Лекция 1. Введение в радиохимию (1127005)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

Введение в радиоактивностьСтепан Николаевич Калмыковтел. (495) 939-32-20stepan@radio.chem.msu.ruhttp://radiochemistry-msu.ru• Алиев Р.А., Калмыков С.Н. Радиоактивность. Лань, 2013 (доступно online ?),• В.Б.Лукьянов, С.С.Бердоносов, И.О.Богатырев, К.Б.Заборенко,Б.З.Иофа. Радиоактивные индикаторы в химии. Основы метода(доступно on-line),• Келлер К. Радиохимия. М. Атомиздат, 1978.• Хала И., Навратил Дж.Д. Радиоактивность, ионизирующее излучениеи ядерная энергетика. Пер.

с англ. под ред. академика Б.Ф.Мясоедова и С.Н.Калмыкова, Бином, 2013• Ю.А. Сапожников, Р.А. Алиев, С.Н. Калмыков. Радиоактивностьокружающей среды. М. Бином, 2006• Б.С. Ишханов, И.М. Капитонов, Н.П. Юдин. Частицы и атомные ядра.Изд-во МГУ, 2005Lund Nuclear Data Servicehttp://nucleardata.nuclear.lu.seЯдерная физика в Интернетеhttp://nuclphys.sinp.msu.ru/Составляющие индивидуальной дозы (мЗв), полученнойсреднестатистическим жителем Финляндии в 2000 г.0,5Радон в помещениях0,04Внешнее облучение(естественное)0,04Космическое излучение0,320,30,5Внутреннее облучение(естественное)ИспользованиерадионуклидовРентгеновскаядиагностикаЧернобыльСтруктура коллективных доз облучения населения России1%14%29%Космическое излучениеРадон и продукты егораспадаМедицинские источникиТехногенные источники56%Карта содержаниярадона-222 впомещенияхG. Dudois et al.J.Env.Radioact., Vol.

101,Iss. 10, (2010), 786–798Некоторые факты1 Зв = 1 Дж / кгВысота, мМощность дозы, мкЗв/час00,03830000,18160000,93590003,2412000150006,9910,3Риск рака: 0.05 / Зв(National Council on Radiation Protection and Measurement, USA)Мед исследования (Россия): годовой эффективной дозы 1 мЗвПределы доз(персонал группы А) - 20 мЗв в год в среднем за любые последовательные 5лет, но не более 50 мЗв в годНаселение - 1 мЗв в год в среднем за любые последовательные 5 лет, но неболее 5 мЗв в годРадиохимия – химия радиоактивных веществ. К предмету изучениярадиохимии относятся также химические аспекты производстварадионуклидов и переработки ядерного топлива.Иногда в качестве аналогичного используют понятие ядерная химия,однако его стоит трактовать более широко, ядерная химия изучает,помимо радиохимии, химические процессы, протекающие поддействием ядерных излучений (радиационная химия), а такжехимические последствия радиоактивного распада и ядерных реакций.Этапы развитияФундаментальный этапСоздание ядерного оружия«Мирный» этапЭнергетикаМедицинаДругие радиационные технологииИсторияСвечение стенок разрядных трубок - катодные лучи поток электронов ;Рентгеновские лучи;Анри Беккерель – флуоресценция солей урана - радиоактивность;Мария и Пьер Кюри – радиоактивность минералов урана выделение Po и Ra1898 г.А.

БеккерельСупруги КюриМария Кюри назвала свойствоопределенных атомов испускать лучирадиоактивностью, а уран, торий идругие подобные элементы –радиоактивными«Если существование новогометалла подтвердится, мыпредполагаем назвать его полонием,имея в виду происхождение одного изнас»Ряд урана-238Радиоактивность самопроизвольное (спонтанное) превращение неустойчивого изотопахимического элемента в другой изотоп (обычно - изотоп другого элемента). Сущностьявления радиоактивности состоит в самопроизвольном изменении состава атомногоядра, находящегося в основном состоянии либо в возбуждѐнном долгоживущем(метастабильном) состоянии.Марии Кюри вместе с Иренвыезжала в прифронтовыегоспитали, сама работаламедицинским лаборантом,водителем, механикомСтроение атома и ядра - Резерфорд, Жолио-Кюри.выделенный супругами Кюри).(радий, Опыт Резерфорда (Гейгер и Марсден)– открытие ядра, протона и нейтрона;Рассеяние моноэнергетических α-частицтонким двухкомпонентным образцомСпектроскопия Резерфордовскогообратного рассеянияRutherford backscattering spectrometry, RBSРассеяние моноэнергетических α-частиц двухкомпонентным образцомконечной (слева) и бесконечной (справа) толщины Эманация – радиоактивные благородные газы – 1902 – теория радиоактивныхпревращений (Резерфорд и Содди); 1910 - известно около 40 радиоактивных веществ с различными периодамиполураспада, Содди - размещение новых элементов в периодической системе.Понятие изотоп.

Масс-спектрограф.Нуклид— вид атомов, характеризующийся определёнными массовым числом,атомным номером, и энергетическим состоянием их ядер, и имеющий времяжизни, достаточное для наблюдения.Изотопы- разновидности ядер одного и того же химического элемента,различающаяся количеством нейтронов в ядре.AZX234235236929292NИзобары- нуклиды, имеющие одинаковое массовое число.1414Изобарный эффект в масс-спектрометрии76Изомеры - явление существования у ядер атомов метастабильных(изомерных) возбуждённых состояний с достаточно большим временемжизни.137 g137 m5656UUCNBaBaU14N(α,p)17O9Be(α,n)12C27Al(,n) 30P1930 г.

В. Боте и Г. Беккер1932 г. Дж. Чедвик1934 г. Фредерик и Ирен Жолио-Кюриискусственная радиоактивностьЭ. Ферми - облучение урана нейтронами (1934)О. Ганн и Ф. Штрассман1938 г. 1940 г. Открытиеспонтанного деления 235U(Флеров, Петржак) 1942 г. Атомный реактор(Ферми)Сентябрь 1943 – старт «Манхэттенского проекта»16 июля 1945 г. – первое испытание боезаряда («Gadget»)Август 1945 г. – бомбардировка Хиросимы и НагасакиАвгуст 1949 г. – испытание первой Советской атомной бомбы (РДС-1),Август 1953 г. – первое испытание термоядерного заряда (СССР),Октябрь 1961 г.

– испытание Царь-бомбыВ.И. Вернадский, 1912 год: «Перед намиоткрываются в явлениях радиоактивностиисточники атомной энергии, в миллионыраз превышающие те источники сил,какие только рисовались человеческомувоображению»1922 год: «Сумеет ли человеквоспользоваться этой силой, направитьее на добро, а не на самоуничтожение?»Современное развитие ядерной химии и связь с другими науками иобластями знанийРадиационная безопасность, радиоэкология, …Контроль нераспространения ядерных материалов,Геохимия,Археология,Диагностика материалов,Химический анализ,Радионуклиды как трассеры в биологии, биохимии, фармакологии, ...Ядерная энергетика,Медицина.Состав отработавшего ядерного топливаАктивность топлива:14 410 000 Ки – послеразгрузки1 497 000 Ки – 1 год394 000 Ки – 10 лет39 800 Ки – 100 лет1 590 Ки – 1000 лет820 Ки -1000 лет (без уранаи плутония)18 Ки – 1000 лет (безактинидов)Ядерная медицина• Позитронно-эмиссионная томография(ПЭТ)• Гамма-томография• Направленная бета- и альфарадиотерапия• Нейтронно-захватная терапияПОЗИТРОННО-ЭМИССИОННАЯТОМОГРАФИЯhttp://en.wikipedia.org/wiki/Positron_emission_tomographyПОЗИТРОННО - ЭМИССИОННАЯТОМОГРАФИЯОбласти применения ПЭТA.

Клиническая диагностикаонкологиякардиологияневрологияперфузия с 82Rbболезнь Альцгеймераметаболизм с 18FDGболезнь ПаркинсонаСостав клинического ПЭТ-центрасканнеррадиохимияциклотронРадионуклиды для терапии•••••••90Y166HoХелаторБиомолекула177Lu213Bi212BiAc-225 10 дα 5.8 МэВFr-221 4.8 минα 6.3 МэВ211AtAt-217 0.032 c225AcBi-213 45.6 минα 7.0 МэВβPo-213 4.3 мксα 8.4 МэВPb-209 3.25 чβBi-209Радионуклиды как трассеры процессов в окружающейсреде: примеры применения• Датирование по 14C (археология, геология)• Определение потоков органического углерода вгидросфере по 234Th (океанология)• Исследование эрозии почв с помощью 137Cs, 210Pb, 7Be.• Исследование времени жизни аэрозолей с помощью7Be, 32P, 33P• Датирование океанических, морских, озерных донныхотложений по 10Be, 230Th, 210Pb, анализ «естественныхархивов»Некоторые радионуклиды, применяемыев качестве трассеров10Be230Th14C32Si210Pb3Hтехногенные радионуклиды210Po7Be234Th32P222Rn00,0010,010,1110100100010000Временной интервал, лет1000001000000 10000000ЦЕЗИЙ-137 В ДОННЫХ ОСАДКАХЧЕРНОГО МОРЯ137Cs, Бк/кг137Cs, Бк/кг0501000198610202000195230R.A.Aliev, St.N.Kalmykov,Yu.A.Sapozhnikov.

In:Environmental radiochemicalanalysis II. Cambridge. UK.254-262.Горизонт, смГоризонт, см0100219524619631986Р.А. АлиевРадиоактивность• Альфа-распад• Бета-распад• Гамма-переход•Спонтанное деление••Испускание протона (147Tm, 151Lu)Испускание кластеров (223Ra1 Беккерель=1 распад/с1 Кюри=3,7х1010 Бк14C+209Pb)Стабильные и радиоактивные ядраРадиоактивность – самопроизвольное изменение энергетическогосостояния ядра или его нуклонного составаРаспад – выгодный процесс, его энергия равна разности масспродуктов распада и исходных ядерМасса ядра всегда меньше, чем сумма масс составляющих егонуклоновДефект массы (Δm) соответствует энергии связи ядра.Если дефект массы выражен в атомных единицах, а энергия связив МэВ, то: ΔE=931.5ΔmПримерРассчитаем энергию связи ядра 16O.Масса 8 протонов: 8×1,00727 а.е.м.=8,05816 а.е.м.Масса 8 нейтронов 8×1,00866 а.е.м.=8,06928 а.е.м.Масса 8 электронов 8×0,00055 а.е.м.=0,00440 а.е.м.Итого – 16,13184 а.е.м.Масса атома 16O (экспериментально определеннаявеличина) – 15,99492 а.е.м.Дефект массы = 16,13184 - 15,99492 = 0,13692 (а.е.м.)Энергия связи 16O = 0,13692 а.е.м.

× 931,5 МэВ/а.е.м. =127,5 МэВ.В пересчете на один нуклон 127,5 МэВ/16=7,97 МэВ.Определенное соотношение N/Z:N/Z ≈ 0,98 + 0,015A2/3легкие ядра: N/Z ≈ 1,Модель жидкой каплиEb  k1 A  k2 A2/3объемповерхность1/ 3 k3 Z A2КулоновскоеотталкиваниепротоновСпонтанное деление - один из видов радиоактивного распада1940 г. Флеров и Петржак252CfМассовое распределение осколков деления различных ядерО.

Ган, Ф. Штрасман235U+ nтепл → [236U]*Компаунд ядро:T1/2 ≈ 10-14 c[236U]* → 2 осколка + n[236U]* → 236U + γНаблюдениеСреди стабильных ядер:60 % с четным числом протонов и четным числом нейтронов в ядрах (четно-четные),40 % четно-нечетные или нечетно-четные,261410лишь 4 нечетно-нечетных ядра стабильны: 1 H 3 Li 5 B 7 NЭлементы с четными атомными номерами имеют больше стабильных изотопов, чемэлементы с нечетными атомными номерами:Числостабильныхизотопов47Ag48Cd49In28150Sn1051Sb52Te2853I135%Д оля в природ ной см ес и30%25%20%15%10%5%0%112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124AСодержание изотопов олова в природной смеси.

Видно, что четныхизотопов в природе большеОболочечная теория строения ядраНуклоны в ядре движутсясвободно, ядро представляетсяпотенциальной ямой (потенциалтрехмерного гармоническогоосциллятора, либо прямоугольнаяяма с бесконечными стенками).Спин-орбитальноевзаимодействие приводит красщеплению энергетическихсостояний начиная с p- на дваподуровня. Уровни заполняютсяотдельно протонами инейтронами.Магические числа:2, 8, 20, 28, 50, 82, 126магические ядра:4He, 16O, 40Ca, 48Ca, 208PbКларки земной коры и каменныхметеоритов по А.П.ВиноградовуO100FeSiK CaTi1земная кораКларккаменные метеоритыBaSr0,01PbTh0,0001USe0,000001TeReПреобладают легкие элементы, у четных кларки выше, чем унечетных соседей (Г.Оддо (1914) – В.Гаркинс (1915-1928)).

Ядратипа 4N составляют 86,3% земной коры (А.Е.Ферсман)Общее содержание элемента на Земле определяетсястроением ядра атома.AcAtTlIrTaTmTbPmLaIInRhNbRbAsCuMnScClAlFBH0,00000001Поиск острова стабильностиЛАБОРАТОРИЯ ЯДЕРНЫХ РЕАКЦИЙ им. Г.Н.ФЛЕРОВАОснована в 1957 году43ЦИКЛОТРОН У40044Слайд С.Н. ДмитриеваЧисло протоновКАРТА НУКЛИДОВЧисло нейтроновСлайд С.Н. ДмитриеваCompound Hg(Au)Reaction:242Pu(48Ca,3n)287114[0.5s]→α→283112[3.6s]and 112(Au)Слайд С.Н. ДмитриеваElement 112 is a noble metal – like Hgroom temperatureСлайд С.Н. ДмитриеваThe Bk-249 was producedat ORNL (USA) by irradiation:of Cm and Am targets forapproximately 250 daysby thermal-neutron flux of2.5  1015 neutrons/cm²·sin the HFIR(High Flux Isotope Reactor).Слайд С.Н.

Дмитриева.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов лекций