134

В.Д.Нефёдов Е.Н.Текстер М.А.Торопова Радиохимия

ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ РАДИОХИМИИ

§ 1. Предмет радиохимии

Немного истории

Все началось с работы Марии Склодовской-Кюри и ее мужа Пьера Кюри, которых заинтересовала природа открытых в 1896 г. Анри Беккерелем урановых лучей. Они нашли, что плотность потока излучения, испускаемого веществами, в состав которых входит уран, пропорциональна его содержанию в веществе. Супругами Кюри были исследованы десятки веществ, не содержащих урана. Они нашли, что только соединения, содержащие торий, обладают излучением, подобным урану. Это явление самопроизвольного распада атомов урана и тория с испусканием частиц и электромагнитного излучения супруги Кюри назвали радиоактив-ностью (от латинского radio - излучаю и activus - действенный). В начальный период развития раздел науки о радиоактивности включал как химию, так и физику явлений, связанных с радиацией. Термин "радиохимия" был впервые введен английским химиком А. Камероном в 1910 г. Он определил радиохимию как раздел науки, изучающий природу и свойства радиоактивных элементов и продуктов их распада. В 1911 г. Ф. Содди дал радиохимии аналогичное определение. При этом отмечал особую роль превращаемости объектов изучения радиохимии и связанную с этим необходимость создания принципиально новых методов исследования

Эти почти равноценные определения, исходившие из правильного принципа классификации наук по объектам и целям исследований, были, несомненно, адекватны предмету радиохимии на ранней стадии ее развития Естественно, что по мере развития радиохимии, появления в ней новых разделов и направлений менялись и ее определения Б настоящем ее состоянии радиохимию можно определить так:

радиохимией называют область химии, объектами исследования которой являются радиоактивные элементы, а также продукты ядерных превращений на изотопном, элементном и молекулярном уровнях.

Из этого определения следует, что одной из основных задач радиохимии является исследование химических свойств радиоактивных элементов*. С одной стороны, эта задача является общехимической, поскольку каждый элемент обладает индивидуальными химическими свойствами, определяемыми его электронной структурой. С другой стороны, целый ряд особенностей поведения и исследования элементов, не имеющих стабильных изотопов, делает необходимым выделение этой области химии в самостоятельную область знаний.

Более специфичной, но не менее важной задачей радиохимии является изучение продуктов ядерных превращений на изотопном, элементном и молекулярном уровнях. Б первых двух случаях речь идет об изучении изотопного и элементного состава продуктов ядерных превращений, что является предметом одного из разделов радиохимии - ядерной химии. Б круг интересов этого раздела радиохимии входит изучение сложных смесей продуктов деления тяжелых ядер, реакций глубокого расщепления и т. д. Успехи радиохимии в этой области исследований привели к получению ряда новых радиоактивных элементов (технеций, прометий, трансурановые элементы) и большого количества новых радиоактивных нуклидов, многие из которых нашли широкое практическое применение.

Изучение продуктов ядерных превращений на молекулярном уровне связано с исследованием химических (молекулярных) форм, возникающих в результате ядерных превращений атомов, входящих в состав различных соединений. Этим вопросом занимается другой раздел радиохимиихимия процессов, индуцированных ядерными превращениями.

Широкое применение радиоактивных нуклидов в качестве меченых атомов в химических и физико-химических исследованиях и в смежных с химией областях знаний составляет предмет предмет еще одного чрезвычайно важного раздела прикладной радиохимии

Дальнейшее развитие радиохимии неразрывно связано с достиже-ниями ядерной физики (открытие искусственной радиоактивности, спонтанного деления урана, ядерной изомерии новых радиоактивных элементов, в том числе трансурановых, ядерного оружия) и ядерной энергетики.

Предмет, объекты исследования и методы радиохимии

С позиций современных знаний радиохимия - область науки, изучающая химию радионуклидов и радиоактивных веществ, их физико-химические свойства, ядерные превращения и сопутствующие им химические процессы (Ан.Н. Hесмеянов).

Можно наметить четыре основных раздела радиохимии: общую радиохимию, химию радиоактивных элементов, химию ядерных превра-щений и прикладную радиохимию. Впрочем, следует иметь в виду, что любая рубрикация в науке всегда условна.

Объекты исследования радиохимии - радиоактивные вещества. Такие вещества содержат радионуклиды, которые часто характеризуются ограниченным временем существования и свойственным им излучением. Радиоактивные вещества вследствие этого неустойчивы, что создает специфические особенности для методов исследования в радиохимии. Как правило, мы имеем дело со смесями радиоактивных и нерадиоактивных молекул в веществе при малых концентрациях первых. Если вещество содержит только радиоактивные изотопы данного элемента, то его удель-ная радиоактивность велика и такое вещество претерпевает химическое превращение под действием собственного излучения (авторадиолиз).

Характерной особенностью объектов радиохимии является малая концентрация радионуклидов в объектах исследования, что также определяет специфичность радиохимических методов исследования.

Радиоактивное излучение позволяет проводить качественное и количественное определение радионуклидов в интересующих исследова-теля объектах. Методы измерения радиоактивности высокочувствительны и позволяют иметь дело с количествами вещества, недоступными в других областях исследования: например, определить 10 ^–15 радия-226, 10^–17 г фосфора-32, 10^–18 г радона-228. Специфические методы позволяют определять даже отдельные атомы (например элементов N 104, 105 и 114).

Так как радиоактивное излучение в неконтролируемых дозах вредно для людей, то в радиохимии применяется особая техника безопасности - защитные экраны, дистанционные манипуляторы, герметичные боксы и т.д.

В общей радиохимии изучаются физико-химические закономерности поведения радионуклидов в ультраразбавленных системах. Сюда относятся изучение состояния радионуклидов в ультрамалых концентрациях в растворах, газах и твердых веществах, закономерности распределения их между фазами в процессах осаждения, адсорбции, электрохимических процессах, экстракции и изотопном обмене.

Химия ядерных превращений изучает состав продуктов ядерных превращений, реакции образующихся радионуклидов (химия "горячих" атомов) методы получения, концентрирования и выделения радионуклидов, а также авторадиолиз.

Химия радиоактивных элементов - это химия технеция, прометия, астата, урана, тория и продуктов их распада - полония, франция, радия, радона, актиния и протактиния, трансурановых элементов, а также мезоатомов и водородоподобных атомов - мюония и позитрония. Условно к этому разделу можно отнести технологию ядерного горючего.

Прикладная радиохимия занимается столь широким кругом вопросов, что ее трудно описать достаточно полно. Отметим самые важные вопросы: получение меченых соединений, химия радиоактивных атомов, радиохимия АЭС, экологическая радиохимия, метод радио-активных индикаторов в науке и технологии.