. В некоторых связанных исследованиях путем добавления Co в бактериальную культуру 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 переносится в ПЭТ-аппарат. 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.
Радиохимия также включает изучение поведения радиоизотопов в окружающей среде; например, лесной или травяной пожар может снова сделать радиоизотопы мобильными. В этих экспериментах в зоне отчуждения вокруг Чернобыля были начаты 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 ( такие как C и P), при распаде Ra образуется Rn, который представляет собой газ, который может диффундировать через породы перед проникновением в здания и растворяться в воде и, таким образом, попадать в питьевую воду Кроме того, деятельность человека, такая как испытания бомб, аварии и нормальные выбросы в промышленности привели к выбросу радиоактивности.
Химический состав некоторых радиоактивных элементов, таких как плутоний, в окружающей среде усложняется тем фактом, что растворы этого элемента могут подвергаться диспропорционированию и в результате одновременно может сосуществовать множество различных степеней окисления. Была проделана определенная работа по определению степени окисления и координационного числа плутония и других актинидов в различных условиях. [2] Сюда входят работы как над растворами относительно простых комплексов, так и над коллоиды Двумя ключевыми матрицами являются почва / горные породы и бетон, в этих системах химические свойства плутония изучались с использованием таких методов, как EXAFS и XANES.[3ght [4]
При связывании металла с поверхностями 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 Cs, и было показано, что они могут перемещаться через трещины в почве.
Радиоактивность присутствует повсюду (и была с момента образования земли). Согласно Международного агентства по атомной энергии, один килограмм почвы обычно содержит следующие количества следующих трех естественных радиоизотопов 370 Бк · К (типичный диапазон 100–700 Бк), 25 Бк Ra (типичный диапазон 10–50 Бк), 25 Бк U (типичный диапазон 10–50 Бк) и 25 Бк Th (типичный диапазон 7-50 Бк).
Действие микроорганизмов может исправить уран; Thermoanaerobacter может использовать хром (VI), железо (III), кобальт (III), марганец ( IV) и уран (VI) в качестве акцепторов электронов, а 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 3O4), сидерита (FeCO 3), родохрозита ( MnCO 3) и уранинит (UO 2). Другие исследователи также работали над фиксацией урана с помощью бактерий [5pting [6pting [7], Фрэнсис Р. Ливенс и др. (Работая в Манчестере ) предположили, что причина, по которой Geobacter Sourreducens может восстанавливать катионы UO. 2до диоксида урана, заключается в том, что бактерии восстанавливают катионы уранила до UO. 2, которые затем подвергается диспропорционированию с образованием UO. 2и UO 2. Это рассуждение было основано (по крайней мере частично) на наблюдении, что NpO. 2не превращается бактериями в нерастворимый оксид нептуния.
Несмотря на растущее использование ядерной медицины, потенциальное расширение атомных электростанций и беспокойство 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 за 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 образовательных возможностей университетов и колледжей и предоставления более конкретных обучение без отрыва от производства.
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.
