Учебная работа. Радиоактивность. Типы радиоактивного распада

Учебная работа. Радиоактивность. Типы радиоактивного распада

Содержание

Введение

1. Радиоактивность

1.1 Типы радиоактивного распада и радиоактивного излучения

1.2 законрадиоактивного распада

2. Методики анализа, основанные на измерении радиоактивности

2.1 Внедрение естественной радиоактивности в анализе

2.2 Активационный анализ

2.3 Способ изотропного разбавления

2.4 Радиометрическое титрование

3. Практическое внедрение радионуклидов

4. Перечень использованных источников

ВВЕДЕНИЕ

Радиоактивный анализ открыл в конце XIX столетия (в 1895 г.) германский физик Вильгельм Конрад Рентген невидимые лучи способные беспрепятственно проходить через твёрдые тела и вызывать почернение фотоплёнки. Рентген именовал их X-лучами (сейчас они именуются рентгеновскими).

Самопроизвольное испускание атомами излучения получило заглавие радиоактивности. Его открыл французский физик Антуан Анри Беккерель.

Новеньким явлением заинтересовались работавшие во Франции Пьер Кюри (1859-1906) и его жена Мария Склодовская-Кюри (1867-1934), которая и ввела термин “радиоактивность”. Исследователи установили, что мощной радиоактивностью владеют присутствующие в урановой руде в весьма малых концентрациях два новейших хим элемента — полоний Ро (он открыт ими в июле 1898г.) и радий Ra (открыт в декабре такого же года).

Заслуги Беккереля и супругов Кюри были отмечены присуждением им Нобелевских премий.

Радиоактивный анализ — это физический способ анализа, который появился и развился опосля открытия атомной энергии и сотворения ядерных реакторов.

Он основан на измерении радиоактивного излучения частей. анализ по радиоактивности был известен и ранее. Так, измеряя естественную радиоактивность урановых руд, определяли содержание в их урана. Аналогичный способ известен для определения калия по радиоактивному изотопу этого элемента. Активационный анализ различается от этих способов тем, что в нём определяют интенсивность излучения радиоизотопов частей, образовавшихся вследствие бомбардировки анализируемой пробы потоком простых частиц. При таковой бомбардировке происходят ядерные реакции и образуются радиоактивные изотопы частей, входящих в состав анализируемой пробы.

1. Радиоактивность

1.1 Типы радиоактивного распада и радиоактивного излучения

Открытие радиоактивности относится к 1896г., когда А. Беккерель нашел, что уран самопроизвольно испускает излучение, нареченное им радиоактивным (от. radio — излучаю и activas — действующий).

Радиоактивное излучение возникает при самопроизвольном распаде атомного ядра. Понятно несколько типов радиоактивного распада и радиоактивного излучения.

1) б-Распад. Распад ядра с выделением б-частиц, которые являются ядрами He2+. к примеру,

Ra > Rn + He ; U > Th + б (He)

В согласовании с законом радиоактивного смещения, при б-распаде выходит атом, порядковый номер которого на две единицы, а атомная масса на четыре единицы меньше, чем у начального атома.

2) в-Распад. Различают несколько видов в-распада: электрическом в-распаде, к примеру,

Sn > Y + в; P > S + в

Нейтрон снутри ядра преобразуется в протон. При испускании негативно заряженной в-частицы порядковый номер элемента растет на единицу, а атомная масса фактически не изменяется.

При позитронном в-распаде из атомного ядра выделяется позитрон (в-частица), а позже снутри ядра преобразуется в нейтрон. к примеру:

Na > Ne + в

Длительность жизни позитрона невелика, потому что при столкновении его с электроном происходит аннигиляция, сопровождающаяся испусканием г-квантов.

3) При К-захвате ядро атома захватывает электрон из близкорасположенной электрической оболочки (из К-оболочки) и один из протонов ядра преобразуется в нейтрон. к примеру,

Cu>Ni+n K + e= Ar + hv

На свободное пространство в К-оболочке перебегает один из электронов наружной оболочки, что сопровождается испусканием жёсткого рентгеновского излучения.

Спонтанное деление. Оно типично для частей повторяющейся системы Д. И. Менделеева с Z>90. При спонтанном делении тяжёлые атомы делятся на осколки, которыми обычно являются элементы середины таблицы Л. И. Менделеева. Спонтанное деление и б-распад ограничивают получение новейших трансурановых частей.

Поток б и в-частиц именуют соответственно б и в-излучением. Не считая того, понятно г-излучение. Это электромагнитные колебания с весьма недлинной длиной волны. В принципе, г-излучение близко к жёсткому рентгеновскому и различается от него своим внутриядерным происхождением. Рентгеновское излучение при переходах в электрической оболочке атома, а г-излучение испускает возбуждённые атомы, получившиеся в итоге радиоактивного распада (б и в).

В итоге радиоактивного распада получаются элементы, которые по заряду ядер (порядковому номеру) должны быть помещены в уже занятые клеточки повторяющейся системы элементами с таковым же порядковым номером, но иной атомной массой. Это так именуемые изотопы. По хим свойствам их принято считать неразличимыми, потому смесь изотопов обычно рассматривается как один элемент. Неизменность изотопного состава в подавляющем большинстве хим реакций время от времени именуют законом всепостоянства изотопного состава. к примеру, калий в природных соединениях представляет собой смесь изотопов, на 93,259% из 39 К, на 6,729% из 41 К и на 0,0119% из 40 К (К-захват и в-распад). Кальций насчитывает 6 размеренных изотопов с массовыми числами 40, 42,43,44,46 и 48. В химико-аналитических и весьма почти всех остальных реакциях это соотношение сохраняется фактически постоянным, потому для разделения изотопов хим реакции обычно не используются. Почаще всего для данной цели употребляются разные физические процессы — диффузия, дистилляция либо электролиз.

Единицей активности изотопа является беккерель (Бк), равный активности нуклида в радиоактивном источнике, в каком за время 1с происходит один акт распада.

1.2 Закон радиоактивного распада

Скорость радиоактивного распада — пропорциональна числу имеющихся ядер N:

где л — неизменная распада.

-lnN = лt + const,

Если t = 0, то N = N0 и, как следует, const = -lg N0 . совсем

N = N0 e-лt (1)

либо

A = A0e-лt (2)

где А — активность в момент времени t; А0 — активность при t = 0.

Уравнения (1) и (2) охарактеризовывают законрадиоактивного распада. В кинетике они известны как уравнения реакции первого порядка. В качестве свойства скорости радиоактивного распада обычно указывают период полураспада T1/2, который так же, как и л, является базовой чертой процесса, не зависящей от количества вещества.

Периодом полураспада именуют просвет времени, в течение которого данное количество радиоактивного вещества миниатюризируется наполовину.

Период полураспада разных изотопов значительно различен. Он находится приблизительно от 1010 лет до жалких толикой секунды. Естественно, вещества, имеющие период полураспада 10 — 15 мин. и меньше, употреблять в лаборатории тяжело. Изотопы с весьма огромным периодом полураспада также нежелательны в лаборатории, потому что при случайном загрязнении этими субстанциями окружающих предметов будет нужно особая работа по дезактивации помещения и устройств.

2. Методики анализа, основанные на измерении радиоактивности

2.1 Внедрение естественной радиоактивности в анализе

Элементы, имеющие естественную радиоактивность, могут быть определены по этому свойству количественно. Это U, Th, Ra, Ac и др., всего наиболее 20 частей. к примеру, калий можно найти по его радиоактивности в растворе при концентрации 0,05 М. Определение разных частей по их радиоактивности обычно проводят при помощи градуировочного графика, показывающего зависимость активности от содержания (%) определяемого элемента либо способом добавок.

Огромное к примеру при разведке месторождений урана.

2.2 Активационный анализ

При облучении нейтронами, протонами и иными частичками высочайшей энергии почти все нерадиоактивные элементы стают радиоактивными. Активационный анализ основан на измерении данной радиоактивности. Хотя в принципе для облучения могут быть применены любые частички, наибольшее практическое случае нейтронов. Главными источниками нейтронов для проведения активационного анализа являются ядерный реактор и так именуемые портативные источники (радиевобериллиевый и др.). В крайнем случае б-частицы, получившиеся при распаде какого-нибудь б-активного элемента (Ra, Rn, и т. д.), ведут взаимодействие с ядрами бериллия, выделяя нейтроны:

9Be + 4He >12C + n

Нейтроны вступают в ядерную реакцию с компонентами анализируемой пробы,

к примеру

55Mn + n = 56Mn либо Mn (n,г) 56Mn

Радиоактивный 56Mn распадается с периодом полураспада 2,6 ч:

55Mn > 56Fe + e-

Для получения инфы о составе эталона некое время определяют его радиоактивность и анализируют полученную кривую. При проведении такового анализа нужно располагать надёжными данными о периодах полураспада разных изотопов, с тем чтоб провести расшифровку суммарной кривой.

Иным вариантом активационного анализа является способ г-спектроскопии, основанный на измерении диапазона г-излучения эталона. Энергия г-излучения является высококачественной, а скорость счёта — количественной чертой изотопа. Измерения создают при помощи многоканальных г-спектрометров со сцинтилляционными либо полупроводниковыми счётчиками. Это существенно наиболее резвый и специфичный, хотя и несколько наименее чувствительный способ анализа, чем радиохимический.

Принципиальным достоинством активационного анализа является его маленький предел обнаружения. С его помощью быть может найдено при подходящих критериях до 10-13 — 10-15 г вещества. В неких особых вариантах удавалось добиться ещё наиболее низких пределов обнаружения. К примеру, с его помощью контролируют чистоту кремния и германия в индустрии полупроводников, обнаруживая содержание примесей до 10-8 — 10-9 %. Такие содержания никаким остальным способом, не считая активационного анализа найти нереально. При получении тяжёлых частей повторяющейся системы, таковых, как менделевий и курчатовий, исследователям удавалось считать практически любой атом приобретенного элемента.

Главным недочетом активационного анализа является громоздкость источника нейтронов, также часто продолжительность самого процесса получения результатов.

2.3 способ изотропного разбавления

радиоактивный распад излучение анализ

Способ изотопного разбавления целенаправлено использовать для количественного определения близких по свойствам компонент тяжело разделяемых консистенций В этом способе нужно выделять не всё определяемое вещество, а только часть его в может быть наиболее чистом состоянии. способ изотопного разбавления открывает новейшие способности в анализе сложных консистенций и частей, близких по своим химико-аналитическим свойствам. к примеру, при анализе консистенций цирконий — гафний либо ниобий — тантал можно получить незапятнанный осадок 1-го из компонент, но осаждение не будет полным. Если достигнуть полного осаждения, то приобретенный осадок будет загрязнен элементом-аналогом. В способе изотопного разбавления проводят неполное осаждение и, используя измерения активности, находят содержание анализируемого элемента с достаточной точностью. Аналогичный приём употребляется также при анализе разных консистенций органических веществ.

2.4 Радиометрическое титрование

При радиометрическом титровании индикатором являются радиоактивные изотопы частей. к примеру, при титровании фосфата магнием в анализируемый раствор вводят маленькое количество фосфата, содержащего радиоактивный P*.

Реакции радиометрического титрования должны удовлетворять требованиям, обычно предъявляемым к реакциям титриметрического анализа (скорость и полнота протекания реакции, всепостоянство состава продукта реакции и т. д.). Естественным условием применимости реакции в данном способе является также переход продукта реакции из анализируемого раствора в другую фазу, с тем чтоб убрать помехи при определении активности раствора. Данной 2-ой фазой нередко является образующийся осадок. Известны методики, где продукт реакции экстрагируется органическим растворителем. к примеру, при титровании почти всех катионов дитизоном в качестве экстрагента используют хлороформ либо тетрахлорид углерода. Применение экстрагента дозволяет наиболее буквально установить точку эквивалентности, потому что в этом случае её определения можно определять активность обеих фаз.

3. Практическое внедрение радионуклидов

В наши деньки радионуклиды известны у большинства хим частей. Они имеют много самых различных применений, в особенности в химии и биохимии. Дело в том, что хим момент распада “отправляют сигнал” о своём присутствии. Учёные разработали аппаратуру, позволяющую надёжно регистрировать сигналы от распада практически единичных атомов. Благодаря этому становится вероятным употреблять радионуклиды в качестве атомов-меток, так именуемых радиоактивных индикаторов.

к примеру, при помощи фосфора-32 можно установить, как кукуруза усваивает из земли фосфорное удобрение. В удобрение добавляют весьма маленькое количество радионуклида. Дальше, анализируя радиоактивность разных частей растения, можно найти, стремительно ли фосфат усваивает корешки, с какой скоростью он поступает в листья, стволы либо початки и как усвоение удобрения зависит от его хим формы ( а именно, от того, в виде какой конкретно соли — аммония, калия либо кальция — взят фосфат), от метода введения в почву и остальных причин. Приобретенная информация дозволила значительно повысить эффективность внедрения минеральных удобрений.

Аналогичным образом на подопытных звериных можно проследить действие фармацевтических средств, содержащих радиоактивные индикаторы. Внедрение радионуклидов дозволяет следить и за поведением разных микропримесей в технологических действиях.

Потому что для установления природы радионуклидов довольно практически единичных атомов, по результатам исследования пряди волос Наполеона, сохранившейся до наших дней, удавалось узнать, что в конце жизни его организм получал излишек мышьяка. Может быть, конкретно это и сделалось причинной неувязка, которую посодействовал решить радиоуглерод. При окислении пропионовой кислоты СН3СН2СООН в кислой среде образуются углекислый газ и шавелевая кислота НООС-СООН. Любопытно было узнать, какая конкретно из 2-ух связей С-С в пропионовой кислоте разрушается при окислении. Для этого синтезировали пропионовую кислоту, содержащую метку 14С в карбоксильной группе. Потом провели окисление и обусловили активность выделившегося углекислого газа и активность шавеливой кислоты. Измерения проявили, что эти значения относятся как 3:7. Как следует, впропионовой кислоты рвутся обе связи, но с разной вероятностью.

И число схожих примеров весьма велико. Но лишь использованию меток углерода-14 и трития в органической химии посвящены многотомные издания.

Перечень использованных источников:

1. Аналитическая химия. Физико-химические способы анализа. Под ред. Е. Н. Дорохова, Г. В. Прохорова, — М.: Высш. шк.., 1991. — 256с.

2. Аналитическая химия. Книжка 2. Физико-химические способы анализа. Под ред. В.П. Васильева, — М.: Дрофа, 2004. — 384с.

3. Патяковский В. М. Гигиенические базы питания и экспертизы продовольственных продуктов. — Новосибирск: Издательство Новосибирского Института, 1999. -431с.

4. Курс аналитической химии: Учеб. для с.-х. вузов. — 6-е изд., испр. и доп. — М .: Высш. шк. 1994. — 495с.

]]>