Основы радиохимии и радиоэкологии (стр. 46 из 63)
Максимальное увеличение количества кюрия в облученном топливе.
Максимальное сокращение сроков наработки кюрия.
Разработка рациональных технологий облучения топлива и разработка топливных композиций.
Снижение цен на кюрий.
Получение достаточных количеств кюрия способно решить проблему производства компактных космических реакторов, самолетов с ядерными двигателями.
10.10.2БЕРКЛИЙ ( 97Bk)
| 97 Bk247БерклийBerkelium | [Rn]7s25f9 |
Получен в 1949 г. учеными Калифорнийского университета в г. Беркли (США) в радиационной лаборатории С. Томпсоном, Г. Сиборгом, А. Гиорсо при бомбардировке мишени из америция-241 ускоренными на 60-дюймовом циклотроне α-частицами:
Для химической идентификации нового элемента использовали хорошо отработанный к тому времени метод ионообменной хроматографии.
Берклий является аналогом тербия (65Tb), получившего название от небольшого селения Иттербю в Швеции. Поэтому он также был назван по имени городка Беркли, в котором были синтезированы многие актиноиды.
Известно всего 9 изотопов берклия, с массами от 243 до 251. Среди них есть и сравнительно долгоживущие, например 247Bk и 249Bk; прочие же « живут» лишь часы. Все они образуются в ядерных реакциях в совершенно ничтожных количествах. Лишь 249Bk (β-излучатель с периодом полураспада 314 дней) удается получить в заметных, количествах при облучении в реакторах урана, плутония, америция, а еще лучше кюрия. Способность его ядер к делению на тепловых нейтронах в несколько раз выше, чем у ядер 235U и 239Pu, обычно используемых в качестве делящихся материалов. Средняя энергия α-излучения 245Вк, 247Вк, 249Вк равна соответственно 7,45х10-3; 5,70; 7,94х10-5 МэВ/(Бк-с). Изотопы берклия с массовыми числами до 248 получают из соответствующих изотопов америция или кюрия по реакции (α, n) или (α, p, n). 249Вк образуется в ядерном реакторе при облучении нейтронами 238U или 239Pu. 250Вк получают облучением 249Вк по реакции (γ, n).
Берклий — серебристо-белый металл. Радиоактивен, наиболее устойчивый изотоп 247Bk (Т=1380 лет).
Установлено, что берклий очень реакционно-способен. В своих многочисленных соединениях он имеет степени окисления + 3 (преимущественно) и + 4. Существование четырехвалентного берклия позволяет отделять этот элемент от других актиноидов и лантаноидов (продуктов деления), которые либо не имеют такой валентной формы, либо труднее в нее переводятся. Взаимодействует с кислородом ( оксид и диоксид), галогенами и серой. Известны двойные соли и металлоорганические соединения берклия. Образует комплексные соединения с минеральными и органическими кислотами. Наиболее устойчивы соединения берклия в растворе при степени окисления +3. При рН, близких к щелочной среде, Bk3+ образует нерастворимый основной гидроксид. Оксиды, фториды, фосфаты и карбонаты берклия нерастворимы в воде. В четырехвалентном состоянии берклий является сильным окислителем. Берклий образует прочные комплексные соединения с поликарбоновыми кислотами, ЭДТА, и др.
В настоящее время область применения изотопов берклия ограничена использованием 249Вк для последующего получения изотопов калифорния.
При введении крысам нитрата 249Вк радионуклид распределяется между скелетом (40%) и печенью (18 %). Небольшие количества 249Вк определяются в мышцах (9 %), надпочечниках (7,3 %), коже (4,5 %), селезенке (1,3 %) и почках (1,1 %). Тб из костной ткани составляет 500—600 сут. Выведение из организма крыс происходит в основном с мочой 18,2 % и калом 10 %. Максимальные дозы в костной ткани, не влияющие на сокращение продолжительности жизни крыс, составляют 6,3 Гр ( β- излучение) при введении 37-108 кБк/кр массы тела крыс. В отдаленные сроки у крыс развиваются остеосаркомы.
10.10.3 КАЛИФОРНИЙ (98Cf)
| 98 Cf251КалифорнийCalifornium | [Rn]7s25f10 |
Получен искусственно в 1950 группой Сиборга в Калифорнийском университете в Беркли.
Первые твёрдые соединения калифорния — 249Cf2O3 и 249CfOCl получены в 1958 г. писали авторы, этим названием они хотели указать, что открыть новый элемент им было так же трудно, как век назад пионерам Америки достичь Калифорнии.
Калифорний получают восстановлением фторида калифорния CfF3литием:
CfF3 + 3Li = Cf + 3LiF,
или оксида калифорния Cf2O3кальцием:
Cf2O3 + 3Са = 2Cf + 3СаО.
От других актиноидов калифорний отделяют экстракционными и хроматографическими методами.
Калифорний чрезвычайно летучий металл. Существует в двух полиморфных модификациях. Ниже 600°C устойчива a-модификация с гексагональной решёткой (параметры а = 0,339 нм, с = 1,101 нм), выше 600°C — b-модификация с кубической гранецентрированной решёткой. Температура плавления металла 900°C, температура кипения 1227°C.
По химическим свойствам калифорний подобен лантаноидам. Синтезированы галогениды калифорния — CfHal3, оксигалогениды — CfOHal. Для получения диоксида калифорния CfO2 оксид Cf2O3 окисляют при нагревании кислородом под давлением 10МПа. В растворах Cf4+ получают, действуя на соединения Cf3+ сильными окислителями. Синтезирован твёрдый дииодид калифорния CfI2. Из водных растворов Cf3+ восстанавливается до Cf2+ электрохимически.
Как мощный источник нейтронов в нейтронно-активационном анализе, лучевой терапии опухолей, производстве ядерного оружия (ядерные и термоядерные заряды малой мощности). 252Cf используется в экспериментах по изучению спонтанного деления ядер.
Радионуклид 252Cf высоко токсичен. ПДК в воде открытых водоемов 1,33·10-4Бк/л
10.10.4 ЭЙНШТЕЙНИЙ (99Es)
Эйнштейний — трансурановый химический элемент с атомным номером 99, радиоактивный, серебристый металл.
Открыт в декабре 1952 года. Элемент назван в честь А. Эйнштейна.
Всего известно 19 изотопов и 3 изомера. Самый стабильный из изотопов 252Es имеет полураспад = 471,7 день
Кроме как промежуточное звено для синтеза более тяжелых элементов на данный момент он нигде не применяется.
В связи с полным отсутствием элемента в природе, а так же его малым периодом полураспада биологической роли он не несет никакой.
Es - радиоактивен, может вызвать лучевую болезнь.
10.10. 5 ФЕ́РМИЙ (100Fm)
| 100 Fm257ФермийFermium | [Rn]7s2 |
Фе́рмий— радиоактивный трансурановый химический элемент с порядковым номером 100, относящийся к группе актиноидов. Впервые фермий получен в конце 1952 года американцем А. Гиорсо и другими учеными Лос-Аламосской лаборатории в виде изотопа 255Fm с периодом полураспада Т1/2 = 20,1 ч, который содержался в пыли после первого термоядерного взрыва, произведенного США на атолле Эниветок 1 ноября 1952 года. Обнаруженный изотоп — продукт последовательного захвата 17 нейтронов ядрами 238U и семи β−-распадов. Назван по имени Энрико Ферми
Рис. Энрико Ферми
В свободном виде должен проявлять свойства металла, похожего на уран и другие актиноиды.
Основные исследования свойств фермия выполнены с использованием 257Fm (T1/2 = 100,5 дня) и менее устойчивого радионуклида 255Fm (T1/2 = 20,07 часа). Наиболее устойчив Fm+3 (валентность III), но под действием сильных восстановителей в водных растворах получают Fm+2. Стандартный потенциал пары Fm+3/Fm+2 −1,55 В, пары Fm+3/Fm0 −1,98 В и пары Fm+2/Fm0 −2,37 В.
Мишени из атомов Fm используются в ядерной физике для получения ядер более тяжелых элементов.
В связи с малым периодом полураспада всех известных изотопов фермий отсутствует в природе и не имеет никакой биологической роли. Радиотоксичен
10.10.6 МЕНДЕЛЕВИЙ 101Md
| 101 Md258Менделеевий | [Rn]7s25f13 |
Менделевий — химический элемент с атомным номером 101 в периодической системе, обозначается символом Md.
Первые данные о существовании нуклида менделеевия 256Md с периодом полураспада Т1/2 = 1,5 ч были получены в 1958 г. группой американских ученых Альфреда Гиорсо, Беруэлла Харви, Грегори Чоппина и Стенли Томпсона.
В настоящее время известно 14 изотопов с массовыми числами 247—252, 254—260, среди которых наиболее долгоживущие: 256Md (электронный захват и α-распад, Т1/2 = 75 мин), 257Md (электронный захват и α-распад, Т1/2 = 5 ч), 258Md (α-излучатель, Т1/2 = 56 суток), 260Md (Т1/2 = 32 суток). Радиус иона Md+ = 0,117 нм, Md3+ = 0,0934 нм.
Назван в честь Дмитрия Ивановича Менделеева, создателя периодической системы элементов. Применение пока не найдено.
В связи с малым периодом полураспада вещество нестабильно и его биологическая роль не определена.
| 102 No255Нобелий | [Rn]7s25f |
| 103 Lr256Лоуренсий | [Rn]7s25f146d1 |
10.11 ТРАНСАКТИНОИДНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ (104Rf, 105Db, 106Sb, 107Bh, 108Hs, 109Mt, 110Ds, 111Rg, 112-118)