Методы количественного обнаружения в образцах экологически опасных радионуклидов (стр. 1 из 4)
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
МАРИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
КАФЕДРА ОБЩЕЙ И НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ
Методы количественного обнаружения присутствия в образцах экологически опасных радионуклидов
Реферат
Выполнил:
студент БХФ, гр. Х-41,
Мухин М. С.
Проверил:
к. х .н., доц. Логинова Е. В.
Йошкар-Ола
2004
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.. 3
1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТОДОВ.. 4
2. РАДИОХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ... 5
2.1. А п п а р а т у р а. 6
2.1.1. Газо-ионизационные датчики. 6
2.1.2. Сцинтилляционные счетчики. 7
2.1.3. Полупроводниковые датчики. 8
2.1.4. Эффективность счета. 8
2.2. П р я м о й а н а л и з. 8
2.3. Р а д и о х и м и ч е с к о е т и т р о в а н и е. 9
3. Масс-спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой. 10
4. Определение отдельных радионуклидов. 12
4.1. Т р и т и й. 12
4.2. К а л и й. 12
4.3. Ц е з и й. 12
4.4. С т р о н ц и й. 13
4.5. Ц е р и й. 13
4.6. П л у т о н и й. 14
4.7. У г л е р о д. 14
4.8. Й о д. 15
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.. 16
ВВЕДЕНИЕ
Развитие ядерной энергетики и использование радионуклидов в различных сферах деятельности человека предъявляет все большие требования к контролю радиоактивности окружающей среды и оценке радиационной обстановки. Это требует в свою очередь разработки надежных и экспрессных методов определения содержания радионуклидов во всех компонентах наземных и водных экосистем. Не менее важным является изучение форм поступления и нахождения радионуклидов в аэрозолях, атмосферных осадках, почвах, водах и донных отложениях. Это необходимо не только для прогнозирования поведения радионуклидов в биосфере, но и для правильного выбора методов их определения.
В настоящее время при исследовании радиоактивности окружающей среды применяют различные ядерно-физические и радиохимические методы. Без использования последних невозможно определение α-радиоактивных и ряда β- и γ-излучателей в сложных по химическому и радиоизотопному составу образцах. Радиохимический анализ основан на принципах и методах аналитической химии, но имеет свои особенности, связанные с выделением ультрамикроколичеств вещества, как правило, с помощью изотопных или неизотопных носителей, подобных по химическим свойствам определяемым радиоизотопам. С этой целью используют два приема: отделение анализируемого радионуклида наиболее специфичными для него методами от других радиоактивных и стабильных химических элементов или удаление как можно большего числа посторонних примесей на общем для них носителе.
В последние годы все большее значение приобретают экстракционные и хроматографические методы, отличающиеся селективностью, простотой выполнения, высокой производительностью и практически исключающие возможные при операциях осаждения адсорбционные процессы и связанные с ними неконтролируемые потери определяемых радионуклидов или загрязнение примесями. Кроме того, при использовании этих методов можно проводить выделение и радиохимическую очистку радионуклидов в отсутствие носителей.
1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТОДОВ
Для определения радиоактивных элементов в самых различных объектах в целях оперативного контроля существующих радиохимических процессов, анализа объектов окружающей среды, создания стандартных образцов и в других целях широко используется весь арсенал современных аналитических методов, и прежде всего радиометрические методы.
Существенно улучшились параметры спектрометрических методов анализа как за счет использования современных анализаторов с встроенными ЭВМ, так и новых математических методов обработки полученных результатов.
Большое значение имеют методы, обеспечивающие определение отдельных элементов с максимальной чувствительностью и точностью. Наибольшую чувствительность наряду с радиометрией и нейтронно-активационным анализом обеспечивают в настоящее время люминесцентные методы, основанные на измерении интенсивности люминесценции кристаллофосфоров – неорганических соединений, кристаллическая решетка которых содержит определяемые элементы.
Безусловно, наиболее перспективен при определении следов актинидов метод лазерной резонансной спектроскопии.
Одним из наиболее прецизионных методов определения является кулонометрический метод. Главное преимущество этого метода в том, что он не требует стандартных образцов. Количество вещества определяют по абсолютному количеству электричества, полученного в результате интегрирования тока электролиза.
Наряду с люминесценцией и кулонометрией в последнее время для определения нептуния и плутония в растворах, в том числе и в производственных, а также в твердых веществах, главным образом в тепловыводящих элементах, все шире используется рентгенофлуоресцентный метод.
2. РАДИОХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ
Скорость распада, или активность, для радиоактивного изотопа соответствует кинетике первого порядка
(1)где А – активность, N – число радиоактивных атомов, присутствующих в образце во время t, и λ – константа распада радиоизотопа. Активность выражается количеством распадов в единицу времени, которая эквивалентна количеству атомов, подвергшихся радиоактивному распаду в единицу времени. В международной системе единиц (СИ) единицей активности является беккерель (Бк), равный одному распаду в секунду. Допускается применение внесистемных единиц расп./мин и кюри (Ки). 1 Ки = 3,7 × 1010 Бк.
Как любой процесс первого порядка, уравнение (1) может быть выражено в интегральной форме.
(2)Подстановка уравнения (2) в уравнение (1) дает
(3)Измеряя активность во время t, следовательно, мы можем определить начальную активность, А0, или количество радиоактивных атомов первоначально присутствующих в образце, N0.
Важным характеристическим свойством радиоактивного изотопа является его период полураспада, t1/2, который является временем, необходимым для того, чтобы распалась половина радиоактивных атомов. Для кинетики первого порядка период полураспада не зависит от концентрации и выражается как
(4)Поскольку период полураспада не зависит от количества радиоактивных атомов, то он остается постоянным в течение процесса распада. Таким образом, 50% радиоактивных атомов распадается за один период полураспада, 75% за два периода полураспада, и 87,5% за три периода полураспада.
Кинетическая информация о радиоактивных изотопах обычно дается в рамках периода полураспада, потому что он обеспечивает более интуитивное чувство устойчивости изотопа. Знание, например, что константа распада для
равна 0,0247 лет-1, не дает немедленного чувства, как быстро он распадается. С другой стороны, знание того, что период полураспада для равен 28,1 года, проясняет, что концентрация в образце остается по существу постоянной в течение короткого периода времени.2.1. А п п а р а т у р а
a-частицы, b-частицы, g-лучи и рентгеновские лучи измеряются, используя энергию частиц, которая производит усиленный импульс электрического тока в датчике. Эти импульсы считаются, давая скорость разложения. Обычно сталкиваются с тремя типами датчиков: газо-ионизационные датчики, сцинтилляционные счетчики и полупроводниковые датчики.
2.1.1. Газо-ионизационные датчики
Большинство газо-ионизационных датчиков состоит из заполненной инертным газом, таким как Ar, камеры с таким приложенным напряжением, что центральный провод становится анодом, а стенка камеры – катодом (Рис. 1). Когда радиоактивные частицы входят в трубку, они ионизируют инертный газ, производя большое число Ar+/e- ионных пар. Движение электронов к аноду, а Ar+ к катоду производит измеряемый электрический ток. В зависимости от напряжения, приложенного к камере, датчики можно разделить на ионизационные камеры, пропорциональный счетчики и счетчики Гейгера-Мюллера (ГМ).
Рисунок 1. Изображение газо-ионизационного датчика.
Из-за универсальности и надежности счетчик Гейгера-Мюллера наиболее широко используется как портативный исследовательский прибор. Он особенно чувствителен к b-частицам средней и высокой энергии (например, как от 32P) давая эффективность счета 20 процентов. Счетчик ГМ также полезен в определении уровней излучения вблизи сравнительно больших (например, по крайней мере, порядка мкКи) источников g- или рентгеновских лучей средней и высокой энергии.
Датчик ГМ, однако, не особенно чувствителен к низкоэнергетическим b-частицам (например, от 35S и 14C), давая эффективность не более 5 процентов, и при этом не очень чувствителен к низкоэнергетическим g- и рентгеновским лучам (например, от 125I). Кроме того, ни ГМ, ни любой другой портативный дозиметр не способен обнаружить низкоэнергетические b-частицы от 3H.