Реферат: Методы количественного обнаружения в образцах экологически опасных радионуклидов

МИНИСТЕРСТВООБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МАРИЙСКИЙГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА ОБЩЕЙ ИНЕОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ

Методы количественного обнаруженияприсутствия 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 синдуктивно-связанной плазмой. 10

4. Определение отдельныхрадионуклидов. 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 вразличных сферах деятельности человека предъявляет все большие требования кконтролю радиоактивности окружающей среды и оценке радиационной обстановки. Этотребует в свою очередь разработки надежных и экспрессных методов определениясодержания радионуклидов во всех компонентах наземных и водных экосистем. Неменее важным является изучение форм поступления и нахождения радионуклидов ваэрозолях, атмосферных осадках, почвах, водах и донных отложениях. Этонеобходимо не только для прогнозирования поведения радионуклидов в биосфере, нои для правильного выбора методов их определения.

В настоящее время приисследовании радиоактивности окружающей среды применяют различные ядерно-физическиеи радиохимические методы. Без использования последних невозможноопределение α-радиоактивных и ряда β- и γ-излучателей в сложныхпо химическому и радиоизотопному составу образцах. Радиохимический анализ основан на принципах и методаханалитической химии, но имеет свои особенности, связанные с выделениемультрамикроколичеств вещества, как правило, с помощью изотопных или неизотопныхносителей, подобных по химическим свойствам определяемым радиоизотопам. С этойцелью используют два приема: отделение анализируемого радионуклида наиболееспецифичными для него методами от других радиоактивных и стабильных химическихэлементов или удаление как можно большего числа посторонних примесей на общемдля них носителе.

Впоследние годы все большее значение приобретают экстракционные ихроматографические методы, отличающиеся селективностью, простотой выполнения,высокой производительностью и практически исключающие возможные при операцияхосаждения адсорбционные процессы и связанные с ними неконтролируемые потериопределяемых радионуклидов или загрязнение примесями. Кроме того, прииспользовании этих методов можно проводить выделение и радиохимическую очисткурадионуклидов в отсутствие носителей.

/>/>1.ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТОДОВ

Для определениярадиоактивных элементов в самых различных объектах в целях оперативногоконтроля существующих радиохимических процессов, анализа объектов окружающейсреды, создания стандартных образцов и в других целях широко используется весьарсенал современных аналитических методов, и прежде всего радиометрические методы.

Существенно улучшилисьпараметры спектрометрическихметодов анализа какза счет использования современных анализаторов с встроенными ЭВМ, так и новыхматематических методов обработки полученных результатов.

Большое значение имеютметоды, обеспечивающие определение отдельных элементов с максимальнойчувствительностью и точностью. Наибольшую чувствительность наряду срадиометрией и нейтронно-активационным анализом обеспечивают в настоящее время люминесцентные  методы, основанные на измеренииинтенсивности люминесценции кристаллофосфоров – неорганических соединений,кристаллическая решетка которых содержит определяемые элементы.

Безусловно, наиболееперспективен при определении следов актинидов метод лазерной резонансной спектроскопии.

Одним из наиболеепрецизионных методов определения является кулонометрический метод. Главное преимущество этого метода втом, что он не требует стандартных образцов. Количество вещества определяют поабсолютному количеству электричества, полученного в результате интегрированиятока электролиза.

Наряду с люминесценцией икулонометрией в последнее время для определения нептуния и плутония врастворах, 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, длярадиоактивного 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 выражаетсяколичеством распадов в единицу времени, которая эквивалентна количеству атомов,подвергшихся радиоактивному распаду в единицу времени. В международной системеединиц (СИ) единицей активности является беккерель (Бк), равныйодному распаду в секунду. Допускается применение внесистемных единиц расп./мини кюри (Ки). 1 Ки = 3,7 × 1010 Бк.

Как любой процесс первого порядка, уравнение (1) можетбыть выражено в интегральной форме.

/>          (2)

Подстановка уравнения (2) в уравнение (1) дает

/>     (3)

Измеряя активность вовремя t, следовательно, мы можем определитьначальную активность, А0, или количество радиоактивных атомовпервоначально присутствующих в образце, N0.

Важным характеристическимсвойством радиоактивного изотопа является его период полураспада, t1/2, который является временем,необходимым для того, чтобы распалась половина радиоактивных атомов. Длякинетики первого порядка период полураспада не зависит от концентрации ивыражается как

/>     (4)

Поскольку период полураспада не зависит от количестварадиоактивных 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 изотопахобычно дается в рамках периода полураспада, потому что он обеспечивает болееинтуитивное чувство устойчивости изотопа. Знание, например, что константараспада для /> равна 0,0247 лет-1, не дает немедленного чувства, как быстро онраспадается. С другой стороны, знание того, что период полураспада для /> равен 28,1 года, проясняет,что концентрация /> в образцеостается 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, котораяпроизводит усиленный импульс электрического тока в датчике. Эти импульсысчитаются, давая скорость разложения. Обычно сталкиваются с тремя типамидатчиков: газо-ионизационныедатчики, сцинтилляционные счетчики и полупроводниковые датчики.

/>/>2.1.1. Газо-ионизационные датчики

Большинствогазо-ионизационных датчиков состоит из заполненной инертным газом, таким как Ar, камеры с таким приложеннымнапряжением, что центральный провод становится анодом, а стенка камеры –катодом (Рис. 1). Когда радиоактивные частицы входят в трубку, они ионизируютинертный газ, производя большое число Ar+/e- ионных пар. Движение электронов каноду, а Ar+ к катоду производит измеряемый электрический ток. Взависимости 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 инадежности счетчик Гейгера-Мюллера наиболее широко используется как портативныйисследовательский прибор. Он особенно чувствителен к b-частицам средней и высокой энергии(например, как от 32P) давая эффективность счета 20процентов. Счетчик ГМ также полезен в определении уровней излучения вблизисравнительно больших (например, по крайней мере, порядка мкКи) источников g- или рентгеновских лучей средней ивысокой энергии.

ДатчикГМ, однако, не особенно чувствителен к низкоэнергетическим b-частицам (например, от 35S и 14C), давая эффективность не более 5процентов, и при этом не очень чувствителен к низкоэнергетическим g- и рентгеновским лучам (например, от125I). Кроме того, ни ГМ, ни любой другойпортативный дозиметр не способен обнаружить низкоэнергетические b-частицы от 3H.

 />/>2.1.2. Сцинтилляционные счетчики

Действие сцинтилляционныхсчетчиков основано на том, что заряженная частица, пролетающая через вещество,вызывает не только ионизацию, но и возбуждение атомов. Возвращаясь в нормальноесостояние, атомы испускают видимый свет. Вещества, в которых заряженные частицывозбуждают заметную световую вспышку (сцинтиллицию), называют фосфóрами.Сцинтилляционный счетчик состоит из фосфора, от которого свет подается поспециальному светопроводу к фотоумножителю (Рис. 2). Импульсы, получающиеся навыходе фотоумножителя, подвергаются счету.

/>

Рисунок 2.Изображение сцинтилляционного счетчика

Твердые сцинтилляционныедатчики особенно полезны в качественном и количественном определениирадионуклидов, испускающих g- и рентгеновские лучи. Обычный g-счетчик использует большой (например, “2x2”) кристалл йодида натрия (NaI) в пределах хорошо защищенного свинца. Пузырек собразцом опускается непосредственно в пустую камеру в пределах кристалла длясчета. Такие системы чрезвычайно чувствительны, но не имеют разрешающейспособности большей, чем у недавно разработанных полупроводниковых счетчиков.Портативные твердые сцинтилляционные датчики также широко используются дляпроведения различных типов исследований излучения. В частности исследователи,работающие с радиойодом, используют тонкокристаллический (NaI) датчик, который способен определятьэмиссии от 125I с эффективностью, близкой к 20процентам (ГМ датчик менее одного процента эффективности для 125I).

Наиболееобычное средство количественного определения присутствия b-частиц, испускаемых радионуклидами,через использование жидкого сцинтилляционного счетчика. В этих системах образеци фосфор объединяются в растворителе в пределах считающей камеры. Затем камераопускается в отверстие между двумя фотоумножающими трубками для счета. Жидкийсцинтилляционный счетчик стал существенным инструментом исследований,включающих такие радионуклиды, как 3H и 14C.

/> 2.1.3. Полупроводниковые датчики

Полупроводниковыйдатчик представляет собой полупроводниковый диод, на который подаетсянапряжение такого знака, что основные носители тока оттягиваются от переходногослоя. Следовательно, в нормальном состоянии диод заперт. При прохождении черезпереходный слой быстрая заряженная частица порождает электроны и дырки, которыеотсасываются к электродам. В результате возникает электрический импульс,пропорциональный количеству порожденных частицей носителей тока.

/>/>2.1.4. Эффективность счета

Активная система определения излучения никогда не может видеть100 процентов распадов, происходящих в данном радиоактивном образце. Этосвязано с многочисленными факторами, среди которых и конкретная система счета,и специфичные радионуклиды в образце. Количество единичных импульсов в минуту(и/м), отображаемых счетчиком, следовательно, должно отличаться от скоростираспада (р/м) образца. Отношение скорости единичных импульсов (и/м) к скоростираспадов (р/м), выражаемое в процентах – эффективность системы счета.

/>  (5)

Эффективностиконкретной системы счета излучения для различных радионуклидов можно определятьчерез калибровку системы со стандартами этих же самых радионуклидов.

Посколькукаждая система счета будет регистрировать определенное число одиночныхимпульсов от окружающего излучения  и электронного шума в счетчике (именуетсяфоном инструмента), то более правильная формула:

/>        (6)

/>/>2.2.П р я м о й   а н а л и з

Концентрациядолгоживущего радиоактивного изотопа является по существу постоянной во времяпериода анализа. Активность образца может быть использована для вычислениячисло присутствующих радиоактивных частиц.

Пример. Активность в 10,00 мл образцерадиоактивной сточной воды, содержащей /> быланайденной 9,07´106распадов/с. Какова молярная концентрация /> вобразце? Период полураспада для /> равен28,1 года.

Решение. Подстановка уравнения (4) вуравнение (1) и решение для N дает

/>

Прежде, чем количество атомов /> можетбыть определено, необходимо выразить активность и период полураспада в тех жесамых единицах. Преобразование периода полураспада для /> к секундам дает t1/2 = 8,86´108 с. Подстановкаизвестных величин дает число атомов />

/>

Таким образом, концентрация в образце/> равна  />

Прямой анализкороткоживущих радиоактивных изотопов, используя метод, приведенный в примере,менее полезен, т. к. он обеспечивает только переходную меру концентрацииизотопа. Концентрация изотопа в конкретный момент может быть определенаизмерением его активности по прошествии времени, t, и использованием уравнения (3) для вычисления N0.

/>/>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

Открытие искусственнойрадиоактивности и пуск ядерных реакторов, позволивших получить радиоактивныеизотопы почти всех элементов периодической системы с удобными для исследованийпериодами полураспада, привели к широкому применению лучистой энергии атома внауке и технике вообще, в аналитической химии в частности. Возникла довольнообширная группа радиоаналитических методов, в которых свойство радиоактивностиатомов используется как средство информации об их качественном характере иколичественном содержании. Среди этих методов одно из важнейших мест занимаетметод радиометрического титрования – новое и перспективное направлениеинструментального анализа.

При радиометрическом титрованииза ходом аналитической реакции наблюдают по изменению радиоактивностикакого-либо компонента исследуемой системы, исчезающего (появляющегося) в ходереакции или после ее завершения. Таким компонентом может быть определяемый ион,действующий ион реактива, продукт реакции, а также один из продуктоввзаимодействия специального вещества, вводимого в анализируемый раствор, сизбытком реактива. Ввиду идентичности химических свойств активной и неактивнойформ элемента измеряемая радиоактивность пропорциональна количествуфиксируемого компонента на различных этапах титрования. В этом смысле кривыерадиометрического титрования совершенно аналогичны кривым амперометрического,спектрофотометрического, кондуктометрического и некоторых других титрований,объединяемых общим названием “линейные титрования”. Такой же характер имеют икривые β-отражательного титрования. Особняком стоят кривые титрования,основанного на поглощении радиоактивных излучений. Измеряемая в этом случаестепень ослабления потока радиоактивных частиц, прошедших через анализируемыйраствор, находится в экспоненциальной зависимости от концентрации поглощающихионов. />Точка эквивалентностипри радиометрическом титровании определяется, как и в случае другихфизико-химических титрований, на основе оценки кривых титрования, построенных вкоординатах измеренное свойство – расход реагента.

/>/>3.Масс-спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой

Масс-спектрометрия синдуктивно-связанной плазмой (ICP/MS, ИСП/МС) развилась в один из наиболееуспешных методов в атомной спектроскопии благодаря высокой чувствительности ивозможности выполнения многоэлементного анализа.

Масс-спектрометрия — это физический метод измерения отношениямассы заряженных частиц материи (ионов) к их заряду. Существенное отличиемасс-спектрометрии от других аналитических физико-химических методов состоит втом, что оптические, рентгеновские и некоторые другие методы детектируютизлучение или поглощение энергии молекулами или атомами, а масс-спектрометрияимеет дело с самими частицами вещества. Масс-спектрометрия измеряет их массы,вернее соотношение массы к заряду. Для этого используются законы движениязаряженных частиц материи в магнитном или электрическом поле. Масс-спектр — этопросто рассортировка заряженных частиц по их массам (точнее отношениям массы кзаряду). Следовательно, первое, что надо сделать для того, чтобы получитьмасс-спектр, превратить нейтральные молекулы и атомы, составляющие любоеорганическое или неорганическое вещество, в заряженные частицы — ионы. Этотпроцесс называется ионизацией.

Наиболее распространенныйспособ ионизации в так называемой индуктивно-связанной плазме.Индуктивно-связанная плазма (ИСП, ICP) образуется внутри горелки, в которойгорит, обычно, аргон. Аргон, вообще говоря, инертный негорючий газ, поэтому,чтобы заставить его гореть, в него закачивают энергию, помещая горелку виндукционную катушку. Когда в плазму аргоновой горелки попадают атомы имолекулы, они моментально превращаются в ионы. Для того чтобы ввести атомы имолекулы интересующего материала в плазму их обычно растворяют в воде ираспыляют в плазму в виде мельчайшей взвеси.

В индуктивно-связаннойплазме ионы генерируются при атмосферном давлении, в то время какмасс-спектрометр работает при давлении меньше чем 10-5 мБар. МеждуИСП и МС используется интерфейс в виде “узкого горла”, с помощью котороговытягиваются ионы из плазмы и осуществляется перепад давлений. В началеразвития ИСП/МС в качестве интерфейса просто использовалось вытянутое носикомотверстие диаметром всего 50-70 мкм, охлаждаемое водой. Проблема, связанная стакой конструкцией заключалась в том, что холодные пограничные слои впередиконуса способствовали генерации большого количества посторонних ионов. Этупроблему удалось преодолеть путем увеличения диаметра входного отверстия до 1мм, что отодвигало пограничные слои и ионы напрямую входили в масс-спектрометриз плазмы. Эта методика известна как непрерывный отбор образца и,следовательно, конус называется конус образца.

Поскольку поток газа черезэтот конус образца намного больше, чем было ранее при использовании отверстий сменьшим диаметром, давление следует понижать путем использованиядифференциальной вакуумной откачки в две или более стадий. По этой причине напути потока газа был установлен второй конус и пространство между этим конусоми конусом образца откачивается форвакуумным насосом с высокой скоростьюоткачки. Поскольку существует большой перепад давлений между источникоминдуктивно-связанной плазмы и первой стадией откачки, ионы засасываются в впространство интерфейса и ускоряются до сверхзвуковых скоростей.

Для того, чтобы избежатьтурбуленции на втором конусе, он выполняется с острыми краями для«срезания» (скимирования) ионов из сверхзвукового пучка и,следовательно, этот конус получил название «скимерный». Конструкция,состоящая из конуса образца и скимерного конуса с диаметрами около 1 ммполучила название «интерфейс (Рис. 3). Создание интерфейса означало прорывв ИСП/МС технологии, обеспечивший более эффективную экстракцию ионов, улучшивпропускание ионов, а, следовательно, чувствительность метода, и снизивспектральные интерференции более чем на порядок по величине. Тем не менее,спектральные интерференции все еще оставались одним из главных ограниченийметода элементного анализа.

/>/>/>

Рисунок 3.Упрощенная схема масс-спектрометра высокогоразрешения с индуктивно-связанной плазмой:
1 — ИСП источник ионов; 2 — интерфейс сконусом образца и скимерным конусом; 3 — передающая и фокусирующая оптика; 4 — фокусировка пучка ионов и ускорение; 5 — входная щель; 6 — электромагнит; 7 — электростатический сектор; 8 — выходная щель; 9 — конверсионный динод; 10 — электронный умножитель

Предел обнаружения методасоставляет 16 фг/г. Данный метод позволяет определять не только количественный,но и качественный состав изотопов, тем самым делая возможным определениепопадания изотопа в образце.

/>/>4.Определение отдельных радионуклидов/>/>4.1.Т р и т и й

 

Радиоактивный изотопводорода, получаемый искусственно облучением лития тепловыми нейтронами. Тритий- бесцветный газ, мягкий бета-излучатель, ядро состоит из одного протона и двухнейтронов. Максимальный пробег бета частиц трития в воздухе 0,7 мг/см2.Максимальная энергия частиц — 18 кэВ. Период полураспада – 12,33 года, удельнаяактивность — 96,20 Ки/г.

Содержание в природе. Тритий образуется в верхних слояхатмосферы в результате взаимодействия нейтронов вторичного космическогоизлучения с ядрами атомов азота; термоядерных реакций, осуществляемых наэнергетических комплексах и при ядерных испытаниях.

Годовая продукциякосмогенного трития — (5,55 – 11,1)×1010МБк.

Общее количество тритияна планете — (92,5-185,0)×1010 МБк.

Средний естественныйуровень трития в поверхностном слое воды океанов – 0,74×10-5 Бк/г.

Методы определения. Определения трития в объектах внешнейсреды основано на выделении водной фазы почвы, растительности и биосубстратов.Водную фазу, обогащенную тритием, очищают от продуктов деления с последующим определениемактивности трития на жидкостном сцинтилляционном счетчике.

/>/>4.2.К а л и й

 

Природный калий состоитиз трех изотопов, двух стабильных 39К (93,08%) и 41К(6,91%) и одного радиоактивного — 40К (0,01%). Период полураспада – 1,32×109 лет со среднейэнергией излучения частиц 523 кэВ. Известно 9 радиоактивных искусственныхизотопов с массовыми числами 37, 42-44.

Содержание в природе. 40К содержится в живых организмах исвоим излучением создает естественное (фоновое) облучение. Остальныерадиоактивные изотопы К в природе не встречаются. 42К используетсякак индикатор в аналитической химии, биологии, медицине.

Методы определения. В окружающей среде растительности,почве и молоке К определяют на фотометре со светофильтрами по резонанснымлиниям 766,5 – 769,9 нм. По данным измерения стандартных растворов строятграфик зависимости между показаниями прибора и концентрацией в растворе.

/>/>4.3.Ц е з и й

Природный цезий состоитиз одного стабильного изотопа 133Cs. Известны 23 радиоактивныхизотопа цезия с массовыми числами 123-132, 134-144. Наибольшее практическое значение имеет 137Cs. Периодполураспада 30,1 года, максимальная энергии b-частиц — 514 кэВ, g-квантов(моноэнергетичен) — 661 кэВ. В небольших количествах радиоактивные изотопы цезия содержатся практическиво всех объектах внешней среды.

Получение. Образуется при делении ядер атомовтяжелых элементов при ядерных реакциях на АЭС и при взрывах, а также при помощиускорителей заряженных частиц. Промышленное получение цезия осуществляютвыделением из смеси осколочных продуктов различными методами. В растворепродуктов деления урана двухгодичной давности содержание цезия 137 составляет4,85%, в растворе пятилетней давности — 15,2% суммарной активности. В свежих продуктах деления уранасодержится до 6% изотопов цезия.

Применяется в химическихи радиобиологических исследованиях, в g-дефектоскопии, в радиационной технологии 137Сs используют в качестве источника g-излучения.

Метод определения. В объектах внешней среды определениецезия 137 проводят путем g-спектрометрииили радиохимическими методами путем предварительного концентрирования споследующим осаждением на носителях.

/>/>4.4.С т р о н ц и й

Природный стронцийсостоит из смеси стабильных изотопов: 84Sr (0,56%), 86Sr(9,86%), 87Sr (7,02%), 88Sr (82,56%). Известнырадиоактивные изотопы с массовыми числами 77-83, 85, 89-99. Наибольший токсикологический интерес представляет 90Sr спериодом полураспада 28,1 года. Чистый b-излучатель, средняя энергия бета частиц — 196 кэВ.

Содержание в природе. 90Sr как аналог кальцияактивно участвует в обмене веществ растений и животных. Из стратосферы стронцийв виде глобальных выпадений попадает на почву, в растения стронций можетпоступать непосредственно при прямом загрязнении листьев из почвы через корни.Относительно большое количество радионуклидов накапливают бобовые и злаки.

Образуется при делении 235U в ядерно-энергетических установках ипри взрывах. Благодаря медленному распаду относительное содержание 90Srв смеси продуктов деления урана постепенно увеличивается: через 3 месяца надолю стронция приходится около 13% суммарной активности, через 15-20 лет — 25%.

Антропогенныеисточники поступления в окружающую среду. Стронций, образующийся в ядерных реакторах, можетпоступать в теплоноситель. При очистке теплоносителя — в газообразные и жидкие отходы. Врезультате крупных ядерных испытаний и аварий на АЭС.

Методы определения. Радиоактивный стронций определяют подочернему иттрию, который осаждается в виде оксалатов (при загрязнениирадионуклидом менее одного года) и другими методами с последующим определениемактивности на низкофоновых установках.

/>/>4.5.Ц е р и й

Природные изотопы 136Се(0,195%), 138Се (0,265%), 140Се (88,45%), 142Се(11,10%). Известны искусственные радиоактивные изотопы с массовыми числами 129-135, 137, 139, 141, 134-148. Радиоактивные изотопы церияполучают в ядерном реакторе при делении ядер атомов тяжелых элементов или приядерных взрывах. Содержание изотопов церия в неразделенной смеси продуктовделения составляют 6 %. Интерес представляет 144Се, применяемый вмедицине, период полураспада 284,3 суток, чистый b-излучатель. Энергия излучения b-частиц — 91 кэВ.

Методы определения. Определение содержания 144Сев объектах окружающей среды проводят по g-, b-излучениюна b-g-радиометрах или спектрометре. При радиохимическомопределении в объектах внешней среды 141Се и 144Сеосновано на групповом осаждении изотопов редкоземельных элементов с носителемлантаном в виде оксалатов и гидрооксидов с последующим разделением.

/>/>4.6.П л у т о н и й

Характеристика изотопов. Стабильных изотопов не обнаружено.Известны радиоактивные изотопы с массовыми числами 232-246. Практическое значение имеют 238Pu и 239Pu. 239Pu — период полураспада 24360 лет, испускает a-частицы с энергией 5,15 мэВ.

Содержание в природе. 239Pu в природе образуется в урановыхрудах в результате действие нейтронов на 238U; его содержание в рудах колеблется от 0,4 до 15 частейэлемента на 1×1012частей урана. Изотопы плутония получают в урановых реакторах. Также образуетсяпри испытаниях ядерного оружия. Антропогенными источниками поступления вокружающую среду, являются испытания ядерного оружия, некоторые этапы ядерноготопливного цикла, аварии на атомных электростанциях, связанные сразгерметизацией ядерных систем. Производство и переработка ядерного топлива,захоронение радиоактивных отходов также является источником поступленияплутония в окружающую среду.

Авария на ЧернобыльскойАЭС в 1986 году привела к загрязнению плутонием наряду с другими радионуклидамизначительных территорий.

Методы определения. В окружающей среде дляколичественного определения плутония используют кулонометрический(чувствительность 5×10-9 г/мл), люминесцентный (5×10-9 г/мл), радиометрические с адсорбцией на сцинтиллятореили после предварительного концентрирования 239Pu до содержания 1,9 Бк/л и другиеметоды.

/>/>4.7.У г л е р о д

Природный углерод состоитиз смеси двух стабильных изотопов 12C (98,0992%) и 13С(1,108%). Известно 6 радиоактивных изотопов с массовыми числами 9-11 и 14-16. Наибольшее значение с точки зрения радиационнойопасности представляет долгоживущий изотоп 14С, количество которогов природной смеси изотопов углерода составляет 1×10-10 %. Максимальный пробег b-частиц в веществе очень мал — 31мг/см2. Максимальнаяэнергия b-частиц составляет 155 кэВ. Получаютпри облучении 14N нейтронами.

Антропогенные источникипоступления 14С в окружающую среду в основном — выбросы и сточные воды АЭС. Выбросизотопа 14С из реакторов с графитовым замедлителем оценивается в 100ГБк/МВт×год, из реакторов типа РБМК, ВВЭР идр. — 220-370 МБк/МВт×год. 14С является также одним из компонентов порегенерации ядерного топлива. В отработавших ТВЭЛах содержится до 75% 14C,образовавшегося в результате нейтронной активации примесей топлива итеплоносителя.

При попадании вокружающую среду 14С участвует в фотосинтезе, накапливается врастениях, хорошо мигрирует по пищевым цепочкам. 10% 14С изатмосферы поглощается наземными биоценозами. Остальные 90% 14Cфиксируются морскими организмами, в основном фитопланктоном.

Методы определения. Определение содержания 14Св объектах окружающей среды основано на превращении исходного органическоговещества в бензол, являющегося растворителем жидкой сцинтилляционной системы.Измерение активности 14С проводится на жидкостном сцинтилляционномсчетчике.

/>/>4.8.Й о д

Природный изотоп йода — 127I. Известнырадиоактивные изотопы с массовыми числами 115-126, 128-141. С точки зрения радиационной опасности интереспредставляет 131I, 132I, 133I, 129I.

Содержание в природе. 129I, 131I, 132I, 133I образуется в реакциях деления уранаи плутония с выходом соответственно 0,8, 3,1, 4,7, 6,9%.

Применение. 131I и 125I применяется в физической химии,биологии, медицине.

Антропогеннымиисточниками поступления в окружающую среду радиоактивного йода являются ядерные взрывы и атомныеэлектростанции. Йод характеризуется высокой миграционной способностью. Поступаяво внешнюю среду, он включается в биологические цепи миграции, становитсяисточником внешнего и внутреннего облучения.

Методы определения. В объектах внешней среды наличиейода определяют по данным радиометрических и спектрометрических исследований.При использовании радиохимических методов, йод переводится в состояние споследующей экстракцией и выделением йодистого серебра.

 

/>/>СПИСОКИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВВредные химические вещества. Радиоактивные вещества / Под ред. В.А. Филова и др. — Л.: Химия, 1990. Марьянов Б. М. Радиометрическое титрование. — М.: Атомиздат, 1971. — 168 с. Савельев И. В. Курс физики: В 5 кн. Кн. 5. Квантовая оптика. -М.: Астрель, АСТ, 2003. Современные методы разделения и определения радиоактивных элементов. — М.: Наука, 1989. — 312 с. Harvey D. Modern analytical chemistry. McGraw-Hill, 2000. — 816 p. Moens L., Jakubowski N. Double-Focusing Mass Spectrometers in ICP-MS // Analytical News & Features. -1998. Radiation safety training guide for radionuclide users. — 1996. – 38 p.