Краткая характеристика радионуклидов

Последующее отделение Pu-239 от урана, нептуния и высокорадиоактивных  продуктов деления осуществляют на радиохимических заводах радиохимическими методами (соосаждением, экстракцией, ионными обменами др.) Металлический плутоний обычно получают востановлением PuF3, PuF4 или PuO2 парами бария, кальция или лития.

Затем используют его способность  к расщеплению под действием  нейтронов в атомных реакторах, а способность к самоподдерживающейся цепной реакции деления при наличии  критической массы (7 кг) – в атомных  и термоядерных бомбах, где он является основным компонентом. Критическая  масса его α-модификации 5,6 кг (шар  диаметром 4,1 см). 238Pu используется в  «атомных» электрических батарейках, обладающих длительным сроком службы. Изотопы плутония служат сырьем для  синтеза трансплутониевых элементов (Am и др.).

Облучая Pu-239 нейтронами, можно получать смесь изотопов, из которых изотоп Pu-241, также как и Pu-239, является делящимся  и мог бы быть использован для  получения энергии. Однако, его период полураспада 14,4 года, что не позволяет  его длительно сохранять, к тому же, распадаясь, он образует неделящийся Am-241 (α-, γ-радиоактивный) с периодом полураспада 432,8 года. Получается, что  примерно через каждые 14 лет количество Am-241 в окружающей среде удваивается. Обнаружить его, как и другие трансурановые  элементы, обычной γ-спектрометрической аппаратурой сложно и требуются  весьма специфичные и дорогостоящие  методы обнаружения. Изотоп Pu- 242 по ядерным свойствам наиболее похож на уран-238, Am-241, получавшийся при распаде изотопа Pu-241, использовался в детекторах дыма.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СТРОНЦИЙ-90

 

Стронций 90Sr – серебристый кальциеподобный металл, покрытый оксидной оболочкой, плохо вступает в реакцию, включаясь в метаболизм экосистемы по мере формирования сложных Са – Fe – Al – Sr – комплексов. Естественное содержание стабильного изотопа в почве, костных тканях, среде достигает 3,7 х 10-2 %, в морской воде, мышечных тканях 7,6 х 10-4 %. Биологические функции не выявлены; не токсичен, может замещать кальций. Радиоактивный изотоп в естественной среде отсутствует [1 , 43].

Стро́нций — элемент главной подгруппы второй группы, пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 38. Обозначается символом Sr (лат. Strontium). Простое вещество стронций (CAS-номер: 7440-24-6) — мягкий, ковкий и пластичный щёлочноземельный металл серебристо-белого цвета. Обладает высокой химической активностью, на воздухе быстро реагирует с влагой и кислородом, покрываясь жёлтой оксидной плёнкой.

Новый элемент обнаружили в минерале стронцианите, найденном в 1764 году в  свинцовом руднике близ шотландской  деревни Строншиан, давшей впоследствии название новому элементу. Присутствие в этом минерале оксида нового металла было установлено почти через 30 лет Уильямом Крюйкшенком и Адером Кроуфордом. Выделен в чистом виде сэром Хемфри Дэви в 1808 году [2 , 46].

Содержание в земной коре — 0,384 % в свободном виде стронций не встречается. Он входит в состав около 40 минералов. Из них наиболее важный — целестин SrSO4. Добывают также стронцианит SrCO3. Эти два минерала имеют промышленное значение. Чаще всего стронций присутствует как примесь в различных кальциевых минералах.

Стронций содержится в морской  воде (0,1 мг/л), в почвах (0,035 масс%).

В природе стронций встречается  в виде смеси 4 стабильных изотопов 84Sr (0,56 %), 86Sr (9,86 %), 87Sr (7,02 %), 88Sr (82,56 %).[3 , 11].

Существуют 3 способа получения  металлического стронция:

-       термическое  разложение некоторых соединений 

-       электролиз 

-       восстановление  оксида или хлорида 

Основным промышленным способом получения  металлического стронция является термическое  восстановление его оксида алюминием. Далее полученный стронций очищается  возгонкой.

Электролитическое получение стронция электролизом расплава смеси SrCl2 и NaCl не получило широкого распространения из-за малого выхода по току и загрязнения стронция примесями.

При термическом разложении гидрида  или нитрида стронция образуется мелкодисперсный стронций, склонный к легкому воспламенению.

Стронций — мягкий серебристо-белый  металл, обладает ковкостью и пластичностью, легко режется ножом.

Полиморфен — известны три его  модификации. До 215оС устойчива кубическая гранецентрированная модификация (α-Sr), между 215 и 605оС — гексагональная (β-Sr), выше 605оС — кубическая объемно-центрированная модификация (γ-Sr).

Температура плавления — 768оС, Температура  кипения — 1390оС.

Стронций в своих соединениях  всегда проявляет валентность +2. По свойствам стронций близок к кальцию  и барию, занимая промежуточное  положение между ними.

В электрохимическом ряду напряжений стронций находится среди наиболее активных металлов (его нормальный электродный потенциал равен  −2,89 В. Энергично реагирует с  водой, образуя гидроксид: Sr + 2H2O = Sr(OH)2 + H2↑ [4 , 21].

Взаимодействует с кислотами, вытесняет  тяжёлые металлы из их солей. С  концентрированными кислотами (H2SO4, HNO3) реагирует слабо.

В случаях попадания изотопа  в окружающую среду поступление  стронция в организм зависит от степени  и характера включенности метаболита в почвенные органические структуры, продукты питания и колеблется от 5 до 30%, при большем проникновении  в детский организм. Независимо от пути поступления излучатель накапливается  в скелете (в мягких тканях содержится не более 1%). Выводится из организма  крайне плохо, что ведет к постоянному  накоплению дозы при хроническом  поступлении стронция в организм. В отличие от естественных β-активных аналогов (урана, тория и др.) стронций является эффективным в-излучателем, что меняет спектр радиационного  воздействия, в том числе и  на гонады, эндокринные железы, красный  костный мозг и головной мозг. Накапливаемые  дозы (фон) колеблется в пределах (до 0,2 х 10-6 мкКи/г в костях при дозах порядка 4.5 х 10-2 мЗв/год) [7 , 41].

Металлический стронций быстро окисляется на воздухе, образуя желтоватую плёнку, в которой помимо оксида SrO всегда присутствуют пероксид SrO2 и нитрид Sr3N2. При нагревании на воздухе загорается, порошкообразный стронций на воздухе склонен к самовоспламенению.

Энергично реагирует с неметаллами  — серой, фосфором, галогенами. Взаимодействует  с водородом (выше 200оС), азотом (выше 400оС). Практически не реагирует с  щелочами.

При высоких температурах реагирует  с CO2, образуя карбид:

5Sr + 2CO2 = SrC2 + 4SrO (1)

Легко растворимы соли стронция с  анионами Cl-, I-, NO3-. Соли с анионами F-, SO42-, CO32-, PO43- мало растворимы.

Попадая в почву, стронций-90 вместе с растворимыми соединениями кальция  поступает в растения, из которых  может непосредственно или через  животных поступить в организм человека. Так создается цепь передачи радиоактивного стронция: почва - растения - животные - человек. Проникая в организм человека, стронций накапливается преимущественно  в костях и подвергает, таким образом, организм длительному внутреннему  радиоактивному воздействию. Результатом  этого воздействия, как показывают исследования ученых, проведенные в  опытах на животных (собаках, крысах и  др.), является тяжелое заболевание  организма. На первый план выступают  повреждения кроветворных органов  и развитие опухолей в костях. В  обычных условиях «поставщиком»  радиоактивного стронция являются экспериментальные  взрывы ядерного и термоядерного  оружия. Исследованиями американских ученых установлено, что даже малое  лучевое воздействие, безусловно, вредно для здорового человека. Если же учесть, что и при крайне малых  дозах этого воздействия наступают  резкие изменения в тех клетках  организма, от которых зависит воспроизводство  потомства, то вполне понятно, что ядерные  взрывы несут смертельную опасность  еще... не родившимся! Свое название стронций получил от минерала - стронцианита (углекислой соли стронция), найденного в 1787 г. в Шотландии близ деревушки  Стронциан. Английский исследователь А. Крофорд, изучая стронцианит, высказал предположение о наличии в нем новой еще не известной «земли». Индивидуальную особенность стронцианита установил также и Клапрот. Английский химик Т. Хоп в 1792 г. доказал наличие в стронцианите нового металла, выделенного в свободном виде в 1808 г. Г. Дэви

Применение стронция-90. Радиоизотоп  стронция применяется в производстве атомных электрических батарей. Принцип действия таких батарей  основан на способности стронция-90 излучать электроны, обладающие большой  энергией, преобразуемой затем в  электрическую. Элементы из радиоактивного стронция, соединенные в миниатюрную  батарейку (размером со спичечную коробку), способны безотказно служить без  перезарядки 15–25 лет, такие батареи  незаменимы для космических ракет  и искусственных спутников Земли. А швейцарские часовщики с  успехом используют крохотные стронциевые  батарейки для питания электрочасов.

Отечественными учеными создан изотопный генератор электрической  энергии для питания автоматических метеостанций на основе стронция-90. Гарантийный  срок службы такого генератора – 10 лет, в течение которых он способен снабжать электрическим током нуждающиеся в нем приборы. Все обслуживание его заключается лишь в профилактических осмотрах – раз в два года. Первые образцы генератора установлены в Забайкалье и в верховьях таежной речки Кручины.

В Таллинне работает атомный маяк. Главная его особенность –  радиоизотопные термоэлектрические генераторы, в которых в результате распада  стронция-90 возникает тепловая энергия, преобразуемая затем в световую.

Устройства, в которых используется радиоактивный стронций, применяются  для измерения толщины. Это необходимо для контроля и управления процессом  производства бумаги, тканей, тонких металлических  лент, пластмассовых пленок, лакокрасочных  покрытий. Изотоп стронция используется в приборах для измерения плотности, вязкости и других характеристик  вещества, в дефектоскопах, дозиметрах, сигнализаторах. На машиностроительных предприятиях часто можно встретить  так называемые b-реле, они контролируют подачу заготовок на обработку, проверяют  исправности инструмента, правильность положения детали.

При производстве материалов, являющихся изоляторами (бумага, ткани, искусственное  волокно, пластмассы и т. д.), вследствие трения возникает статическое электричество. Чтобы избежать этого, пользуются ионизирующими  стронциевыми источниками.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЦЕЗИТ-137

 

ЦЕЗИЙ (Cesium) Cs, химический элемент 1-й (Ia) группы Периодической системы. Щелочной элемент. Атомный номер 55, относительная атомная масса 132,9054.

Цезий-137 - бета-излучатель с периодом полураспада 30.174 года. 137Сs  открыт в 1860 г. немецкими учеными Кирхгофом  и Бунзеном. Название получил от латинского слова caesius — голубой, по характерной яркой линии в синей области спектра. В настоящее время известно несколько изотопов цезия. Наибольшее практическое значение имеет 137Сs, один из наиболее долгоживущих продуктов деления урана.

Содержание цезия в земной коре оценивается в 2,6·10–4%. Он распространен  примерно так же, как бром, гафний и уран.

Цезий относится к редким элементам. Он встречается в рассеянном состоянии (порядка тысячных долей процента) во многих горных породах; ничтожные  количества этого металла были обнаружены и в морской воде. В большей  концентрации (до нескольких десятых  процента) он содержится в некоторых  калиевых и литиевых минералах, главным  образом, в лепидолите. В отличие  от рубидия и большинства других редких элементов, цезий образует собственные  минералы – поллуцит, авогадрит и родицит.

Родицит крайне редок. Его часто относят к литиевым минералам, так как в его состав (М2O·2Al2O3·3B2O3, где М2O – сумма оксидов щелочных металлов) лития обычно входит больше, чем цезия. Авогадрит (K,Cs)[BF4] тоже редок. Больше всего цезия содержится в поллуците (Cs,Na)[AlSi2O6]·nH2O (содержание Cs2O составляет 29,8–36,7% по массе).

Данные по мировым ресурсам цезия  очень ограничены. Их оценки основаны на поллуците, добываемом в качестве побочного продукта вместе с другими  пегматитовыми минералами.

По добыче поллуцита лидирует Канада. В месторождении Берник-Лейк (юго-восточная Манитоба) сосредоточено 70% мировых запасов цезия (ок. 73 тыс. т). Поллуцит добывают также в Намибии и Зимбабве, ресурсы которых оценивают в 9 тыс. т и 23 тыс. т цезия, соответственно. В России месторождения поллуцита находятся на Кольском п-ове, в Восточных Саянах и Забайкалье. Имеются они также в Казахстане, Монголии и Италии (о. Эльба).

Чтобы вскрыть этот минерал и  перевести ценные компоненты, в растворимую  форму его обрабатывают при нагревании концентрированными минеральными кислотами. Если поллуцит разлагают соляной  кислотой, то из полученного раствора действием SbCl3 осаждают Cs3[Sb2Cl9], который  затем обрабатывают горячей водой  или раствором аммиака. При разложении поллуцита серной кислотой получают алюмоцезиевые квасцы CsAl(SO4)2·12H2O.

Используют и другой способ: поллуцит спекают со смесью оксида и хлорида  кальция, спек выщелачивают в автоклаве  горячей водой, раствор выпаривают досуха с серной кислотой, а остаток  обрабатывают горячей водой. После  отделения сульфата кальция из раствора выделяют соединения цезия.