Искусственный радиоактивный химический элемент. Свойства и применение. Самая едкая кислота
Уран, торий и некоторые другие элементы обладают свойством непрерывно и без каких-либо внешних воздействий (т. е. под влиянием внутренних причин) испускать невидимое излучение, которое подобно рентгеновскому излучению способно проникать сквозь непрозрачные экраны и оказывать фотографическое и ионизационное действия.
Свойство самопроизвольного испускания подобного излучения получило название радиоактивности. Элементы, обладающие этим свойством, называются радиоактивными элементами, а испускаемое ими излучение - радиоактивным излучением. Радиоактивные свойства были впервые обнаружены в 1896 г. у урана французским физиком Антуаном Анри Беккерелем (1852-1908).
Открытие радиоактивности произошло вслед за открытием рентгеновского излучения. Испускание рентгеновского излучения впервые было замечено при бомбардировке стеклянных стенок разрядной трубки катодными лучами. Наиболее эффективным результатом такой бомбардировки является интенсивное зеленое свечение стекла, люминесценция (см. том II, § 102). Это обстоятельство навело на мысль, что рентгеновское излучение есть продукт люминесценции и сопровождает всякую люминесценцию, и сопровождает «осужденную светом.
Опытной проверкой этого предположения занялся Беккерель. Он возбуждал люминесцирующие вещества светом, а затем подносил их к обёрнутой в черную бумагу фотопластинке. Испускание проникающего излучения должно было бы обнаружиться по почернению фотопластинки после проявления. Из всех испытанных Беккерелем люминесцирующих веществ почернение пластики сквозь черную бумагу вызывала лишь соль урана. Но при этом оказалось, что образец, предварительно возбужденный сильным освоением, давал такое же почернение, как и невозбужденный образец. Отсюда следовало, что испускаемое урановой солью излучение не связано с люминесценцией, а испускается независимо от внешних воздействий. Этот вывод подтвердился опытами с нелюминесцирующими соединениями урана - они все давали проникающие излучение.
После открытия радиоактивности урана Беккерелем польский и французский физик Мария Склодовская-Кюри (1867-1934), которая основные научные работы выполняла в сотрудничестве со своим мужем Пьером Кюри (1859-1906), исследовала большую часть известных элементов и многие их соединения с целью установить, не обладают ли какие-либо из них радиоактивными свойствами. В своих опытах М. Кюри использовала в качестве признака радиоактивности способность радиоактивных веществ ионизовать воздух. Этот признак гораздо более чувствителен, чем способность радиоактивных веществ действовать на фотопластинку. Ионизующее действие радиоактивного препарата легко обнаруживается с помощью опыта, изображенного на рис. 376 (ср. том II, § 92). Опыты М. Кюри привели к следующим результатам.
Рис. 376. Измерение ионизационного тока: 1
– корпус ионизационной камеры, 2 – электрод, отделенный от 1 изолирующей
пробкой 3,4 – изучаемый препарат, 5 – электрометр. Сопротивление 
. При достаточно
высоком напряжении батареи все ионы, образуемые в объеме камеры ионизующим
излучением, собираются на электроды, и через камеру точек ток, пропорциональный
ионизационному действию препарата. В отсутствие ионизующих агентов воздух в
камере является непроводником, и ток равен нулю
1. Радиоактивность обнаруживают не только уран, но и все его химические соединения. Кроме того, радиоактивные свойства были обнаружены еще у одного элемента - тория и у всех его химических соединений.
2. Радиоактивность препарата с любым химическим составом равна радиоактивности чистых урана или тория, взятых в количестве, в котором они содержатся в этом препарате.
Последний результат означает, что свойства молекулы, в состав которой входит радиоактивный элемент, не влияют на радиоактивность. Таким образом, радиоактивность представляет собой не молекулярное явление, а внутреннее свойство атомов радиоактивного элемента.
Помимо чистых элементов и их соединений, Кюри исследовала также различные природные минералы. Радиоактивность минералов оказалась обусловленной присутствием в них урана или тория. При этом, однако, некоторые минералы обнаружили неожиданно большую радиоактивность. Так, урановая смоляная руда давала в четыре раза большую ионизацию, чем содержащийся в ней уран.
Повышенную активность смоляной руды можно было объяснить только примесью неизвестного радиоактивного элемента в количестве настолько малом, что он ускользал от химического анализа. Несмотря на малое содержание, этот элемент испускал больше радиоактивного излучения, чем присутствующий в большом количестве уран. Следовательно, радиоактивность этого элемента должна быть во много раз сильнее радиоактивности урана.
Исходя из этих соображений, Пьер и Мария Кюри предприняли химическое выделение гипотетического элемента из урановой смоляной руды. Контролем успешности проводимых химических операций служила радиоактивность на единицу массы получаемого продукта, которая должна была расти по мере увеличения в нем содержания нового элемента. После нескольких лет напряженной работы действительно удалось получить несколько десятых долей грамма чистого элемента, радиоактивность которого более чем в миллион раз превосходила радиоактивность урана. Элемент этот получил название радий (т. е. лучистый).
По своим химическим свойствам радий относится к щелочно-земельным металлам. Атомная масса его оказалась равной 226. На основании химических свойств и атомной массы радий был помещен в дотоле пустовавшую клетку № 88 периодической системы Менделеева.
Радий является постоянным спутником урана в рудах, но содержится в ничтожных количествах - примерно радия на урана; ввиду этого добыча радия представляет собой весьма трудоемкий процесс. Радий - один из самых редких и дорогих металлов. Он ценится как концентрированный источник радиоактивных излучений.
Дальнейшие исследования Кюри и других ученых значительно расширили число известных радиоактивных элементов.
Все элементы с порядковым номером, превышающим 83, оказались радиоактивными. Они были найдены в виде небольших примесей к урану, радию и торию.
Таким же образом были найдены радиоактивные изотопы элементов таллия , свинца и висмута . Следует отметить, что радиоактивны только редкие изотопы этих элементов, примешанные к урану, радию и торию. Обычные таллий, свинец и висмут нерадиоактивны.
Помимо элементов, образующих коней периодической системы Менделеева, радиоактивными оказались также элементы: самарий, калий, рубидий. Радиоактивность этих элементов слаба и обнаруживается с трудом.
Среди всех элементов периодической системы значительная часть принадлежит таким, о которых большинство людей говорят со страхом. А как же иначе? Ведь они являются радиоактивными, а это означает прямую угрозу здоровью людей.
Попробуем разобраться, какие же именно элементы являются опасными, и что они собой представляют, а также выясним, в чем заключается их вредоносное действие на организм человека.
Общее понятие о группе радиоактивных элементов
В данную группу входят металлы. Их достаточно много, располагаются они в периодической системе сразу после свинца и до самой последней ячейки. Главный критерий, по которому принято относить тот или иной элемент к группе радиоактивных, - это его способность обладать определенным периодом полураспада.
Другими словами, - это преобразование ядра металла в другое, дочернее, которое сопровождается испусканием излучения определенного вида. При этом происходят превращения одних элементов в другие.
Радиоактивный металл - это тот, у которого хотя бы один изотоп является таковым. Даже если всего разновидностей будет шесть, и при этом лишь одна из них будет носителем данного свойства, весь элемент станет считаться радиоактивным.
Виды излучений
Основными вариантами излучения, которое испускается металлами при распадах, являются:
- альфа-частицы;
- бета-частицы или нейтринный распад;
- изомерный переход (гамма-лучи).
Есть два варианта существования подобных элементов. Первый - это естественный, то есть когда радиоактивный металл встречается в природе и самым простым путем под влиянием внешних сил с течением времени преобразуется в иные формы (проявляет свою радиоактивность и распадается).
Вторая группа - это искусственно созданные учеными металлы, способные к быстрому распаду и мощному выделению большого количества радиационного излучения. Делается это для использования в определенных сферах деятельности. Установки, в которых производятся ядерные реакции по превращениям одних элементов в другие, называются синхрофазотронами.
Разница между двумя обозначенными способами полураспада очевидна: в обоих случаях он самопроизвольный, однако лишь искусственно полученные металлы дают именно ядерные реакции в процессе деструктуризации.
Основы обозначения подобных атомов
Так как у большей части элементов лишь один или два изотопа являются радиоактивными, принято указывать конкретный вид при обозначениях, а не весь элемент в целом. Например, свинец - это просто вещество. Если же принимать во внимание, что он - радиоактивный металл, то следует называть его, например, "свинец-207".
Периоды полураспада рассматриваемых частиц могут сильно варьироваться. Есть изотопы, которые существуют лишь 0,032 секунды. Но наравне с ними встречаются и те, что распадаются миллионы лет в земных недрах.
Радиоактивные металлы: список
Полный перечень всех принадлежащих к рассматриваемой группе элементов может быть достаточно внушительным, ведь всего к ней относятся около 80 металлов. В первую очередь это все, стоящие в периодической системе после свинца, включая группу То есть висмут, полоний, астат, радон, франций, радий, резерфордий и так далее по порядковым номерам.
Выше обозначенной границы располагается множество представителей, каждый из которых также имеет изотопы. При этом некоторые из них могут быть как раз радиоактивными. Поэтому важно, какие разновидности имеет Радиоактивный металл, точнее одна из его изотопных разновидностей, есть практически у каждого представителя таблицы. Например, их имеют:
- кальций;
- селен;
- гафний;
- вольфрам;
- осмий;
- висмут;
- индий;
- калий;
- рубидий;
- цирконий;
- европий;
- радий и другие.
Таким образом, очевидно, что элементов, проявляющих свойства радиоактивности, очень много - подавляющее большинство. Часть из них безопасна из-за слишком длинного периода полураспада и содержится в природе, другая же создана искусственно человеком для различных нужд в науке и технике и является крайне опасной для организма людей.
Характеристика радия
Название элементу дано его первооткрывателями - супругами и Марией. Именно эти люди впервые обнаружили, что один из изотопов этого металла - радий-226 - это наиболее устойчивая форма, обладающая особыми свойствами радиоактивности. Это произошло в 1898 году, и о подобном явлении только стало известно. Подробным его изучением как раз и занялись супруги химики.
Этимология слова берет корни из французского языка, на котором оно звучит как radium. Всего известно 14 изотопных модификаций данного элемента. Но наиболее устойчивые формы с массовыми числами:
Ярко выраженной радиоактивностью обладает форма 226. Сам по себе радий - химический элемент под номером 88. Атомная масса . Как простое вещество способен к существованию. Представляет собой серебристо-белый радиоактивный металл с температурой плавления около 670 0 С.
С химической точки зрения проявляет достаточно высокую степень активности и способен реагировать с:
- водой;
- органическими кислотами, формируя устойчивые комплексы;
- кислородом, образуя оксид.
Свойства и применение
Также радий - химический элемент, который формирует ряд солей. Известны его нитриды, хлориды, сульфаты, нитраты, карбонаты, фосфаты, хроматы. Также есть с вольфрамом и бериллием.
То, что радий-226 может быть опасен для здоровья, его первооткрыватель Пьер Кюри узнал не сразу. Однако сумел убедиться в этом, когда провел эксперимент: сутки он ходил с привязанной к плечевой части руки пробиркой с металлом. На месте контакта с кожей появилась незаживающая язва, избавиться от которой ученый не мог больше двух месяцев. От своих экспериментов над явлением радиоактивности супруги не отказались, поэтому и умерли оба от большой дозы облучения.
Помимо отрицательного значения, существует и ряд областей, в которых радий-226 находит применение и приносит пользу:
- Индикатор смещения уровня океанских вод.
- Используется для определения количества урана в породе.
- Входит в состав осветительных смесей.
- В медицине используется для формирования лечебных радоновых ванн.
- Применяют с целью снятия электрических зарядов.
- С его помощью проводится дефектоскопия литья и свариваются швы деталей.
Плутоний и его изотопы
Данный элемент был открыт в сороковых годах XX века американскими учеными. Впервые его выделили из в которой он сформировался из нептуния. Последний при этом - результат распада уранового ядра. То есть все они между собой тесно взаимосвязаны общими радиоактивными превращениями.
Существует несколько устойчивых изотопов данного металла. Однако наиболее распространенной и важной практически разновидностью является плутоний-239. Известны химические реакции данного металла с:
- кислородом,
- кислотами;
- водой;
- щелочами;
- галогенами.
По своим физическим свойствам плутоний-239 является хрупким металлом с температурой плавления 640 0 С. Основные способы воздействия на организм - это постепенное формирование онкологических заболеваний, накапливание в костях и вызывание их разрушения, заболевания легких.
Область использования - в основном ядерная промышленность. Известно, что при распаде одного грамма плутония-239 выделяется такое количество теплоты, которое сравнимо с 4-мя тоннами сгоревшего угля. Именно поэтому этот находит такое широкое применение в реакциях. Ядерный плутоний - источник энергии в атомных реакторах и термоядерных бомбах. Он же используется при изготовлении электрических аккумуляторов энергии, срок службы которых может достигать пяти лет.
Уран - источник радиации
Данный элемент был открыт в 1789 году химиком из Германии Клапротом. Однако исследовать его свойства и научиться применять их на практике люди сумели лишь в XX веке. Основная отличительная особенность в том, что радиоактивный уран способен при естественном распаде образовывать ядра:
- свинца-206;
- криптона;
- плутония-239;
- свинца-207;
- ксенона.
В природе этот металл светло-серого цвета, обладает температурой плавления свыше 1100 0 С. Встречается в составе минералов:
- Урановые слюдки.
- Уранинит.
- Настуран.
- Отенит.
- Тюянмунит.
Известны три стабильных природных изотопа и 11 искусственно синтезированных, с массовыми числами от 227 до 240.
В промышленности широко используется радиоактивный уран, способный быстро распадаться с высвобождением энергии. Так, его используют:
- в геохимии;
- горном деле;
- ядерных реакторах;
- при изготовлении ядерного оружия.
Влияние на организм человека ничем не отличается от предыдущих рассмотренных металлов - накопление приводит к повышенной дозе облучения и возникновению раковых опухолей.
Трансурановые элементы
Самыми главными из металлов, стоящих вслед за ураном в периодической системе, являются те, что были открыты совсем недавно. Буквально в 2004 году в свет вышли источники, подтверждающие рождение на свет 115 элемента периодической системы.
Им стал самый радиоактивный металл из всех известных на сегодняшний день - унунпентий (Uup). Его свойства остаются не изученными до сих пор, ведь период полураспада составляет 0,032 секунды! Рассмотреть и выявить подробности строения и проявляемые особенности при таких условиях просто невозможно.
Однако его радиоактивность во много раз превосходит показатели второго по данному свойству элемента - плутония. Тем не менее используется на практике не унунпентий, а более "медленные" его товарищи по таблице - уран, плутоний, нептуний, полоний и прочие.
Еще один элемент - унбибий - теоретически существует, однако доказать это практически ученые разных стран не могут с 1974 года. Последняя попытка была совершена в 2005 году, однако оказалась не подтвержденной общим советом ученых-химиков.
Торий
Был открыт еще в XIX веке Берцелиусом и назван в честь скандинавского бога Тора. Является слаборадиоактивным металлом. Такой особенностью обладают пять из его 11-ти изотопов.
Основное применение в основано не на способности испускать огромное количество тепловой энергии при распаде. Особенность в том, что ядра тория способны захватывать нейтроны и превращаться в уран-238 и плутоний-239, которые уже и вступают непосредственно в ядерные реакции. Поэтому и торий можно отнести к группе рассматриваемых нами металлов.
Полоний
Серебристо-белый радиоактивный металл под номером 84 в периодической системе. Открыт был все теми же ярыми исследователями радиоактивности и всего, что с ней связано, супругами Марией и Пьером Кюри в 1898 году. Главная особенность этого вещества в том, что оно свободно существует около 138,5 дней. То есть таков период полураспада данного металла.
В природе встречается в составе урановых и других руд. Используется как источник энергии, причем достаточно мощной. Является стратегическим металлом, так как применяется для изготовления ядерного оружия. Количество строго ограничено и находится под контролем каждого государства.
Также используется для ионизации воздуха, устранения статического электричества в помещении, при изготовлении космических обогревателей и прочих схожих предметов.
Воздействие на организм человека
Все радиоактивные металлы обладают способностью проникать сквозь кожу человека и накапливаться внутри организма. Они очень плохо выводятся с продуктами жизнедеятельности, вообще не выводятся с потом.
Со временем начинают поражать дыхательную, кровеносную, нервную системы, вызывая в них необратимые изменения. Воздействуют на клетки, заставляя их функционировать неправильно. В результате происходит образование злокачественных опухолей, возникают онкологические заболевания.
Поэтому каждый радиоактивный металл - большая опасность для человека, особенно если говорить о них в чистом виде. Нельзя трогать их незащищенными руками и находиться в помещении вместе с ними без специальных защитных приспособлений.
Все известные радиоактивные элементы следует разделить на 2 группы (таблица 2.1): естественные и искусственные (техногенные) .
Среди естественных радиоактивных элементов выделяются долгоживущие (U, Th, K-40, Rb-87 и др.), короткоживущие продукты распада долгоживущих изотопов (радий, радон и т.д.) и нуклиды, постоянно образующиеся в природной среде за счет ядерных реакций (C-14, H-3, Be-7 и др.).
Искусственные радионуклиды могут быть подразделены на:
- осколочные (продукт деления ядер урана-235 под воздействием тепловых нейтронов по схеме):
90 Sr, 134 Cs, 137 Cs, 140 La, 131 I, 129 I, 99 Tc, 106 Ru, 141 Ce
- трансурановые радиоактивные элементы
- продукты активации – за счет взаимодействия нейтронов, гамма - квантов и т.д. с веществом:
56 Fe, 22 Na, 60 Co, 65 Zn, 32 P
8 Предельно допустимые дозы облучения на организм человека. Каковы основные тенденции в изменении этих нормативов?
Предельно допустимая доза (ПДД) ионизирующего излучения - гигиенический норматив, регламентирующий наибольшее допустимое значение индивидуальной эквивалентной дозы во всем теле человека или в отдельных органах, которое не вызовет в состоянии здоровья лиц, работающих с источниками ионизированного излучения, неблагоприятных изменений. Применяется в области радиационной безопасности, устанавливается законодательно. В Российской Федерации законодательным документом являются "Нормы радиационной безопасности". ПДД зависит от облучения всего тела, тех или иных групп т. н. критических органов и составляет от 5 до 30 бэр (50-300 мЗв) в год.
По отношению к облучению население делится на 3 категории.
Категория А
облучаемых лиц или персонал (профессиональные работники) - лица, которые постоянно или временно работают непосредственно с источниками ионизирующих излучений.
Категория Б
облучаемых лиц или ограниченная часть населения - лица, которые не работают непосредственно с источниками ионизирующего излучения, но по условиям проживания или размещения рабочих мест могут подвергаться воздействию ионизирующих излучений.
Для категории А вводятся предельно допустимые дозы -наибольшие значения индивидуальной эквивалентной дозы за календарный год, при которой равномерное облучение в течение 50 лет не может вызвать в состоянии здоровья неблагоприятных изменений, обнаруживаемых современными методами. Для категории Б определяется предел дозы.
Устанавливается три группы критических органов:
1 группа - все тело, гонады и красный костный мозг.
2 группа - мышцы, щитовидная железа, жировая ткань, печень, почки, селезенка, желудочно-кишечный тракт, легкие, хрусталики глаз и другие органы, за исключением тех, которые относятся к 1 и 3 группам.
3 группа - кожный покров, костная ткань, кисти, предплечья, голени и стопы.
Помимо основных дозовых пределов для оценки влияния излучения используют производные нормативы и контрольные уровни. Нормативы рассчитаны с учетом непревышения дозовых пределов ПДД (предельно допустимая доза) и ПД (предел дозы). Расчет допустимого содержания радионуклида в организме проводят с учетом его радиотоксичности и непревышения ПДД в критическом органе. Контрольные уровни должны обеспечивать такие низкие уровни облучения, какие можно достичь при соблюдении основных дозовых пределов.
Предельно допустимое годовое поступление ПДП радионуклида через органы дыхания;
Допустимое содержание радионуклида в критическом органе ДС А;
Допустимая мощность дозы излучения ДМД А;
Допустимая плотность потока частиц ДПП А;
Допустимая объемная активность (концентрация) радионуклида в воздухе рабочей зоны ДК А;
Допустимое загрязнение кожных покровов, спецодежды и рабочих поверхностей ДЗ А.
Предел годового поступления ПГП радионуклида через органы дыхания или пищеварения;
Допустимая объемная активность (концентрация) радионуклида ДК Б в атмосферном воздухе и воде;
Допустимая мощность дозы ДМД Б;
Допустимая плотность потока частиц ДПП Б;
Допустимое загрязнение кожных покровов, одежды и поверхностей ДЗ Б.
Численные значения допустимых уровней в полном объеме содержатся в "Нормах радиационной безопасности".
Пределы допустимых экспозиционных доз с годами менялись, и в целом, по мере того, как увеличивающиеся знания о рисках заболевания раком в результате облучения указывали на то, что угроза, которую представляет облучение, -значительно больше, чем предполагалось ранее, наблюдалась тенденция к их понижению. Для того чтобы гарантировать, что персонал не подвергается вредному воздействию свыше нормы, необходимо должным образом контролировать наиболее важные пути этого воздействия. Необходимо также учитывать, что ионизирующее излучение оказывает воздействие на людей различными путями.
9 Трансурановые элементы – как радиационно-опасный фактор
Трансурановые радиоактивные элементы - химические элементы с атомным номером, больше чем у урана-92:
240 Pu, 239 Pu, 239 U, 239 Np, 247 Cm, 241 Am
Википедия:
Элементы с атомным номером более 100 называются трансфермиевыми элементами. Одиннадцать из известных трансурановых элементов (93-103) принадлежит к числу актиноидов. Трансурановые элементы с атомным номером более 103 называются трансактиноидами.
Все известные изотопы трансурановых элементов имеют период полураспада значительно меньший, чем возраст Земли. Поэтому трансурановые элементы практически отсутствуют в природе и получаются искусственно посредством различных ядерных реакций. Элементы до фермия включительно образуются в ядерных реакторах в результате захвата нейтронов и последующего бета-распада. Трансфермиевые элементы образуются только в результате слияния ядер.
Первый из трансурановых элементов нептуний Np (п. н. 93) был получен в 1940 г. бомбардировкой урана нейтронами. За ним последовало открытие плутония (Pu, п. н. 94), америция (Am, п. н. 95), кюрия (Cm, п.н. 96), берклия (Bk, п. н. 97), калифорния(Cf, п. н.98), эйнштейния (Es, п.н.99), фермия (Fm, п.н. 100), менделевия (Md, п. н. 101), нобелия (No, п. н. 102) и лоуренсия (Lr, п. н. 103). Получены также трансактиноиды с порядковыми номерами 104-118; в этом ряду имена присвоены элементам 104-112: резерфордий (Rf, 104), дубний (Db, 105), сиборгий (Sg, 106), борий (Bh, 107), хассий (Hs, 108), мейтнерий (Mt, 109), дармштадтий (Ds, 110), рентгений (Rg, 111), коперниций (Cn, 112). Элементы 113-118 пока имеют временные названия, производные от соответствующих латинских числительных: унунтрий (Uut, 113), унунквадий (Uuq, 114), унунпентий (Uup, 115), унунгексий (Uuh, 116), унунсептий (Uus, 117), унуноктий (Uuo, 118).
Химические свойства лёгких трансурановых актиноидов, получаемых в весовых количествах, изучены более или менее полно; трансфермиевые элементы (Md, No, Lr и так далее) изучены слабо в связи с трудностью получения и короткими временами жизни. Кристаллографические исследования, изучение спектров поглощения растворов солей, магнитных свойств ионов и других свойств показали, что элементы с п. н. 93-103 - аналоги лантаноидов. Из всех трансурановых элементов наибольшее применение нашёл нуклид плутония 239Pu как ядерное топливо.
Трансурановые элементы (ТУЭ).
все эти радионуклиды испытывают α-распад и все долгоживущие.
Трансурановые радионуклиды (элементы) образуются в результате последовательно повторяющихся актов захвата нейтронов (n,γ) и последующим β-распадом:
1. 235 U(n,γ) 236 U(n,γ) 237 U 237 Np(n,γ) 238 Np 238 Pu
2. 238 U(n,γ) 239 U 239 Np 239 Pu
3. 239 Pu(n,γ 240 Pu
4. 240 Pu(n,γ) 241 Pu 241 Am
5. 241 Pu(n,γ) 242 Pu
Здесь приведены только основные превращения, в результате которых образуются значимые для радиоэкологии радионуклиды.
С увеличением Z и A синтезируемого ядра его выход резко уменьшается. В отличие от ядерного взрыва, при котором синтез ТУЭ происходит за время 10 -6 ÷ 10 -8 с при очень высоком интегральном нейтронном потоке (до 10 23 ÷ 10 23 нн/см 2), в ядерном реакторе время синтеза может продолжаться в течение многих лет при меньшей интенсивности нейтронного потока. Наибольший выход имеет реакция 2. – выход 239 Np и 239 Pu при плотности потока нейтронов в реакторе 10 13 нн/см 2 с составляет 0,1 Ки/1 г U.
Реакция 238 U(n,γ) 239 U → 239 Np → 239 Pu может происходить и в природных условиях под действием нейтронов спонтанного деления U(s,f) и нейтронов из (α,n) реакции на уране, содержащемся в урановых рудах. Выход ядер 239 Pu в этом случае порядка (0,4 ÷ 15)·10 -12 относительно содержания ядер 238 U в рудах.
Трансурановые элементы наиболее интенсивно нарабатываются в ядерных реакторах (в том числе и энергетических) и являются одним из самых ценных продуктов переработки выгоревшего ядерного топлива. Кроме ЯТЦ и ЯВ источником выбросов ТУЭ явилась авария ЧАЭС.
Все трансурановые элементы химически очень активны. Характерная их особенность – способность образовывать соединения с водородом, азотом, кислородом, галогенами, а также комплексные соединения. Степени окисления их от 2 + до 7 + .
Валентность радионуклидов плутония от 2 + до 7 + (2 + наименее характерна). В большинстве случаев радионуклиды плутония образуют нерастворимые соединения. Окислы плутония PuO, Pu 2 O 3 ,PuO 2 и фазы переменного состава от Pu 2 O 3 до Pu 4 O 7 . В водных растворах образует ионы (от 3 + до 7 +), причем все ионы могут находиться в растворе одновременно (кроме 7 +). Они подвержены гидролизу (эта способность возрастает в ряду PuO Валентность 241 Am от 2 + до 7 + , причем наименее характерны 2 + и 7 + , а устойчивые 3 + , в твердом состоянии и в виде комплексов в растворе – 4 + . Окислы AmO, Am 2 O 3 , и AmO 2 . Образует нитридAmN, сульфид Am 2 S, а также металлоорганическое соединение Am(C 5 H 5) 3 . Америций образует растворимые соединения с галогенами (AmCl 2 , AmBr, AmJ 3). Образует комплексные соединения с минеральными и органическими кислотами. В отличие от плутония соединения америция обладают бóльшей растворимостью и, следовательно, бóльшей миграционной способностью. В степени окисления 3 + свойства ТУЭ подобны свойствам лантаноидов, но обладают более сильно выраженной способностью к комплексообразованию (она возрастает в ряду U В степени окисления 4 + образуют оксиды, фториды, устойчивы в водных растворах (U, Np, Pu), в водных растворах образуют комплексы. Соединения (гидрооксиды, фториды, иодиды, фосфаты, карбонаты) труднорастворимые. Сильные комплексообразователи (склонность возрастает от U к Am). В степени окисления 5 + существуют в виде диокислов MeO 2 + . Эта ионная форма определяет химические свойства – малую склонность к гидролизу и комплексообразованию. В степени окисления 6 + находятся в форме ионов MeO 2 2+ . Известно значительное число комплексных соединений. В степени окисления 7 + наиболее устойчив Pu. В твердом состоянии существует в виде ионов MeO 5 5- , MeO 5 3- , 4- и MeO 4 - , а в растворах – в гидратированной форме аниона MeO 5 3+ . В общем, закономерности миграции плутония и америция подобны. Поэтому достаточно рассмотреть особенность миграции радионуклидов плутония. Они определяются растворимостью соединений плутония в природных средах и, особенно, первоначальная химическая форма. При ядерных взрывах такой формой являются практически нерастворимые окислы и, в основном, отдельные атомы, которые с глобальными выпадениями поступают на земную поверхность и только здесь могут образовывать растворимые соединения. В выбросах ЯТЦ преобладают растворимые соединения плутония, а также его комплексные соединения с органическими лигандами. Особо сложным составом отличались выбросы при аварии ЧАЭС. Их можно разделить на 4 группы
: А
- механически выброшенные из активной зоны тонкодисперсные частицы топлива, близкие по радионуклидному составу к отработанному топливу; осели на земную поверхность в ближней зоне (R ≤ 60 – 70 км). Б
– мелкодисперсное топливо и другие продукты, умеренно обогащенные летучими радионуклидами; содержание радионуклидов плутония в ~ 2 раза больше ожидаемого; осели на земную поверхность в зоне R ≤ 100 км. В
– выбросы, сильно обогащенные летучими радионуклидами, в том числе плутонием; осели на земную поверхность в зоне R ≤ 150 км и далее. Г
– выбросы, обогащенные радионуклидами плутония до 200 раз, в том числе частично растворимые соединения плутония; осели на земную поверхность в дальней зоне. Различия в этих группах выбросов обусловлены главным образом различием температур в аварийном реакторе к моменту взрыва. Содержание кислорастворимых форм плутония возрастает от группы А и Б к группам В, Г в 4 – 15 раз и доходит до 55 ÷ 85%. В настоящее время основным резервуаром радионуклидов плутония и 241 Am являются поверхность почв и донные отложения (более 99% поступивших и поступающих от глобальных и чернобыльских выпадений и от выбросов предприятий ЯТЦ). В биологических объектах этих трансурановых элементов не более 1% (в основном в растениях, а в животных еще в 5 ÷ 10 4 раз меньше). Радионуклиды плутония находятся преимущественно в 4 + нерастворимой форме. Коэффициент диффузии в почве ~ 10 -9 см/с. Только около ~ 10% этих радионуклидов может быть в растворимой доступной для растений форме. Из растений наибольшую концентрацию радионуклидов плутония имеют низкорастущие растения (травы, мхи, лишайники). Это следствие того, что радионуклиды плутония перераспределяются на земной поверхности в основном за счет ветрового переноса и эрозии. Коэффициент накопления трансурановых элементов растениями очень низкий (10 -1 ÷ 10 -3). Изотопные отношения радионуклидов плутония, содержащихся в почве различных регионов, существенно различаются из-за различия источников их поступления (глобальный, от ЯТЦ, авария ЧАЭС). Так, отношение 240 Pu/ 239 Pu от ядерных взрывов – (0,05 ÷ 0,06); от глобальных выпадений - около 0,176; от выбросов ЯТЦ вместе с глобальными выпадениями – (0,049 ÷ 0,150), а от чернобыльских выпадений – (0,30 ÷ 0,35). Изотопные отношения для различных регионов варьируют в следующих пределах: Видно, что основным радионуклидом плутония в выбросах является 239 Pu. Очень малы выбросы 238 Pu и 242 Pu. Несмотря на относительно низкие выбросы 241 Pu, они играют особую роль, так как в результате распада этого радионуклида образуется долгоживущий 241 Am. Поэтому содержание 241 Am в окружающей среде непрерывно возрастает. Так, в период 1940 – 1990 гг. содержание 241 Am в атмосфере увеличилось в 2 раза. Абсолютное содержание радионуклидов плутония в почвах и атмосферных аэрозолях очень сильно варьирует, особенно в зависимости от расстояния от ЧАЭС. Так в атмосферных аэрозолях содержание плутония уменьшается в 10 4 раз при переходе от ближней к дальней зоне (в которой содержание плутония находится на уровне 19 Бк/л), плотность выпадений уменьшается в ~ 170 раз (до уровня 1,25·10 5 Бк/м 2), содержание на поверхности почвы уменьшается в ~ 370 раз (до уровня ~ 10 Бк/м 2). В целом по мере удаления от ЧАЭС уровень загрязнения приближается к фону глобального загрязнения – для земной поверхности (10 ÷ 60) Бк/м 2 . Средняя удельная активность радионуклидов плутония в почвах для европейской части России ~ 140 Бк/кг при фоне глобального загрязнения около 60 Бк/кг. Радиоактивными называются
химические элементы, все изотопы которых радиоактивны, то есть совокупность радиоактивных атомов с одинаковым зарядом ядра. Известно, что в настоящее время можно получить радиоактивные изотопы практически всех элементов Периодической системы Д. И. Менделеева, но такие элементы не принято называть радиоактивными. В основном радиоактивными являются тяжелые элементы, расположенные в конце периодической системы после висмута. Висмут является последним стабильным элементом в системе, поскольку у него достигается предельное соотношение числа нейтронов и протонов (N/Z=126/83=1,518 , еще обеспечивающее стабильность ядра. У элементов с Z> 83 число нейтронов слишком велико и начинает сказываться нестабильность самого нейтрона. Лишь два элемента- технеций (№43) и прометий (№61)- не подчиняются этому правилу. И их нестабильность связана с другим обстоятельством. Отсутствие в природе технеция и прометия и всех элементов после урана связано с двумя причинами. Во - первых, их периоды полураспада меньше, чем возраст Земли. И, во - вторых эти элементы не являются членами естественных радиоактивных рядов, поэтому их запас не возобновляется за счет радиоактивного равновесия. Кроме того отсутствие стабильных изотопов - технеция (№43) и прометия (№61) обусловлено квантово- механическими правилами отбора.
Химия радиоактивных элементов отличается от химии нерадиоактивных элементов теми особенностями, о которых упоминалось выше. В природных объектах и при искусственном получении радиоактивные элементы находятся в сверхнизких концентрациях, поэтому изучение их свойств проводится обычно с использованием специфических методов. Лишь уран и торий с первых лет их открытия изучались методами классической химии. В последние годы появилась возможность изучения таких радиоактивных элементов, как нептуний, плутоний, технеций, полоний и некоторых других в аналитических количествах. Радиоактивные элементы делят на природные (естественные) и искусственные.
К природным радиоактивным элементам относятся элементы с порядковыми номерами от 84 до 92: уран, торий и продукты их распада, полоний, астат, радон, франций, радий, актиний, и протактиний.
К искусственным элементам относят технеций, прометий, и так называемые трансурановые элементы с порядковыми номерами от 93 до 110: нептуний, плутоний, америций, кюрий, берклий, калифорний, эйнштейний, фермий, менделевий, нобелий, лоуренсий, резерфордий (№104), дубний(№ 105),сиборгий (№106), борий (№107), хассий(108), мейтнерий (№ 109), рентгений(№110).
Элементы от актиния (№ 89) до лоуренсия (№ 103) составляют группу, которую называют актиноидами.
Деление радиоактивных элементов на естественные и искусственные условно. Астат впервые был получен искусственно, а позже его короткоживущие изотопы были обнаружены в семействах урана- 238, урана-235 и тория-232, Искусственный элемент плутоний в концентрациях 10 -14 г на 1 г урана находится в рудах урана. Радиоактивные изотопы всех естественных элементов получены искусственно. По своей химической природе радиоактивные элементы не относятся ни к определенному периоду, ни к определенной группе элементов периодической системы. Среди них имеются sp – элементы (франций, радий, полоний, радон, астат), d – элементы (технеций, элементы с Z ≥ 104), а также f – элементы (прометий и элементы с Z = 89 ÷ 103). Для понимания и изучения химии радиоактивных элементов чрезвычайно важное значение имеет знание свойств и поведения соответствующих стабильных аналогов
. Описание радиоактивных элементов обычно проводится по следующей схеме: положение в периодической системе; история открытия; физические свойства; химические свойства; методы выделения; методы определения; применение. В основе предлагаемой последовательности изложения свойств радиоактивных элементов лежит увеличение их порядкового номера. 11.1 ТЕХНЕЦИЙ (ЭКАМАРГАНЕЦ) 43 TC
Д.И. Менделеев предсказал существование технеция, оставив для него пустую клетку в таблице, и назвал его экамарганцем. Несколько раз объявлялось об открытии элемента под номером 43, однако каждый раз это сообщение было ошибочным. Многочисленные попытки обнаружить элемент под № 43 в природе оказались безуспешными. В 1934 году немецкий физик Маттаух сформулировал правило, согласно которому у стабильных изотопов с нечетными номерами не может быть стабильных изобаров. Так, если изотоп элемента №41 ниобий-93 стабилен, то изотопы соседних элементов - цирконий-93 и молибден-93 должны быть обязательно радиоактивными. Правило распространяется на все элементы, в том числе и на элемент № 43. Этот элемент расположен между молибденом (атомная масса 95, 92) и рутением (атомная масса 101,07). Следовательно, массовые числа стабильных изотопов этого элемента не должны выйти за пределы диапазона 96-102. Но все стабильные «вакансии» этого диапазона заняты. У молибдена стабильны изотопы с массовыми числами 96, 97, 98 и 100, у рутения- 99, 101, 102 и некоторые другие. Это значит, что у элемента № 43 не может быть ни одного нерадиоактивного изотопа. Несколько раз объявлялось об открытии элемента под номером 43, однако каждый раз это сообщение было ошибочным. В 1934 году немецкий физик Маттаух сформулировал правило, согласно которому можно установить наличие у элемента стабильных изотопов. Согласно этому правилу все изотопы элемента 43 должны быть радиоактивными. В 1937 году Э. Сегре и К. Перье в Палермо идентифицировали технеций в образце облученного в циклотроне молибдена дейтронами по реакции: Элемент под №43 был назван технецием от греческого слова « технетос» (искусство), так это был первый искусственно полученный элемент. Поскольку молибден состоит из нескольких стабильных изотопов, то при его бомбардировке образуется несколько изотопов технеция: ; ; В дальнейшем технеций был получен с помощью других ядерных реакций, например В настоящее время технеций получают двумя путями. Один из них - облучение молибдена нейтронами в ядерном реакторе: Период полураспада составляет 2,12·10 5 лет. При двухмесячном облучении 1 кг триоксида молибдена в реакторе с плотностью потока нейтронов 10 14 см -2 ∙с -1 образуется 10-15 мг технеция-99. Второй путь- выделение технеция из продуктов деления урана, который и является теперь основным источником его получения. В реакторе мощностью порядка 1000 МВт в течение года накапливается около 9 кг Следовательно, он становится доступным материалом для технических целей. В 1952- 53 г.г. спектральные линии технеция были обнаружены в спектрах Звезд. Судя по спектрам элемент № 43 распространен там не меньше, чем цирконий, ниобий, молибден, рутений, Это значит,что синтез элементов во Вселенной продолжается. В земной коре образование технеция происходит в процессе спонтанного деления урана-235 и в результате ядерных реакций молибдена, ниобия и рутения, протекающих под влиянием космического излучения, нейтронов спонтанного деления урана и альфа-частиц, образующихся при распаде природных радиоактивных элементов. Содержание 99 Tc оценивается в 5∙10 -10 г на кг урана-235. В настоящее время известно 20 изотопов и ядерных изомеров технеция с массовыми числами от 92 до 107 и с периодами полураспада от нескольких секунд до 2·10 6 лет. Наиболее важными из них являются изотоп и его ядерный изомер . Элементарный технеций – металл серебристого цвета, относится к YII группе элементов Периодической системы Д. И. Менделеева. При низких температурах он обладает сверхпроводимостью.
Технеций относится к подгруппе марганца (Mn – Tc – Re).
Химическая активность элементов подгруппы марганца уменьшается в рядуMn – Tc – Re.
По химическим свойствам технеций ближе к рению, чем к марганцу. Как рений, так и технеций образует соединения со степенями окисления от +1 до + 7. Однако наиболее устойчивой и характерной степенью окисления технеция является +7. В низших степенях окисления технеций проявляет большее сходство с марганцем, а в высшей – с рением. Для технеция (V11) известны такие соединения как оксид Tc 2 О 7 , кислота НTcО 4 и ее соли. НTcО 4 представляет собой темно – красные гигроскопичные кристаллы, хорошо растворимые в воде. По силе технециевая кислота находится в ряду: НClО 4 > НMnО 4 > НTcО 4 >НReО 4 . Соли указанных кислот изоморфны. В этом же ряду уменьшается растворимость солей. Поэтому для них характерно образование трудно растворимых солей с такими катионами, как Cs + , Tl 3+ , [(C 6 H 5)As] + , [(C 6 H 5)P] + . Для других степеней окисления технеция характерны реакции гидролиза, комплексообразования, которые играют важную роль в химии этого элемента. Так как технеций содержится в продуктах деления урана и в молибденовых мишенях, важной задачей является отделение технеция от продуктов деления и от молибдена. По степени эффективности методы выделения технеция можно расположить следующим образом: экстракционные > ионообменные > осадительные > дистилляционные > электрохимические.
Например, для отделения технеция от продуктов деления могут быть использованы методы соосаждения с сульфидами тяжелых металлов и труднорастворимыми перхлоратами.После введения ClO в качестве носителя технеций осаждают хлоридом тетрафениларсония в виде [(C 6 H 5)As]TcO 4 , а затем очищают электрохимическим осаждением или дистилляцией в виде Tc 2 O 7 . Для определения технеция используется радиометрический, активационный, спектрофотометрический, электрохимический игравиметрические методы. Весовыми формами технеция являются пертехнаты тетрафениларсония, гептасульфид. Применение
технеция обусловлено как его уникальными свойствами, так и благоприятными ядерно-физическими характеристиками его основного изотопа (большой период полураспада, мягкое в – излучение). Обладая высокой коррозионной устойчивостью
и малым сечением активации, технеций является перспективным материалом для антикоррозионных покрытий в реакторостроении
. Пертехнат - ион в кислородсодержащих средах в при концентрации внесколько мг/ л является одним из сильнейших ингибиторов коррозии для стали. Сверхпроводимость технеция и его сплавов
позволяет использовать их в качествеконструкционного материала для сверхпроводимых магнитов а также
для изготовления высокотемпературных термопар. используют для приготовления в – источников, применяемых в радиографии и для проверки радиометрических и дозиметрических приборов. В медицине используется для диагностики болезней щитовидной железы, миокарда сердца, мозга, костей и урологических заболеваний. Для получения готовят изотопный генератор из , который адсорбируют из азотнокислого раствора на колонке из Al 2 O 3 , с последующим вымыванием технеция разбавленной азотной кислотой. 11.2 ПРОМЕТИЙ –
Предположение о существовании элемента с порядковым номером 61 было сделано еще Б. Браунером в 1902 г. Поиски этого элемента в природе были безуспешными. В соответствии с правилом Маттауха у ядер элемента с порядковым номером 61 не может быть стабильных изотопов, элемент радиоактивен. Впервые элемент с порядковым номером 61 был получен в 1938 г. М.Пулом и Л. Квилом облучением неодима дейтронами по ядерной реакции Однако в этих работах химическое выделение не проводилось. Впервые прометий был выделен химически из продуктов деления урана в 1947 году Г. Маринским и Л. Гленденином с использованием ионообменного метода разделения редкоземельных элементов. Ученые, выделившие новый химический элемент назвали его в честь мифологического титана Прометея, похитившего огонь и передавшего его людям. Обнаружить прометий в земной коре удалось только после того, как он был получен искусственным путем. В природе мог сохраниться только прометий-145, так как период его полураспада соизмерим со временем существования земной коры. В урановых рудах этот изотоп содержится в количестве 4.10 -15 мг на 1 г урана. В настоящее время известно 22 изотопа и ядерных изомеров прометия, но наиболее доступным, имеющим практическое применение является (Т 1/2 = 2,7 года). Основным источником получения является деление ядер урана-235. В ядерном реакторе на 100 кВт в сутки образуется 1 мг , что позволяет получать данный изотоп в килограммовых количествах. Другим источником получения является реакция: Является долгоживущим радиоактивным отравляющим веществом, образующимся при взрыве атомной бомбы. Прометий входит в цериевую группу лантаноидов. Электронная конфигурация нейтрального атома прометия отвечает формуле 5f 5 6s 2 . Ближайшие химические аналоги прометия – соседние с ним лантаноиды – неодим и самарий. По химическим свойствам весьма сходен с неодимом и другими лантаноидами. Прометий металл, Т пл. =1168,С 0 . В соответствии с положением в периодической системе единственной устойчивой степенью окисления прометия является +3. В чистом состоянии получены окись Pm 2 O 3 , хлорид PmCl 3, имеющий желтую окраску и нитрат Pm(NO 3) 3 розового цвета, а также оксалат Pm 2 (C 2 O 4) 3 ·10 Н 2 . Прометий, как и другие редкоземельные элементы, образует комплексные соединения с большим числом лигандов с координационными числами 7, 8, 9 и 12. Характер связи элемент – лиганд в основном ионный. В крайне разбавленных растворах при рН < 3 прометий находится в ионном состоянии. При рН > 3 в результате гидролиза начинается образование радиоколлоидов. При рН 6-7 прометий сильно адсорбируется на стекле. Важнейшими методами выделения
прометия является ионообменная хроматография и экстракция. Для выделения прометия используются также процессы соосаждения, основанные на изоморфизме оксалатов и фторидов редкоземеньных элементов или на адсорбции прометия на оксидах и гидроксидах металлов. Из облученных материалов, продуктов деления урана и природных материалов прометий выделяется с фракцией редкоземельных элементов
и иттрием, отделение от которых является основной задачей при получении и анализе прометия. Наиболее распространенным методом определения
является радиометрический метод. Он основан на измерении бета- активности препаратов . Все области применения
обусловлены его ядерно-физическими характеристиками (мягкое бета – излучение, Е max =0,2 МэВ, отсутствие г – фона, большой период полураспада, (1 г имеет активность около 940 Ки). используется для изготовления миниатюрных изотопных источников тока
(атомных электрических батарей), в которых энергия в – излучения превращается в электрическую. Такие источники используются в космических исследованиях, в радиоизотопных стимуляторах сердечной деятельности, в слуховых аппаратах. Рис. Атомная электрическая батарека на Особенность в том, что он практически не дает гамма- лучей, а дает лишь мягкое в–излучение используется для изготовления изотопных ионизаторов
для снятия электростатических зарядов. Как источник в – излучения прометий используется в приборах неразрушающего контроля для измерения толщины и плотности материалов небольшой толщины. 11.3 ПОЛОНИЙ
Элемент с порядковым номером 84 был предсказан в 1889 году Д. И. Менделеевым, а открыт М. Кюри при изучении аномальной радиоактивности урановых минералов. Элемент под № 84 был назван в честь родины Марии – полоний. Это первый элемент, вписанный в таблицу Д. И. Менделеева после открытия радиоактивности. Он же первый (по порядку атомных номеров) и самый легкий из элементов, не имеющих стабильных изотопов. Он же один из первых радиоактивных элементов, примененных в космических исследованиях. Известно 6 природных изотопов, 20 радиоактивных искусственных изотопов и 9 изомера полония с массовыми числами от 192 до 218. Наиболее важным изотопом полония является - член естественного радиоактивного ряда 238 U. Полоний в природе очень редок, он существует только как продукт радиоактивного распада в урановых, в которых образуется в результате распада урана-238: U ............... Именно с этим изотопом полония имели дело М. И П. Кюри. Таким образом, источником полония-210 может служить активный осадок радона, накапливающийся в старых радоновых ампулах. В равновесии с 1 г урана находится 7,6·10 -11 г Ро, а с 1 г Ra – 2,24·10 -4 г. Распространенность в земной коре равна 2·10 -14 масс.%. В настоящее время получают в ядерном реакторе облучением висмутовой мишени нейтронами: Bi (n, g) Bi Po Более долгоживущий изотоп полония с массовым числом 209 и периодом полураспада 103 года можно получить путем облучения мишени из висмута-209 в циклотроне потоками протонов: Химические и физические свойства полония исследованы с помощью химических микрометодов, так как исследования с большими количествами полония осложнены высокой удельной радиоктивностью полония (массовая активность составляет 1,7 ·10 14 Бк/г). Специфическим носителем при изучении поведения микроколичеств полония является теллур. Полоний – серебристо – серый металл с желтоватым оттенком, напоминающий таллий и висмут, в темноте светится. Полоний легкоплавкий и легколетучий элемент с температурой плавления 254 0 С, кипения 962 0 С. На воздухе он быстро окисляется с образованием РоО 2 , взаимодействует с галогенами с образованием соединений типа РоГ 4 . Металлический полоний растворяется в азотной и соляной кислотах. Электронная конфигурация полония в основном состоянии 4 f 14 5d 10 6s 2 6p 4 , поэтому стоит ожидать, что степени окисления этого элемента будут –2, +2, +4, +6. Полоний – элемент главной подгруппы УI группы периодической системы. Наиболее устойчивой степенью окисления является +4. В электрохимическом ряду полоний занимает место между теллуром и серебром. По химическим свойствам полоний сходен со своим аналогом по группе периодической системы теллуром, и отчасти – с висмутом. Полоний дает изоморфные кристаллы с теллуратами свинца и калия. В водных растворах полоний является сильнейшим коллоидообразователем, в области рН ≥ 1 все соли и комплексные соединения полония гидролизованы и образуют как истинные растворы, так и псевдоколлоиды. В области рН = 7,5 соли полония дают истинные коллоиды и хорошо адсорбируются на стекле, бумаге. Для отделения
полония от компонентов активного осадка радона и от больших количеств облученного висмута применяют электрохимические методы, экстракцию, хроматографию и соосаждение
. В лабораторной практике отделение полония от висмута осуществляется соосаждением с элементарным теллуром при их совместном восстановлении, а также с помощью бестокового осаждения, используя более положительное значение потенциала выделения полония по сравнению со свинцом, висмутом и теллуром. Процесс экстракции
полония из расплавленного висмута при 400-500 0 С с гидроксидом натрия в инертной атмосфере является технологическим способом извлечения его из облученного висмута. Благодаря большому тепловыделению полоний в основном используют
в качестве источника тепловой энергии
в космических аппаратах. Недостатком полония-210 является относительно малый период полураспада, всего 138 дней, что уменьшает срок службы радиоизотопного источника тепла. Полоний-210 находит применение
в качестве наиболее доступного б – источника и для изготовления полоний – бериллиевых источников нейтронов с малой гамма - активностью. Благодаря большому тепловыделению полоний используется в качестве изотопного источника тепловой энергии в космических аппаратах. При работе с полонием необходимо соблюдать особую осторожность. Пожалуй, это один из самых опасных радиоактивных элементов. Его активность так велика, что хотя он излучает только альфа-частицы, брать его руками нельзя, так как можно получить сильные ожоги кожи. Он легко проникает внутрь сквозь кожные покровы. Полоний опасен и на расстоянии, так как легко переходит в аэрозольную форму и заражает воздух. Поэтому работать с ним необходимо в герметичных камерах. Соблюдая эти условия, легко защититься от альфа- излучения полония. 11.4 АСТАТ
Д. И. Менделеев оставил в таблице клетку для элемента с порядковым номером 85. В 1940 году Э. Сегре, К. Мак - Кензи и Д. Корсон на циклотроне Калифорнийского университета облучением мишени из висмута б – частицами получили искусственный элемент № 85: Позднее было доказано, что астат образуется в семействах урана –235, 238, тория-232, но все они, являясь в- излучателями имеют очень короткие периоды полураспада. Астат наименее распространенный элемент на нашей планете. В земной коре оценивается содержание астата в 69 мг в слое 1,6 км. Астат – в переводе с греческого языка означает нестабильный
. Раньше его называли астатин, в настоящее время для стандартизации элемент называется астат. Известно 24 изотопа астата с массовыми числами от 196 до 219. Наиболее важными из них являются долгоживущие изотопы - с периодами полураспада 8,3 и 7,2 часа соответственно. Астат не имеет долгоживущих изотопов. В связи с этим для изучения его химических свойств доступны лишь ультрамалые количества
элемента. Как правило, исследования проводятся с концентрациями астата 10 -11 -10 -15 моль/л при массовой удельной активности 7.4·10 13 Бк/мг. Астат не имеет ни изотопных носителей, ни достаточно удовлетворительного специфического носителя. Астат является наиболее тяжелым элементом группы галогенов. Свойства молекулярного астата напоминают свойства молекулярного йода, но как все тяжелые элементы обладает рядом металлических свойств. Нейтральный атом астата имеет электронную конфигурацию 4f 14 5f 10 6s 2 6p 5 . Степени окисления –1, +1, +3, +5 и, вероятно, +7. Наиболее устойчива из них -1. Подобно висмуту и полонию, астат может образовывать радиоколлоиды и сорбироваться на стекле и других материалах. В соответствии с методами получения астата его приходится отделять
от больших количеств облученного висмута, урана, тория, а также продуктов деления. В облученной альфа-частицами висмутовой мишени практически не содержатся радиоактивные примеси других элементов. Поэтому основная задача выделения астата сводится к сбросу макроколичеств висмута из расплавленной мишени путем дистилляции. Астат по аналогии с иодом возгоняется, на чем основано его отделение от мишени. Астат при этом либо адсорбируется из газовой фазы на платине или на серебре, либо конденсируется на стекле, либо поглощается растворами сульфита или щелочи. Единственный метод определения
астата является радиометрический. Изотопы 209, 210, 211 At могут быть определены как по a- излучению, так и по g - или рентгеновскому К, L-излучению. Элементарный астат хорошо растворим в органических растворителях, и с иодом в качестве носителя, легко ими экстрагируется. Коэффициент распределения у астата выше, чем у иода. При действии сильных окислителей (HСlO 4 , K 2 S 2 O 8 , НIO , и др.) в азотно - и хлорнокислых растворах астата образуется, очевидно, астат- ион AtO , который изоморфно соосаждается с AgIO 3 . В виде иона астатида At - изоморфно соосаждается с AgI и TlI. В организме астат ведет себя как йод (накапливается в щитовидной железе). На этом основано его использование
в качестве радиофармацевтического препарата
для лечения заболеваний щитовидной железы. Так как астат является альфа-излучателем, то его использование для этой цели предпочтительней, чем использование иода-131, который является источником жесткого бета-излучения. Выводится он из организма с помощью роданид-иона, дающего с астатом прочный комплекс. 11.5 РАДОН (86 Rn)
В 1899 г. М. Кюри обнаружила, что воздух вокруг соединений радия становится проводником электричества. Исследованиями процессов радиоактивного распада урана-238, тория-232 и урана-235 Р. Б. Оуэнс, У. Рамзай, Дж. Резерфорд и Ф. Дорн независимо друг от друга установили, что изотопы радия- 226 Ra , 224 Ra , 223 Ra
в результате испускания a-частиц превращаются в изотопы элемента с порядковым номером 86-радон(222 Rn),торон (220 Rn
) , актинон(219 Rn).
В общем случае для этого элемента принято название радон по его наиболее долгоживущему изотопу 222 Rn с Т 1/2 =3,8 дня. Благодаря тому, что уран, торий и радий широко распространены в природе(рудах, почве, воде) радон содержится в почве и земной атмосфере. Кроме естественных изотопов радона в настоящее время получено искусственно еще более 10 короткоживущих изотопов с массовыми числами от 202 до 224. Основными методами получения искусственных изотопов радона являются реакции глубокого расщепления, протекающие при облучении ториевых
мишений протонами
высоких энергий. Определение молекулярной массы радона показало, что он является одноатомным газом. Радон самый тяжелый
элемент нулевой группы. Радон бесцветен,
сжижается в фосфоресцирующую жидкость с температурой кипения-61,8 0 С, затвердевающую при -71 0 С. Твердый радон светится ярко-голубым цветом, который сравнивают с электрическим. Исследования химических
свойств радона показали, что радон и его изотопы являются химическими аналогами инертных газов
. Его электронная конфигурация 5s 2 5p 6 5d 10 6s 2 6p 6 ,
т.е. его внешние электронные уровни полностью заполнены, что и определяет инертность радона. В то же время, несмотря на то, что радон принадлежит к группе инертных газов, он образует вполне определенные группы соединений. Так, радон образует клатратные соединения с водой, фенолом, толуолом и т. п. В клатратных соединениях радона связь осуществляется за счет ван-дер-ваальсовых сил. Радон, подобно другим инертным газам, при действии сильных окислителей, например, жидкого фтора, фторидов, О 2 F 2 , при определенных условиях образует фториды-RnF 2
, а также комплексные ионы типа RnF ×MeF 6
, RnF 2 ×2Sb F 5
, RnF 2 ×2Bi F 5
и RnF 2 ×I F 5
. Радон получают накоплением при распаде радия, находящегося в растворе в специальной вакуумной аппаратуре. Исторически первым и наиболее распространенным методом является радиометрический метод определения радона по радиоактивности продуктов его распада. 222 Rn может быть определен и непосредственно по интенсивности собственного альфа- излучения. Удобным методом определения радона является его экстракция толуолом с последующим измерением активности толуольного раствора с помощью жидкостного сцинтилляционного счетчика. Основная область применения радона - медицина. Радон применяют
для получения искусственных радоновых ванн
при лечении ревматизма, радикулита, сердечно-сосудистых, кожных и ряда других заболеваний. Радон нашел также применение в методах неразрушающего контроля
для определения утечки трубопроводов, для исследования скорости движения газов
и т. п. Так как радон чрезвычайно опасен при попадании внутрь организма, все процедуры желательно осуществлять в специальных условиях, предотвращающих возможность попадания его в дыхательную систему. Опасен не сам радон, а продукты его распада. Все исследователи, работавшие с твердым радоном, подчеркивают непрозрачность этого вещества. Причина непрозрачности- моментальное осаждение твердых продуктов распада радона, которые являются б-, в-,г – излучателями. В то же время лечебный эффект радона обусловлен не самим радоном, а благодаря налету на теле продуктов его распада. Применительно к радону эпитет « самый» можно повторять многократно: самый тяжелый, самый редкий, самый дорогой из всех известных газов на Земле. 11.6 ФРАНЦИЙ (87 Fr)
Среди элементов, стоящих в конце периодической системы Д. И. Менделеева, есть такие, о которых многое слышали и знают неспециалисты, но есть и такие, о которых мало, что сможет сказать и специалист. К числу первых относятся, например, радий и радон. К числу вторых - их сосед по периодической системе - франций. В 1879 году Менделеев на основе созданной им периодической системы предсказал существование и описал свойства наиболее тяжелого щелочного
элемента-экацезия. Лишь в 1939 г. Маргарита Перей, ученица Марии Складовской-Кюри открыла элемент с порядковым номером 87, химически выделив его из продуктов распада ряда 235 U. Он образуется при б- распаде Ac. М. Перей назвала этот элемент в честь своей родины францием (Fr): Из продуктов распада актиния, франций был выделен путем соосаждения с перхлоратом цезия. В природе франций в ничтожных количествах содержится во всех урановых рудах (1 атом Fr на 7,7×10 14 атомов 235 U или 3×10 18 атомов природного урана). В астоящее время известно 27 изотопов франция с массовыми числами от 203 до 229, из них два изотопа с массовыми числами 223 и 224 встречаются в природе, являясь членами радиоактивных семейств 235 U и 232 Th. Из всех известных изотопов франция представляет интерес только 223 Fr, как наиболее долгоживущий (период полураспада 22 мин.). Кроме выделения из продуктов распада актиния, 223 Fr получают путем облучения 226 Ra нейтронами по схеме: 226 Ra(n,g) 227 Ra 227 Ac 223 Fr Франций интересен по двум причинам: во-первых, это самый тяжелый и самый активный щелочной металл; во-вторых, франций можно считать самым неустойчивым из первых ста элементов периодической системы. Нейтральный атом франция в основном состоянии имеет электронную конфигурацию7s 1 . Единственной степенью окисления франция является +1. Франций не может быть выделен в весомых количествах, так как периоды полураспада всех известных в настоящее время его изотопов слишком малы. У самого долгоживущего изотопа франция- 223 Fr- период полураспада составляет всего 22 мин. Согласно положению в периодической системе элементов, франций – один из самых электроположительных металлов. В химическом отношении франций - самый ближайший аналог цезия. Отсюда следует, что все характерные для цезия химические формы должны существовать и у франция. Большинство солей франция хорошо растворимо в воде. К трудно растворимым солям относятся перхлорат, хлороплатинат, пикратокобальтинитрит и некоторые другие соли, которые изоморфно соосаждаются с аналогичными солями цезия. Будучи самым активным щелочным металлом, франций проявляет пониженную способность к комплексообразованию и гидролизу. Находясь в растворе в ультрамикроконцентрациях (10-9-10-13 г), франций может легко «потеряться», адсорбируясь на стенках сосудов, на поверхности осадков, на возможных примесях. Поскольку франций не может быть получен в весомых количествах, его физико-химические характеристики найдены расчетным путем. Химические свойства
франция изучены только радиохимическими методами
с использованием цезия в качестве специфического носителя. Массы франция в этих опытах не превышают 10 -15 г (массовая активность 223 Fr составляет 1,7 ·10 15 Бк/мг). Достаточно сложной проблемой является отделение франция от специфического носителя цезия. В соответствии с положением в периодической системе, франций должен иметь более отрицательный стандартный потенциал, чем цезий. Поэтому он может быть выделен
только на ртутном катоде
. Франций легко адсорбируется на ионообменных смолах КУ-1 и Дауэкс-50 (сульфокатионитах) из нейтральных или слабокислых растворов. С помощью этих смол франций легко отделяется от большинства химических элементов. Применяют франций в медицине и биологии при изучении распределения щелочных металлов в организме. Фиксируется он в основном в злокачественных опухолях, что делает его перспективным в ранней диагностике сарком. 11.7 РАДИЙ (88 Ra)
Элемент № 88 был открыт Марией и Пьером Кюри в 1898 г вслед за полонием в минерале, известном под названием урановой смолки. М. Кюри обнаружила, что интенсивность излучения смоляной руды в несколько раз сильнее, чем U 3 O 8 , полученный из металлического урана. Кюри было предположено, что руда содержит неизвестное вещество с более интенсивным излучением, чем уран. Было обнаружено, что фракции содержащие сульфид висмута и сульфат бария, обладают радиоактивностью. Это подтверждало предположение, что новый элемент является аналогом бария. В дальнейшей работе с помощью дробной кристаллизации хлористого бария, было выделено 90 мг хлорида радия высокой чистоты. Новый химический элемент с порядковым номером 88 был назван супругами Кюри радием (radius-луч). В настоящее время известно 13 изотопов радия, из них три являются членами естественных радиоактивных семейств. Наиболее долгоживущим из природных изотопов радия является изотоп 226 Ra с периодом полураспада1622 года. 226 Ra является a-g- излучателем и содержится во всех рудах урана. В 1 т урановой смоляной руды содержится около 400 мг 226 Ra. В верхнем слое Земной коры толщиной 1,6 км содержится 1,8×10 7 т 226 Ra. Довольно много радия в некоторых природных водах – до 10 -8 г/л. В мировом океане содержится около 2·10 4 т радия. Свежеполученный металлический радий - белый блестящий металл, темнеющий на воздухе с Ткип.=1140 С 0 и Тпл.=960 С 0 . Впервые металлический радий был получен М. Кюри и А. Дебьерном выделением на ртутном катоде при электролизе раствора RaCl 2 с последующим разложением амальгамы радия в токе водорода при нагревании до 700 С 0 . Радий представитель щелочно-земельных металлов и является самым тяжелым металлом главной подгруппы 11 группы периодической системы. Единственной степенью окисления радия является +2. По своим химическим свойствам радий похож на барий, но химически более активен. Он энергично разлагает воду, давая гидроокись Ra(OH) 2 , более растворимую, чем Ва(ОН) 2 . Ra +2Н 2 О= Ra(OH) 2 + Н 2 Наиболее важными соединениями радия являются его галогениды: хлорид и бромид. Все соли радия и бария изоморфны. Все свежеприготовленные соли радия имеют белый цвет с характерным голубым свечением
в темноте. Химия радия в водных растворах исследована с использованием микроколичеств этого элемента из-за его большой массовой радиоактивности (радиоактивность 1 г радия составляет 3,7×10 10 Бк). Радий в растворах находится в виде ионов Ra 2+ . В ряду щелочно – земельных металлов радий проявляет наименьшую склонность к комплексообразованию и гидролизу. Радий обладает большой склонностью к сорбции из растворов на поверхности стеклянной посуды, фильтровальной бумаги, что затрудняет определение его физико-химических констант (например, растворимость солей радия). Радий образует комплексы с лимонной, молочной и винной кислотами. Основная проблема при выделении
радия из урановых руд состоит в отделении его от больших количеств урана и продуктов распада радия. Кроме методов сокристаллизации с изоморфными солями бария и свинца, для выделения радия используется хроматографические и экстракционные методы. Перспективным для выделения радия является использование неорганических неспецифических сорбентов, таких как Al 2 O 3. Радий сыграл огромную роль в исследовании строения атомного ядра, явления радиоактивности и становлении радиохимии и ядерной физики. Можно утверждать, что если бы 100 лет назад не был бы открыт элемент радий, то вряд ли прошлый век называли бы атомным. За открытие явления радиоактивности и радия Марии Склодовской - Кюри была дважды присуждена Нобелевская премия (первый раз по физике-1903 г., второй - по химии-1911 г.). Основные области применения
радия обусловлены его g-излучением в методах неразрушающего контроля для определения дефектов литья, в толщиномерах, при разведке месторождений урана. Альфа излучение радия позволяет использовать его для производства светящихся красок и для снятия статических зарядов. В смеси с бериллием радий используют для изготовления нейтронных источников. В медицин
е радий используют как источник радона
. Радий обладает большой подвижностью в природе и довольно сильно может выщелачиваться из горных пород. Поэтому большинство урановых минералов теряет значительную часть радия (иногда эти потери составляют до 85%), который легко попадает в природные воды. 11.8 АКТИНИЙ (89 Ас) И АКТИНОИДЫ
1899 году сотрудник Кюри Дебьерн в отходах
от переработки урановых руд
обнаружил новое радиоактивное вещество. При химико-аналитическом разделении это радиоактивное вещество осаждалось аммиаком вместе с редкоземельными элементами и торием. Радиоактивность была приписана новому радиоактивному элементу, который был назван актинием(излучающий)
. В настоящее время известно 24 изотопа актиния, три из них встречаются в природе( Ac , Ac Ac). Остальные изотопы получены искусственным путем. Таблица Радиоактивные свойства некоторых изотопов актиния: Есть одна причина, по которой элемент № 89 – актиний – особенно интересует сегодня многих. Этот элемент, подобно лантану, оказался родоначальником большого семейства элементов, в которое входят все три кита ядерной энергетики – уран, плутоний и торий
. Главный и долгоживущий изотоп актиния - Ac (период полураспада 22 года) является дочерним продуктом 235 U. В урановых рудах актиний содержится в микроконцентрациях.В равновесии с 1 природного урана находится ~ 10 -10 г Ac. Актиний
может быть выделен из урановых и ториевых руд
путем осуществления кислотного разложения руды с последующим разделением и выделением продуктов распада урана и тория и отделения актиния от примесей с лантаноидами. От лантана актиний может быть отделен хроматографически на катионите в аммонийной форме
. Актиний
хорошо отделяется от лантана методом электрофореза
. Количество получающегося актиния настолько мало
, что этот элемент входит в десятку редчайших элементов. Из – за очень малого содержания актиния в рудах его предпочитают получать искусственным путем, Изотоп 227 Ac получают облучением радия мощным потоком нейтронов в реакторе: Ra (n,g) Ra → Ac Именно этим путем получены чистые препараты актиния, на которых и были определены его основные свойства. Выход, как правило, не превышает 2.15% от исходного количества радия. Количество актиния при данном способе синтеза исчисляется в граммах. От радия и дочерних продуктов распада актиний отделяют после растворения мишени в НСl довольно просто – экстракцией в раствор тиофенилкарбонила - трифторацетона в хлороформе при рН~3,6. Далее актиний осаждают в виде Ac 2 (С 2 О 4) 3, растворяют в соляной кислоте и плавиковой кислотой переводят в AcF 3 . Затем в вакууме при 1200 0 С полученную соль восстанавливают металлическим литием до металла. Выделение и очистка актиния от радия, тория и дочерних продуктов распада проводятся методами экстракции и ионного обмена. Металлический актиний получают восстановлением трифторида актиния парами лития Элементарный актиний довольно тяжелый серебристо-белый металл, который легко окисляется на воздухе с образованием пленки оксида, предохраняющей металл от дальнейшей коррозии. Актиний- элемент третьей группы
периодической системы. Его ближайшим химическим аналогом является лантан
. У него, как и у лантана такая же валентность (+ 3), близкиие атомные радиусы (1,87 нм у лантана и 2,03 нм у актиния), почти идентичное строение большинства соединений. Актиний подобно лантану химически активный
элемент, быстро окисляющийся на воздухе. В то же время он имеет более основные свойства, чем лантан. В кислых растворах актиний присутствует в виде ионов. При рН>3 образуются коллоидные растворы. В микроконцентрациях актиний соосаждается гидроокисями иттрия, алюминия, железа.
Применение актиния
227 Ac в смеси с бериллием является источником нейтронов. Ac-Be-источники характеризуются малым выходом гамма-квантов, применяются в активационном анализе при определении Mn, Si, Al в рудах. 225 Ac применяется для получения 213 Bi, а также для использования в радио-иммунотерапии. 227 Ac может использоваться в радиоизотопных источниках энергии. 228 Ac применяют в качестве радиоактивного индикатора в химических исследованиях из-за его высокоэнергетического в-излучения. Смесь изотопов 228 Ac- 228 Ra используют в медицине как интенсивный источник г-излучения. Актиний относится к числу опасных радиоактивных ядов с высокой удельной б-активностью. Хотя абсорбция актиния из пищеварительного тракта по сравнению с радием сравнительно невелика, но наиболее важной особенностью актиния является его способность прочно удерживаться в организме в поверхностных слоях костной ткани. Первоначально актиний в значительной степени накапливается в печени, причём скорость его удаления из организма много больше скорости его радиоактивного распада. Кроме того, одним из дочерних продуктов его распада является очень опасный радон, защита от которого при работе с актинием является отдельной серьёзной задачей. Актиний сыграл огромную роль в знаменитой актиноидной теории
Г. Сиборга, предложенной в 1944 г. В соответствии с этой теории элементы с порядковыми номерами 90-103 образуют 5f –семейство и по аналогии с лантаноидами размещаются в периодической системе в виде отдельной группы
. По своему химическому поведению актиноиды занимают промежуточное положение между элементами f - и d- серий. Сюда входят - торий, протактиний, уран, нептуний, плутоний, америций, кюрий, берклий, калифорний, энштейний, фермий, менделеевий, нобелий, лоуренсий.
Таблица Наиболее важные изотопы актиноидов Согласно теории всего в слое 5f может находиться 14 электронов. Следовательно,103-й элемент должен быть последним актиноидом, так как у него будут полностью застроены уровни 5f, 6s и 6p. С другой стороны, следует ожидать, что 104-й элемент будет находиться в состоянии 6d 2 7s 2 , т.е. относиться к четвертой группе системы Менделеева, следовательно, по своим свойствам он должен быть похож на торий. Немногие знают, что радиоактивные вещества могут таиться в самых повседневных и, на первый взгляд, безопасных предметах. Более того, многие из нас ежедневно сталкиваются с ними, и результаты от подобных «встреч» бывают самыми разными. Поэтому каждый человек должен понимать, что именно подразумевают под данной формулировкой и где может скрываться опасность. Тем более что с каждым годом радиация окутывает нас всё более плотным покрывалом…. Для начала разберёмся, какие вещества относятся к радиоактивным. Всем известно, что такое периодическая система химических элементов Менделеева. На сегодняшний день в неё входит около 120 веществ, каждое из которых содержит атомное ядро. Некоторые из них способны распадаться на материнское и дочернее. В ходе этого процесса происходит высвобождение опасного излучения. Разные химические элементы характеризуются определённым периодом полураспада ядра. Разъяснение данного явления звучит так: «время, за которое количество выживших частиц снижается в два раза». Процесс распада будет происходить до тех пор, пока не появится стабильное, то есть нерадиоактивное и безопасное ядро. При этом в окружающую среду будут выделяться частицы, несущие разную степень опасности. Встречаются следующие их разновидности: Радиоактивные вещества – это все элементы, которые расположены после свинца (а он находится под номером 81). Время их полураспада может составлять от нескольких десятков секунд до миллиардов лет. Чем меньше этот показатель, тем опасней элемент: так он может быстрее попасть в клетки растений, животных и человека. От того, насколько велика была доза, зависит многое. Радиация может накапливаться много лет, постепенно выводя из строя один орган за другим, а может нанести один мощный удар, в результате которого живое существо погибнет в короткие сроки. Полный список радиоактивных веществ впечатляет! Ведь в нём не менее 80 позиций, среди которых встречаются те, которые далёкий от химии человек никогда бы не подумал заподозрить в наличии опасных свойств. К примеру, кальций, из которого состоит скелет каждого человека. Или калий, необходимый для нормальной работы сердца. Или селен – врачи называют его микроэлементом долголетия… Но есть и радиоактивные вещества, известные даже обывателю. Среди них: Некоторые радиоактивные вещества встречаются в природе. Как правило, они отличаются максимально продолжительным периодом распада и неспособны нанести большой вред человеку. Другая группа химических элементов была создана в лабораторных условиях. Именно в ней встречаются наиболее опасные представители. Так, самые опасные вещества на сегодняшний день – ливерморий и унунпентий.
Широкому кругу людей они неизвестны, и это скорее хорошо, чем плохо. Ведь эти элементы не встречаются в природе: они синтезированы искусственным путём. Время их распада – 61 и 87 секунд соответственно. Для сравнения: у всем известного и чрезвычайно опасного полония-210 данный показатель составляет 138 дней и 9 часов. Радиоактивные вещества обладают рядом специфических свойств. Где же могут находиться радиоактивные вещества, опасные для человека? В первую очередь, в воде и воздухе. Оттуда они попадают в растения, которые являются частью рациона питания. Доказано, что чаще всего радионуклиды встречаются в капусте и свёкле. Однако очистка овощей от кожуры и последующая термическая обработка способны уменьшить концентрацию опасных веществ почти вдвое. Другое дело – радиоактивные вещества, находящиеся в стройматериалах. Существуют даже определённые нормативы, которые определяют максимально допустимую концентрацию урана, тория и калия-40 в минеральном сырье. Благонадёжные компании следуют этим стандартам.
Однако на строительном рынке всегда существует риск столкнуться с теми, кто не готов усложнять свою жизнь какими-то нормативами. И в этом случае человек может приобрести квартиру или дом, которые были построены из опасных материалов. За примерами не нужно далеко ходить! Так, при строительстве одного из омских домов был использован гранитный щебень, добытый на севере Казахстана, а точнее в Макинском массиве. Существуют данные, согласно которым этот щебень содержит до 20 г/т урана и до до 60 г/т тория. Как результат – нормативы по мощности гамма-излучения в этом доме были значительно превышены. Разумеется, человеку сложно защитить себя от радиации на все 100%.
Однако, если быть внимательными и следовать некоторым правилам, можно свести возможность поражения к минимуму. Для этого нужно время от времени осуществлять замеры в помещениях, где вы часто находитесь. Специальные дозиметры и радиометры помогут получить достоверные данные. Кстати, эти же приборы позволят определить, есть ли радиоактивное вещество в продуктах питания. Кроме того, желательно избавить дом от некоторых предметов. Например, часов со светящимся циферблатом: есть вероятность, что они произведены с участием радия. А при строительстве обязательно запрашивать у продавцов материалов документы, свидетельствующие о радиационной безопасности товара. Конечно, полностью обезопасить себя не удастся, и риски есть всегда. Но задача каждого человека – внимательно следить за своим здоровьем, за тем, что он ест и в каких условиях проживает. Источник: вещества, которые содержат (в высокой концентрации) радионуклиды. не относящиеся к ядерным материалам вещества, испускающие ионизирующее излучение. Федеральный закон от 21.11.95 N 170-ФЗ, ст.3 по определению ФЗ «Об использовании атомной энергии» от 20 октября 1995 г. «не относящиеся к ядерным материалам вещества, испускающие ионизирующее излучение». вещества в любом агрегатном состоянии, содержащие радионуклиды с активностью, на которые распространяются требования норм радиационной безопасности нрб-99 и санитарных правил сп 2.6.1.758-99. вещи (в т.ч. вещества), радиоактивные отходы («Порядок организации таможенного контроля за радиоактивными веществами», утв. приказом Государственного таможенного комитета Республики Беларусь от 23.12.97 г. N 434-ОД) вещества естественного или искусственного происхождения, содержащие в своем составе радиоактивные изотопы. Это не относящиеся к ядерным материалам вещества, испускающие ионизирующее излучение. К ним относятся, напр., тритий, уран, торий, актиний, натрий22, стронций-89, технеций, цезий-137, радий-228 и др. радионуклиды, находящиеся в газообразном, жидком или твердом состоянии способные к самопроизвольному распаду и выделению вследствие этого альфа-, беттаи гамма-излучений. Многие Р. в. обладают повышенной поражающей способностью и способны причинить вред живым организмам (лучевая болезнь, ослабление иммунитета, интоксикация и т. п. патологические процессы) и заразить окружающую среду. Процесс распада в Р. в. осуществляется непрерывно, в связи с чем безопасное обращение с ними при их использовании и хранении возможно лишь с применением специальных средств защиты. В российском уголовном праве Р. в. являются предметами ряда преступлений, предусмотренных УК РФ. Совершение преступления с использованием Р. в. признается обстоятельством, отягчающим наказание. вещества, содержащие естественные или искусственные радиоактивные изотопы. В больших количествах В.р. образуются при ядерных взрывах и работе ядерных реакторов. Попадая в окружающую среду, В.р. приводят к радиоактивному загрязнению местности (акватории) и атмосферы, опасному для здоровья людей и животных. Распад радиоактивных изотопов сопровождается ионизирующим излучением - электромагнитным (рентгеновские и гамма-лучи) и корпускулярным (альфа- и бета-частицы, поток нейтронов и протонов), проникающим в живые ткани и производящим ионизацию атомов и молекул. Рентгеновские лучи - электромагнитное излучение с длиной волны 10–5-102 нм, проникающие через некоторые материалы. Испускаются при торможении быстрых электронов в веществе и при переходах электронов с внешних электронных оболочек атома на внутренние. Источники - рентгеновская трубка, некоторые радиоактивные изотопы, ускорители и накопители электронов. Приемники - фотопленки, люминисцентные экраны, детекторы ядерных излучений. Рентгеновские лучи применяют в медицине, дефектоскопии, рентгеновском структурном и спектральном анализе. Гамма-излучение - коротковолновое электромагнитное излучение, обладает большой энергией (до 5 Мэв у природных радиоактивных веществ и до 70 Мэв при искусственных ядерных реакциях) и может проникать через большие толщи вещества, для человека особенно опасно при внешнем облучении. Альфа-излучение - испускание ядер атомов гелия (альфа-частиц), которое ввиду малой проникающей способности (порядка долей миллиметра) практическую опасность представляет только при попадании внутрь организма. Альфа-частицы обладают большой энергией (от 2 до 9 Мэв) и высокой ионизирующей способностью. Бета-излучение - поток электронов или позитронов (бета-частиц), испускаемых атомными ядрами при бета-распаде радиоактивных изотопов. Проникающая способность бета-частиц не превышает нескольких мм, поэтому при внешнем облучении организма поражаются лишь поверхностные ткани. Нейтрон - нейтральная элементарная частица. Вместе с протонами образует атомное ядро. Протон - стабильная элементарная частица, имеющая положительный заряд. Мощный поток нейтронов и протонов, образующийся при ядерных реакциях деления и синтеза, обладает большой проникающей и ионизирующей способностью. Радиоактивные элементы,
химическиеэлементы, все изотопы которых радиоактивны. К числу радиоактивных элементов принадлежат технеций (атомный номер 43), прометий (61), полоний (84) и все последующие элементы в периодической системе Менделеева. К 1975 известно 25 радиоактивных элементов. Те из них, которые расположены в периодической системе за ураном, называются трансурановыми элементами. 14 радиоактивных элементов с атомным номером 90-103 во многом сходны между собой; они составляют семейство актиноидов. Из природных радиоактивных элементов только два - торий (атомный номер 90) и уран (92) имеют изотопы, периоды полураспада которых (T 1 /2) сравнимы с возрастом Земли. Это 232 Th (T 1 /2 = 1,41×10 10 лет), 235 U (T 1 /2 = 7,13×10 8 лет) и 238 U (T 1 /2 = 4,51×10 9 лет). Поэтому торий и уран сохранились на нашей планете со времён её формирования и являются первичными радиоактивными элементами. Изотопы 232 Th, 235 U и 238 U дают начало естественным радиоактивным рядам, в состав которых входят в качестве промежуточных членов вторичные природные радиоактивные элементы с атомными номерами 84-89 и 91. Периоды полураспадов всех изотопов этих элементов сравнительно невелики, и, если бы их запасы не пополнялись непрерывно за счёт распада долгоживущих изотопов U и Th, они давно бы уже полностью распались. Радиоактивные элементы с атомными номерами 43, 61, 93 и все последующие называются искусственными, т.к. их получают с помощью искусственно проводимых ядерных реакций. Это деление радиоактивных элементов на природные и искусственные довольно условно; так, астат (атомный номер 85) был сначала получен искусственно, а затем обнаружен среди членов естественных радиоактивных рядов. В природе найдены также ничтожные количества технеция, прометия, нептуния (атомный номер 93) и плутония (94), возникающих при делении ядерурана - либо спонтанном, либо вынужденном (под действием нейтронов космических лучей и др.). Два радиоактивных элемента - Th и U - образуют большое число различных минералов. Переработка природного сырья позволяет получать эти элементы в больших количествах. Радиоактивные элементы - члены естественных радиоактивных рядов - могут быть выделены радиохимическими методами из отходов производства Th и U, а также из торий- или урансодержащих препаратов, хранившихся долгое время. Np, Pu и др. лёгкие трансурановые элементы получают в атомных реакторах за счёт ядерных реакцийизотопа 238 U с нейтронами. С помощью различных ядерных реакций получают и тяжёлые трансурановые элементы Tc и Pm образуются в атомных реакторах и могут быть выделены из продуктов деления. Многие радиоактивные элементы имеют важное практическое значение. U и Ри используют как делящийся материал в ядерных реакторах и в ядерном оружии. Облучение тория (его природного изотопа 232 Th) нейтронами позволяет получить изотоп 233 U - делящийся материал. Pm, Po, Pu и др. Радиоактивные элементы применяют для изготовления атомных электрических батареек со сроком непрерывной работы до нескольких лет. См. статьи об отдельных радиоактивных элементах, а также Радиоактивные минералы, Ториевые руды, Урановые руды. Лит.: Несмеянов Ан. Н., Радиохимия, М., 1972. С. С. Бердоносов. Рис. к ст. Радиоактивные элементы. Главная
| Основы безопасности жизнедеятельности
| Материалы к урокам
| Материалы к урокам ОБЖ для 8 класса
| План проведения занятий на учебный год
|
Для аварий на радиационно опасных объектах характерен выброс радиоактивных продуктов в окружающую среду
. Он приводит к радиационному загрязнению воздуха, воды, почвы и, следовательно, к облучению персонала объекта, а в некоторых случаях и населения (см. схему 11). При этом из атомных реакторов выбрасываются в атмосферу радиоактивные вещества в виде мельчайших пылинок и аэрозолей. Может произойти разлив жидкости, приводящий к радиоактивному загрязнению местности, водоемов. Радиоактивные вещества имеют специфические свойства:
— у них нет запаха, цвета, вкусовых качеств или других внешних признаков, из-за чего только приборы могут указать на заражение людей, животных, местности, воды, воздуха, предметов домашнего обихода, транспортных средств, продуктов питания; Период полураспада - это время, в течение которого распадается половина всех атомов радиоактивного вещества. Период полураспада различных радиоактивных веществ колеблется в широких временных пределах.
При радиационной аварии
происходит загрязнение продуктов питания, воды и водоемов, что влечет за собой возникновение у людей и животных различных форм лучевой болезни, тяжелых отравлений, инфекционных заболеваний. В результате аварийного выброса радиоактивных веществ в атмосферу возможны виды радиационного воздействия на людей и животных, приведеиные на рисунке. Радиоактивное загрязнение при аварии на предприятии (объекте) ядерной энергетики имеет несколько особенностей:
— радиоактивные продукты легко проникают внутрь помещений, так большая часть их находится в парообразном или аэрозольном состоянии; Рассмотрим характерные особенности радиоактивного загрязнения местности при авариях на АЭС в отличие от радиоактивного загрязнения местности при ядерных взрывах. При наземном ядерном взрыве
в его облако вовлекаются десятки тысяч тонн грунта. Радиоактивные частицы смешиваются с минеральной пылью, оплавляются и оседают на местности. Воздух загрязняется незначительно. Формирование следа радиоактивного облака завершается за несколько часов. За это время метеорологические условия, как правило, резко не изменяются, и след облака имеет конкретные геометрические размеры и очертания. В этом случае главную опасность для людей, оказавшихся на следе радиоактивного облака, представляет внешнее облучение (90-95% общей дозы облучения). Доза внутреннего облучения незначительна. Она обусловлена попаданием внутрь организма радиоактивных веществ через органы дыхания и с продуктами питания. При авариях на АЭС значительная часть продуктов деления ядерного топлива находится в парообразном или аэрозольном состоянии.
Их выброс в атмосферу может продолжаться от нескольких суток до нескольких недель. Воздействие радиоактивного загрязнения окружающей среды на людей в первые часы и сутки после аварии определяется как внешним облучением от радиоактивного облака и радиоактивных выпадений на местности, так и внутренним облучением в результате вдыхания радионуклидов из облака выброса. В последующем в течение многих лет вредное воздействие и накопление дозы облучения у людей будет обусловлено вовлечением в биологическую цепочку выпавших радионуклидов и употреблением загрязненных продуктов питания и воды. Суммарную дозу облучения, прогнозируемую на 50 ближайших после аварии лет, в этом случае принято рассчитывать следующим образом: 15% -внешнее облучение, 85% - внутреннее облучение. При авариях на ядерных энергетических установках сложно создать условия, полностью предохраняющие людей от облучения
. Однако, зная, что воздействие ионизирующих излучений на отдельные ткани и органы человека не одинаково, его можно значительно ослабить. Итак, одни органы более чувствительны к воздействию ионизирующих излучений, другие - менее
. При сравнительно равномерном облучении организма ущерб здоровью определяют по уровню облучения всего тела, что соответствует первой группе критических органов. К первой группе критических органов
относят также половые органы и красный костный мозг. Ко второй группе критических органов
относят мышцы, щитовидную железу, жировую ткань, печень, почки, селезенку, желудочно-кишечный тракт, легкие, хрусталики глаз. Третью группу критических органов
составляют кожный покров, костная ткань, кисти рук, предплечья, голени и стопы. При действиях на местности, загрязненной радиоактивными веществами, устанавливают определенные допустимые дозы облучения на тот или иной промежуток времени, которые, как правило, не должны вызывать у людей радиоактивных поражений. Степень лучевых (радиационных) поражений зависит от полученной дозы излучения и времени
, в течение которого человек ему подвергался. Не всякая доза облучения опасна. Если она не превышает 50 Р, то исключена даже потеря трудоспособности. Доза в 200-300 Р, полученная за короткий промежуток времени, может вызвать тяжелые радиационные поражения. Однако такая же доза, полученная в течение нескольких месяцев, не приведет к заболеванию: здоровый организм человека способен за это время вырабатывать новые клетки взамен погибших при облучении. При определении допустимых доз облучения учитывают, что оно может быть однократным или многократным. Однократным считают облучение, полученное за первые четверо суток. Оно может быть импульсивным (при воздействии проникающей радиации) или равномерным (при облучении на загрязненной местности). Облучение, полученное за время, превышающее четверо суток, считают многократным. Соблюдение установленных пределов допустимых доз облучения исключает возможность массовых радиационных поражений в зонах радиоактивного заражения местности. В табл. 9, 10 приведены возможные последствия острого однократного и многократного облучения организма человека в зависимости от полученной дозы. Образовавшиеся в процессе аварии ядерной энергетической установки радиоактивные продукты в виде пыли, аэрозолей и других мельчайших частиц оседают на местности. Их разносит ветер, заражая все вокруг. Если запасы продовольствия окажутся не укрытыми или будет нарушена целостность их упаковки, то радиоактивные вещества загрязнят их. Радиоактивные вещества могут быть также занесены в пищу при ее обработке с зараженных поверхностей тары, кухонного инвентаря и оборудования, одежды и рук. Радиоактивные вещества, попадающие на поверхность продуктов, если они не упакованы, или через щели и неплотности тары, проникают внутрь: в хлеб и сухари - на глубину пор; в сыпучие продукты (муку, крупу, сахарный песок, поваренную соль) - в поверхностные (10-15 мм) и нижележащие слои в зависимости от плотности продукта. Мясо, рыба, овощи и фрукты обычно загрязняются радиоактивной пылью (аэрозолями) с поверхности, к которой она весьма плотно прилипает. В жидких продуктах крупные частицы оседают на дно тары, а мелкие образуют взвеси. Наибольшую опасность представляет попадание радиоактивных веществ внутрь организма
с зараженной ими пищей и водой, причем поступление их в количествах более установленных величин вызывает лучевую болезнь. Поэтому в целях исключения опасного внутреннего облучения организма человека установлены допустимые пределы радиоактивного загрязнения продуктов питания и воды (табл. 11). Их соблюдение необходимо строго контролировать. Примечание:
удельная активность радионуклида - отношение активности радионуклида в образце к массе образца. Активность радионуклида в образце измеряют в кюри (Ки). 1 Ки = 3, 7 1010 ядерных превращений в секунду.
.
; ; 
.
(стаб.)
или Bi (a,3n) At Изотоп актиния
Реакция получения
Тип распада
Период полураспада
221 Ac
232 Th(d,9n) 225 Pa(б)→ 221 Ac
б
<1 сек.
222 Ac
232 Th(d,8n) 226 Pa(б)→ 222 Ac
б
4,2 сек.
223 Ac
232 Th(d,7n) 227 Pa(б)→ 223 Ac
б
2,2 мин.
224 Ac
232 Th(d,6n) 228 Pa(б)→ 224 Ac
б
2,9 час.
225 Ac
232 Th(n,г) 233 Th(в -)→ 233 Pa(в -) → 233 U(б)→ 229 Th(б)→ 225 Ra(в -) 225 Ac
б
10 сут.
226 Ac
226 Ra(d,2n) 226 Ac
б или в - или электронный захват
29 час.
227 Ac
235 U(б)→ 231 Th(в -)→ 231 Pa(б)→ 227 Ac
Ra (n,g) Ra → Ac
б или в -
в - , б
21,7 лет
22 года
228 Ac
232 Th(б)→ 228 Ra(в -)→ 228 Ac
в -
6,13 час.
229 Ac
228 Ra(n,г) 229 Ra(в -)→ 229 Ac
в -
66 мин.
230 Ac
232 Th(d,б) 230 Ac
в -
80 сек.
231 Ac
232 Th(г,p) 231 Ac
в -
7,5 мин.
232 Ac
232 Th(n,p) 232 Ac
в -
35 сек.
Изотоп
Период полураспада
Изотоп
Период полураспада
Изотоп
Период полураспада
227 Ac
22 года
244 Pu
7,6×10 7 лет
248 Bk
314 суток
232 Th
1,39×10 10 лет
241 Am
458 лет
251 Cf
660 лет
231 Pa
34300 лет
241 Am
433 года
254 Es
280 суток
233 U
1,62×10 5 лет
243 Am
7600 лет
253 Es
20,47 сут
235 U
7,13×10 8 лет
242 Cm
162,5 суток
238 U
4,5×10 9 лет
244 Cm
19 лет
235 Np
410 сут
247 Cm
³4×10 7 лет
237 Np
2,2×10 6 лет
248 Cm
4,7×10 5 лет
238 Pu
86,4 года
250 Cm
2×10 4 лет
239 Pu
24360 лет
247 Bk
1300 лет
242 Pu
3,79×10 5 лет
Смертельное излучение
От кальция до ливермория
Невидимая опасность
Осторожно, радиация!
РАДИОАКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА
Радиоактивные вещества
РАДИОАКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА
Вещества радиоактивные
Радиоактивные вещества
РАДИОАКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА
ВЕЩЕСТВА РАДИОАКТИВНЫЕ
Радиоактивные элементы
Основы безопасности жизнедеятельности
8 класс
Урок 18
Последствия радиационных аварий
— они способны вызывать поражение не только при непосредственном соприкосновении, но и на расстоянии (до сотен метров) от источника загрязнения;
— поражающие свойства радиоактивных веществ не могут быть уничтожены химическим и/или каким-либо другим способом, так как их радиоактивный распад не зависит от внешних факторов, а определяется периодом полураспада данного вещества.
Особенности радиоактивного загрязнения (заражения) местности
— наибольшую опасность представляет внутреннее облучение, обусловленное попаданием радиоактивных веществ внутрь организма;
— при большой продолжительности радиоактивного выброса, когда направление ветра может многократно меняться, возникает вероятность радиоактивного загрязнения местности практически во все стороны от источника аварии.Характер поражения людей и животных.
Загрязнение сельскохозяйственных растений и продуктов питания
