Основы радиохимии и радиоэкологии (стр. 27 из 63)

При радиоактивном распаде естественных радиоактивных изотопов дочерние радиоактивные изотопы находятся в смеси с большой массой нактивного вещества (урановой или ториевой рудой), материнским изотопом и другими продуктами распада. При этом возникает проблема отделения интересующего радионуклида и очистка от других продуктов распада. Более подробно вопросы получения радионуклидов из продуктов распадаурана итория будут рассмотрены в соответствующих главах, посвященных химии радиоактивных элементов.

ВОПРОСЫ

1. Какие Вы знаете пути получения и образования радионуклидов?

2. Сравните химические и ядерные реакции.

3. Дать определение ядерных реакций и реакторов.

4. Каков механизм ядерных реакций и основные законы, которым подчиняются ядерные реакции?

5. По какому принципу классифицируют ядерные реакции?

6. Какие ядерные реакции могут протекать в природе?

7. Дать определение реакциям вынужденного деления.

8. Какие ядерные реакции могут протекать под действием нейтронов?

9. Какие вещества используют для замедления нейтронов. Чем обусловлен этот выбор?

10. Для реализации, каких ядерных реакций используются ускорители частиц?

11. Что такое «критическая масса» цепной ядерной реакции?

12. Что такое « критические размеры системы» и «критический радиус»?

глава 8. Особенности поведения радиоактивных веществ в ультраразбавленных растворов

Большинство радиоактивных элементов в природе, кроме урана и тория встречаются как продукты их распада. Концентрация продуктов распада ничтожно мала и не превышает равновесную.

Так на 1г урана приходится (в г):

- 8,2×10^-11; - 2,4×10^-12; -3,5×10^-7;

- 4,8×10^-9; - 7,5×10^-5

Радиоизотопы, получаемые в результате ядерных реакций, также находятся в ничтожных количествах.

Например, при облучении в ядерном реакторе потоком медленных нейтронов в 10¹²н/с на 1см² в течение суток 1 грамма мишени образуется в г:

P - 6×10^-9;

S - 4×10^-9;

Br - 1,6×10^-8; Mo - 1×10^-8

Именно в таких количествах получаются искусственные изотопы в результате ядерных реакций. При работе с радиоактивными веществами, находящимися в ультрамиукроконцентрациях необходимо учитывать особенности их поведения.

Поведение радионуклидов, возможности их концентрирования и выделения из ультраразбавленных систем, миграция в природе, в частности в гидросфере и биосфере Земли, целиком зависят от их состояния в растворе. Под этим подразумевается дисперсность частиц, в состав которых входит радионуклид.

При разделении и очистке исходного радиоактивного вещества нередко приходится сталкиваться со случаями, когда исходный раствор, содержащий радиоактивный нуклид в определенной химической форме, не содержит стабильных нуклидов, того же элемента в той же химической форме, или содержит их в количествах, которые нельзя обнаружить обычными химическими методами. В таких случаях гворят, что

При таких малых концентрациях, в которых находятся радиоактивные элементы в растворах (10^-10моль/л) и ниже существенную роль играют процессы адсорбции и коллоидообразования, из-за которых при неправильной работе можно потерять все вещество на стенках сосуда, на фильтрах или загрязнениях, которые всегда присутствуют в растворе.

8.1 Коллоидообразование

Радиоактивные элементы в жидкой фазе могут находиться в зависимости от степени дисперсности в виде ионов, молекул (истинные растворы) или в коллоидном состоянии. Способность образовывать коллоидные растворы у радиоактивных веществ выше, чем у нерадиоактивных. Это происходит за счет появления под действием излучения в отдельных областях раствора избыточных зарядов, препятствующих их агрегации и коагуляции.

Коллоиды, образованные радиоактивными веществами могут быть двух типов ‑ истинные коллоиды и так называемые псевдоколлоиды.

Истинные коллоиды - это растворы, коллоидные частицы которых образованы непосредственно из труднорастворимого, но присутствующего в очень малом количестве радиоактивного вещества.

Истинные коллоиды возникают в растворе в результате образования собственной фазы микрокомпонента, что возможно, если произведение концентраций ионов превышает величину ПР (С_ион > ПР) этого соединения. Обоснование образования радиоактивными элементами истинных коллоидов было дано в работах И. Е. Старика, посвященных изучению поведения микроколичеств полония и протактиния в растворах в зависимости от рН. В этих работах была впервые доказана возможность образования истинных коллоидов радиоактивных элементов при ничтожно малой их концентрации (С ≈ 10^{-12 М).}

Наряду с истиннымиколлоидами в растворах, содержащих радиоактивные вещества в микроконцентрациях, нередко образуются псевдоколлоиды. Образование псевдоколлоидов микрокомпонентами тесно связано с их способностью адсорбироваться на различных твердых примесях (загрязнениях), которые могут содержаться в растворе. Степень дисперсности псевдорадиоколлоидов значительно ниже чем истинных радиоактивных коллоидов.

Если истинные радиоколлоиды характеризуются размером молекул 1-3 нм, то размеры молекул псевдоколлоидов составляют десятки и сотни нанометров и определяются степенью дисперсности частиц загрязнений.

Процессы радиоколлоидообразования зависят от нескольких факторов:

1. Коллоидообразование зависит от химической природы радиоактивного элемента. Легче других в коллоидное состояние переходят радиоактивные элементы, относящиеся к так называемым переходным элементам (цирконий, ниобий, гафний ‑ III ‑ IV группы).

Для щелочных металлов наиболее характерно ионное состояние. В присутствие значительных количеств загрязнений возможно образование ими псевдоколлоидов, причем это состояние обратимо и легко может быть переведено в ионы путем добавления электролита.

Для щелочноземельных элементов псевдоколлоидное состояние проявляется в водных растворах при рH > 9, и тем в большей степени, чем ярче выражена сорбционная способность данного элемента по отношению к загрязнению.

2. Другим фактором, влияющим на процесс коллоидообразования, является состав жидкой фазы. Наиболее важной характеристикой состава жидкой фазы является: природа растворителя, рH раствора, природа и концентрация присутствующих в растворе посторонних электролитов или частиц загрязнения.

3. Кроме рассмотренных факторов на процесс коллоидообразования влияет время хранения (возраст раствора).

В радиохимических исследованиях наличие коллоидного состояния радиоактивных элементов крайне нежелательно.

Известно несколько приемов переведения радиоактивного вещества из коллоидного в ионное или молекулярное состояние.

Это прежде всего: очистка растворителя, увеличение кислотности (понижение рH), добавление комплексообразующих агентов, удерживающих носителей, обеспечение условий агентов, удерживающих носителей, обеспечение условий хранения, препятствующих образованию радиоколлоидов.

8.2 Адсорбция

Кроме коллоидообразования в радиохимии очень важную роль играют адсорбционные процессы.

Напомним, адсорбцией называется концентрирование вещества из объема фаз на границе раздела между ними.

При обычных химических работах, когда имеют дело с макроколичествами вещества явлениями адсорбции, как правило, пренебрегают. В радиохимии же нельзя обойтись без точного знания процессов адсорбции, так как адсорбционные явления в этом случае играют большую роль, вызывая значительное перераспределение радиоактивного элемента между раствором и контактирующими с ним материалами.

Радиоактивные нуклиды, находящиеся в растворе в микроконцентрациях, могут быть потеряны в процессе работы с ними вследствие адсорбции на стенках сосудов, загрязнениях растворов, в процессе выделения осадков или на заранее образованных осадках, на фильтрах и т. д.

Адсорбция может быть также крайне нежелательным явлением при последовательном количественном выделении из раствора с помощью реакции осаждения нескольких радионуклидов.

В то же время адсорбционные методы широко используются для выделения, разделения и концентрирования радионуклидов из растворов

Основную роль в радиохимии играет адсорбция ионов радиоактивных элементов из растворов.

Адсорбция ионов может осуществляться на мелкокристаллических осадках, осадках с сильно развитой поверхностью типа гидроокисей силикагеля, алюмокремниевого геля, на частицах суспензий, коллоидов, угле, ионообменных веществах, бумажных фильтрах, стекле и ряде других веществ.