Учебная работа. Радиоактивность и анализ веществ

Учебная работа. Радиоактивность и анализ веществ

ТЕМА

РАДИОАКТИВНОСТЬ И анализ ВЕЩЕСТВ

Содержание

1. Радиохимический анализ

1.1 Анализ естественных радиоактивных веществ

1.2 Анализ искусственных радиоактивных веществ

2. Радиоиндикаторные способы анализа

3. Активационный анализ

4. Способы анализа, основанные на содействии излучения с субстанциями

4.1 способ анализа, основанный на упругом рассеянии заряженных частиц

4.2 способ анализа, основанный на поглощении и рассеянии P-частиц

4.3 способ анализа, основанный на поглощении и рассеянии ?-излучения

1. РАДИОХИМИЧЕСКИЙ анализ

Открытие радиоактивности отдало толчок к возникновению и развитию новейших направлений исследовательских работ. Само же явление отыскало применение как в индустрии, так и в науке. А именно, в аналитической химии (науке, которая занимается определением высококачественного и количественного состава вещества) явление радиоактивности применяется для анализа состава и количества веществ. Оказалось, что нрав испускаемого излучения является так личным для всякого атома, что его можно употреблять для идентификации частей. Создано огромное количество способов, позволяющих провести анализ хоть какого элемента и почти всех соединений. Есть способы, которые разрешают проводить определение не только лишь в лаборатории, да и в полевых критериях, к примеру активационный анализ, который применяется для разведывания месторождений нужных ископаемых. В базе радиохимического анализа лежит внедрение ядерных параметров радионуклидов. С его помощью можно проанализировать радионуклиды, встречающиеся в природе (анализ естественных радиоактивных веществ) и изучить природные материалы (почву, воздух, руду и т. д.) на наличие в их радиоактивных изотопов. Не считая того, способ радиохимического анализа дозволяет учить системы искусственных радионуклидов: обнаруживать и идентифицировать радионуклиды, определять продукты распада и ядерного синтеза трансурановых частей и т. д.

1.1. анализ естественных радиоактивных веществ

Анализируя природные радиоактивные вещества, обычно в их определяют наличие уже известного радионуклида и его количество. Определение обычно проводят относительным способом, т. е. исследуемый эталон сравнивается со обычным, в каком количество определяемого радионуклида буквально установлено. Естественные радионуклиды определяют методом измерения их активности. В особенности обширно этот метод применяется для определения естественных радиоактивных частей, содержащих радионуклиды с маленьким периодом полураспада, которые встречаются в ничтожно малых количествах. Никаким иным методом их найти недозволено. Для долгоживущих радионуклидов измерение их радиоактивности является не весьма действенным, так как не дает высочайшей точности результатов. Скопленная на нынешний денек информация о нраве радиоактивности природных веществ дозволяет избрать более действенные методики их анализа. Такие природные материалы, как руды (кроме урановых), горные породы и минералы, как правило, владеют слабенькой радиоактивностью. Измерение их активности дозволяет найти следы радия либо тория, которые находятся или в состоянии, близком к равновесию с продуктами распада, или опосля заслуги такового равновесия. количество радиоактивных компонент обычно невелико, потому нередко прибегают к их выделению и концентрированию. Предва- рительно эталон переводят в раствор. Естественная радиоактивность воздуха обуславливается наличием в нем радона, торона либо актинона и их активными осадками, которые образуют радиоактивные аэрозоли. Необходимо подчеркнуть, что над поверхностью океанов концентрация радионуклидов существенно меньше, чем в воздухе над материками, к примеру, концентрация радона над материками имеет порядок 10-6 Бк/см3, а над океанами 10-8 Бк/см3. Радиоактивность почвенного воздуха существенно выше, чем радиоактивность воздуха вольной атмосферы (10-3 Бк/см3), а более велика радиоактивность воздуха шахт, в особенности если там добывают урановую руду.

Природная вода может содержать до 0,5 кБк/л радия идо 30 мкг урана. В области урановых месторождений концентрации радионуклидов существенно выше: до 0,8 кБк/л радия и до 90 мг урана.

1.2. анализ искусственных радиоактивных веществ

Анализ искусственных радиоактивных веществ (т. е. тех, которые появились в итоге ядерных реакций, товаров реакций деления и ядерного синтеза трансурановых частей) еще труднее, чем анализ естественных радиоактивных материалов. Дело в том, что, анализируя природные вещества, почаще всего приходится определять количество заблаговременно известного радионуклида. В отличие от этого, эталоны искусственных радиоактивных веществ обычно состоят из радионуклидов различных видов (как узнаваемых, так и неведомых; и их нужно добавочно идентифицировать. Потому высококачественный анализ искусственных радиоактивных веществ включает два шага:

1) обнаружение излучения и описание его параметров;

2) определение радионуклида, которому принадлежит обнаруженное излучение. Вид излучения радионуклида определяется в процессе исследования его прохождения через воздух и остальные материалы.

Энергию излучения определяют, измеряя пробег либо величину слоя поглощения в веществе, через которое проходит излучение. Не считая того, для идентификации радионуклида употребляется период полураспада. Если необходимо распознать неведомый радионуклид, то сначала устанавливают свойства наблюдаемого излучения (его вид, энергию, период полураспада). Целью определения является определение заряда Z и атомной массы А радионуклида Установив эти свойства, может быть узнать, какому конкретно хим элементу соответствует наблюдаемая активность. Это делается последующим образом: из всех частей отбирается тот, который хотя бы аква хим реакции проявляет аналогичную активность. Его именуют носителем.

2. РАДИОИНДИКАТОРНЫЕ способы АНАЛИЗА

Радиоиндикаторные способы употребляются для того, чтоб изучить высококачественный состав системы в процессе реакции. В анализируемую систему (т. е. ту, которая содержит определяемый элемент либо соединение) вводится меченое соединение (радионуклид либо неизотопный радиоактивный реагент), опосля что измеряется удельная активность системы и устанавливается изменение удельной активности, также изменение изотопного состава и др. свойства системы.

Способ меченых атомов

В базе способа меченых атомов лежит тот факт, что хим характеристики радиоактивных и нерадиоактивных изотопов схожи Эго значит, что в хим реакциях из начальных веществ в продукты будут перебегать равные части обоих типов изотопов. Но это можно употреблять на практике лишь в том случае, если радиоактивный и размеренный изотопы находятся в состоянии безупречного однородного распределения в хим системе, при этом на протяжениивсех исследуемых действий однородность распределения (изотопный состав) не меняется. Тогда можно проследить, во-1-х, как изменяется концентрация исследуемого соединения в процессе реакции, а во-2-х — на каких шагах протекания реакции с ним начинают происходить конфигурации. Высококачественное исследование меченого элемента либо его соединения проводят, обнаруживая радиоактивность, а количественное замеряя величину радиоактивности.

Из большущего огромного количества радионуклидов, узнаваемых на нынешний денек, лишь некие из их можно употреблять в качестве индикаторов. При всем этом во внимание принимаются как физические и хим характеристики радионуклида, так и экономические свойства (доступность, дешевизна).

Главные характеристики, которые принимают во внимание при выбирании индикатора:

— период полураспада;

— вид и энергия излучения;

— доступность радионуклида;

— хим и радиоактивная чистота:

— хим форма.

Период полураспада радионуклида, который собираются употреблять в качестве индикатора, не должен быть очень небольшим. Если длительность опыта превосходит период полураспада в 10 и наиболее раз, то таковой радионуклид употреблять в продолжительном опыте недозволено. Непригодны для радиоиндикаторного способа и долгоживущие радионуклиды, т. к. почти всегда они испускают излучение с низкой энергией. Более пригодными являются радионуклиды с периодом полураспада от нескольких часов до нескольких месяцев.

Вид излучения радионуклида имеет не наименьшее очень малый пробег, а излучение — очень огромную проникающую способность, что делает работу с ним опасной. Потому более обширно используют радионуклиды, испускающие Р-излучение. При работе с ними просто обеспечить сохранность человека. Не считая того, существует огромное количество устройств, позволяющих измерить активность р-излучения. Более эффективны радионуклиды, испускающие коротковолнокое Р-излучение с энергией Е > 0,3 МЭВ. Для длинноволнового р-излучения используются особые счетчики. Радионуклиды, применяемые в качестве индикаторов, должны быть доступны в изготовлении. Сначала это радионуклиды, которые получают в атомном реакторе.

Хим форма и степень чистки вещества также влияют на то, как доступен будет радиоиндикатэр, в том числе и по цены.

Хим и радиохимическая чистоте радиоиндикатора обязана быть весьма высочайшей, т. е. вещество обязано иметь минимум сторонних хим частей либо соединений, испускающих излучение. Если нет способности обеспечить отсутствие сторонних радиоактивных веществ и частей, то необходимо, чтоб эти загрязнения были известны и их воздействие можно было бы оценить и учитывать. Если же распознать радиоактивное загрязнение недозволено, то радиоиндикаторный способ даст неверный итог.

Хим форма радиоактивного индикатора и определяемого вещества обязана быть схожа, т. е. индикатор и исследуемое вещество обязаны иметь однообразный количественный и высококачественный состав молекулы (хим формулу). Это в особенности принципиально для частей, которые могут находиться в нескольких степенях окисления и создавать несколько различных соединений с одним и этим же элементом.

3. АКТИВАЦИОННЫЙ анализ

Активационный анализ является способом, который более обширно употребляется для обнаружения и идентификации хим частей. В первый раз он был использован в 1936 г, когда Хевеши и Леви при помощи активации нейтронами обусловили следы диспрозия (Dy) и иттрии (Y).

Суть способа состоит в том, что исследуемый (нерадиоактивный) эталон подвергается облучению, а потом, замеряя активность приобретенного радионуклида, устанавливают его количество, соответственное количеству исследуемого вещества. Облучение проводится потоком бомбардирующих частиц, почаще всего — нейтронов, хотя время от времени активация проводится заряженными частичками либо ?-квантами. Если эталон бомбардируется нейтронами, то способ носит заглавие нейтронно актиоационного анализа. Остальные методы активации не имеют отдельных заглавий и употребляются лишь в особых вариантах, когда исследуемый элемент но активизируется нейтронами либо активизируется со очень малым выходом.

Активность, а означает, и количество радионуклида, образующегося в итоге ядерной реакции при активации эталона, прямо пропорциональны массе определяемого элемента в образчике. Как следует, по измеренной интенсивности излучения данного радионуклида в образчике можно установить колитгетво исследуемого вещества, подвергнутого активизации.

Обычно при облучении эталона возникает смесь радиоактивных изотопов разных остальных частей, не считая определяемого. Их необходимо поделить таковым образом, чтоб радиоизотоп исследуемого вещества не имел примесей. Для радиохимического разделения компонент облученный эталон переводят в раствор.

Не считая количественного анализа эталона, активационный анализ дозволяет проводить и высококачественные исследования, т. е. идентифицировать образовавшиеся радионуклиды. Это можно создать, делая упор на три ядерно-физические свойства: тип испускаемого излучения, период полураспада и энергия испускаемого излучения. Некие трудности возникают, когда необходимо провести определение состава сложных консистенций. В этом случае смесь поначалу делят на составляющие, а потом идентифицируют любой из их в отдельности.

радиоактивный вещество радиоиндикаторный анализ

4. МЕТОДЫ АНАЛИЗА, ОСНОВАННЫЕ НА ВЗАИМОДЕЙСТВИИ ИЗЛУЧЕНИЯ С ВЕЩЕСТВОМ

Провести анализ нерадиоактивного вещества можно без его активации. Нередко употребляются реакции взаимодействия ядерного и рентгеновского излучений с веществом, которое их поглощает либо рассеивает, но активация исследуемого вещества не происходит. В базе способов, базирующихся на этом явлении, лежат последующие принципы:

— упругое рассеяние ?-частиц;

-поглощение и рассеяние ?-частиц и ?-квантов;

-возникновение рентгеновского характеристического излучения;

-поглощение и замедление нейтронов и др.

4.1 способ анализа, основанный на упругом рассеянии заряженных частиц

Томные заряженные частички (24Не (?-частицы), 73Li) проходят через анализируемую среду, взаимодействуя с атомами вещества. При всем этом более необходимыми видами взаимодействия являются упругое рассеяние на ядрах определяемого элемента, ионизация (обрыв электрона,) и возбуждение атомов определяемого элемента, также торможение заряженных частиц. Но упругое рассеяние происходит почаще всего. нужно сказать, что возникает оно в итоге кулоновского взаимодействия ядра и заряженной частички.

Рассматриваемый способ анализа основан на том, что кинетическая энергия падающей частички не равна кинетической энергии рассеянной частички. Для идентификации вещества употребляют отношение кинетической энергии частички Е опосля упругого соударения к ее начальной энергии Ео. В итоге получают диапазон, размещение пиков на котором является персональной чертой вещества. По величине пиков судят о количестве исследуемого вещества (чем пик выше, тем больше концентрация). Приобретенные пики ассоциируют со обычными пиками узнаваемых веществ.

Опосля идентификации вещества устанавливают его концентрацию, сравнивая высоту экспериментального пика с пиком такого же вещества известной концентрации.

4.2 способ анализа, основанный на поглощении и рассеянии ?-частиц

Проходя через анализируемое вещество, ?-частииы вступают в реакции взаимодействия как на атомных ядрах, так и в электрических оболочках атомов. При всем этом энергия ?-частиц миниатюризируется, а направление их движения меняется, т. е. происходит рассеяние.

Утрата энергии ?-частиц происходит вследствие неупругих соударений с ядрами атомов и электронами. При всем этом ?-частица будет постоянно отклоняться от начального направления движения на угол, который зависит от начальной энергиичастицы, и от энергии, потерянной ею при содействии

При упругом рассеянии ?-частица изменяет направление движения, но полная энергия системы не изменяется. Угол, на который отклоняется частичка, зависит от ее скорости и от массового числа элемента. Масса ?-частицы и атомного ядра весьма различаются, потому частичка отклоняется очень, в особенности если ? излучение имеет низкую энергию. Не считая того,отклонение на большенный угол возникает тогда и, когда ? частичка пролетает поблизости ядра. Но почаще всего ? частички движутся на большенном расстоянии от ядра и отклоняются на наименьшие углы. анализ по ?-поглощению основан па том, что поглощение ?-излучения зависит от дела заряда к массовому числу исследуемого элемента (Z/A) Обычно это отношение колеблется в границах от 0,4 до 0,5, но исключение составляет водород (Z/A=1),потому его всасывающая способность в два раза больше, чем у других частей, т е если в анализируемом веществе вкупе с водородом находится еще какой-либо один элемент, то, измеряя поглощение ?-излучения в анализируемом образчике, можно найти его с высочайшей точностью.

иной метод использования анализа по поглощению (?-излучения основан на том, что с конфигурацией хим состава вещества меняется его плотность. В случае двухкомпонентной системы можно, измеряя поглощение, определять концентрации смесей и составы консистенций (т. е. производить количественный анализ). Но это может быть лишь в случае абсолютного отсутствия примесей в исследуемой системе.

В способе ?-рассеяния определяют интенсивность ?-излучения, растерянного анализируемым прототипом. Эта интенсивность является персональной чертой элемента.

4.3 способ анализа, основанный на поглощении и рассеянии ? излучения

При содействии ?-квантов, энергия которых мала, с субстанциями огромную роль играет фотоэлектрический эффект (фотоэффект). Это явление заключается в том, что фактически вся энергия ?-кванта передается одному из электронов атома, который из-за излишка энергии отрывается от атома. Испускаемый электрон приобретает кинетическую энергию, равную разности энергии начального ?-кванта и энергия электрона в атоме.

Опосля высвобождения электрона происходит секундное наполнение электрического уровня, сопровождавшееся характеристическим рентгеновским излучением. Энергия этого излучения нередко сходу же передается более слабо связанному внешнему электрону, который вылетает из этома. Такие электроны именуются электронами Оже. Фотоэлектроны теряют свою энергию в тех же действиях, что и ?-излучение.

анализ по поглощению ?-квантов основан на изменении плотности потока ?- либо рентгеновского излучения при прохождении через вещество. Степень поглощения фотонного излучения является главный чертой вещества в этом способе.

способы анализа, основанные на рассеянии ?-излучения, употребляются в тех вариантах, когда к исследуемому эталону нет доступа с 2-ух сторон. В базе способа лежит тот факт, что интенсивность растерянного ?-излучения зависит от энергии падающего излучения, атомного номера определяемого элемента, толщины эталона и схемы исследования. При возрастании заряда определяемого элемента в анализируемом образчике возрастает плотность потока растерянного ?-излучения.

]]>