книги из ГПНТБ / Воробьев, А. М. Методы определения радиоактивных веществ в воздухе [практическое пособие]

практически на всю жизнь. Среднегодовая допустимая

концентрация Ra226 в воздушной юреде рабочих помеще­

ний равна 2,8X IO-14 Ки/л.

Эманационный метод определения р адия1

Принцип метода. Метод основан на измерении a-ак­ тивности радона, образующегося из радия в результате a-распада. Эманизирующей способностью наряду с ра­ дием обладают также элементы других радиоактивных элементов — торий X (Th X224) и актиний X (Ac X223),

однако влияние торона и актинона на результат опре­ деления радия в пробе по радону исключается условия­

ми измерений (трехчасовая экспозиция в камере элект­

рометра и накопление в барботере). Все другие а-излу-

чатели эманирующей способностью не обладают, что позволяет выделить аэрозоли радия.

Отбор проб. Отбор проб воздуха производится на

фильтры из ткани Петрянова со скоростью 2 л/мин с

1 см2 площади фильтра. Количество протягиваемого воз­

духа при относительно малом содержании радия в воз­

духе должно составлять не менее 2 м3.

Реактивы и материалы.

1.Азотная кислота концентрированная и 15% раствор.

2.Плавиковая кислота концентрированная.

3.Карбонат натрия, безводный.

4.Набор эталонных растворов радия с концентрацией от IO-10 до

IO-11 Ки/л.

Ход анализа. Поступающие на анализ пробы должны

подвергаться предварительной обработке для перевода радия в растворимое состояние. Для этого фильтр осто­

рожно извлекают и переносят в фарфоровый тигель, ку­

да добавляют 20 мл 15% раствора азотной кислоты.

В случае обработки минералов применяют концентриро­ ванную азотную кислоту и кипятят. Тигель устанавли­

вают на электроплитку и содержимое выпаривают до­

суха. Затем тигель ставят на 20 минут в муфельную печь при температуре 600—700° и после охлаждения осадок

растворяют в 25 мл 15% раствора азотной кислоты.

Если осадок полностью не растворился, то его отфильт­

30

I

помещают в платиновую чашку. Добавляют 0,5 мл во-. ды, 2 мл плавиковой кислоты и раствор выпаривают до­ суха на горячей плитке. Остаток сплавляют в течение часа с 0,5 г карбоната натрия, сплав охлаждают и рас­ творяют в 15% растворе азотной кислоты. Полученный раствор вместе с фильтратом заливают в барботер и запаивают на срок 3—4 сут для накопления радона.

Время закрытия барботера записывают. Для полного выделения радона раствор должен быть прозрачным,

без коллоидных частиц, которые могут сорбировать ра­

дон. При хранении раствора в барботере из него не

должен выпадать ни кристаллический, ни хлопьевидный

осадок. Одновременно производится обработка двух па­

раллельных проб.

По истечении нескольких, суток (не менее 3—4) ра­ дон, выделившийся из анализируемой пробы, переводят

при помощи форвакуумного насоса из барботера в иони­ зационную камеру электрометра типа СГ-1М. Момент

окончания этой операции записывают. Процесс перевода

радона в камеру должен производиться очень тщательно:

барботеры должны быть хорошо вымыты, растворы про­

зрачны, при продувании раствор не должен выбрасы­ ваться, камера не должна иметь собственной активности, поэтому после каждого измерения ее нужно тщательно

очистить от всяких следов радона. Измерение на элект­

рометре производят общепринятым способом. Иониза- j

ционный ток измеряют через 3 часа после введения ра­

дона в камеру, т. е. при установлении радиоактивного

дующей формуле:

Q = т (\ — e~λt ),

31

основан на счете а-частиц тонкого слоя препарата радия,

отделенного от других а-излучателей (U, Io, Rn, RaA,

RaC' и Po).

Отделение от мешающих примесей производится пу­

тем соосаждения радия с хлоридом бария. При значи­ тельном содержании тория (Th∕U>O,l) a-метод опреде­ ления радия неприменим вследствие завышения за счет a-излучения ThX + Th + ThA.

«

Реактивы и материалы. 1. Ортофосфорная кислота, 85% раствор.

2.Плавиковая кислота, 48% раствор.

3.Серная кислота, 1 и 2 N растворы.

4.Хлористый барий, 1,5 M раствор.

5.Кислотно-эфирная смесь. Готовят путем смешения концентри­

рованной соляной кислоты и этилового эфира 6:1 по объему. 6. Цапоновый лак.

Ход анализа. Отбор проб воздуха осуществляется так же, как и в первом методе. Фильтр с аэрозолями

переносят в платиновый тигель и озоляют при темпера­ туре 600—700° в течение 10—15 мин. Добавляют 0,5 мл 85% раствора ортофосфорной кислоты и 1 мл 48% рас­ твора плавиковой кислоты и тигель постепенно нагре­

вают на электроплитке так, чтобы поддерживалось сла­ бое кипение содержимого. Когда HF испарится, тигель

нагревают в муфельной печи до темно-красного, каления и выдерживают при такой температуре в течение 15—

32

21) мин. При этом фосфорная кислота обезвоживается

и превращается в полифосфаты:

H3PO4→H4P2O7→ H5P3O10→ (HPO3)6 ,

которые образуют с радием водорастворимые комплек­ сы Ra2P6Oi8 или RaP3Oi0.

После охлаждения содержимое тигеля растворяют в

3 мл воды. Раствор переносят в центрифужную пробир­ ку с притертой пробкой на 30—40 мл, добавляют 0,1 мл

1,5 M BaCl2 (≈20 мг Ba) и тщательно перемешивают. Затем вносят 20 мл холодной (температура 0°) кислот-

но-эфирной смеси и встряхивают. В присутствии избыт­ ка HCl весь радий из анионного комплекса полифосфо,р-

пых кислот переходит в катионы:

RaP3Oio3- + 2H+→Ra+2 + H2P3O103-

и тотчас же выпадает вместе с барием. Присутствие

эфира снижает растворимость хлоридов бария и радия.

После центрифугирования раствор отбрасывают, а оса­ док дважды промывают 2 мл холодной смеси HCl — эфир и центрифугируют. При описанных операциях с Ba(Ra) Cl2 осаждается меньше 0,05% урана, тория, про­ тактиния, полония 'и висмута. Осадок растворяют в не­

большом количестве воды или разбавленной соляной

кислоты. Непосредственное выпаривание раствора хло­

рида бария на мишени приводит к образованию неравно­ мерного слоя осадка. Лучше нанести тонкий слой дру­ гим способом. Для этого раствор наливают на мишень с бортиками из цапонового лака, выпаривают 2—3 мин

для удаления радона, добавляют 5 капель 2NH2SO4 и

выпаривают раствор досуха. Осадок на мишени прока­

ливают до красного каления. Таким способом образуется тонкий ровный слой Ba(Ra)JSO4.

Альфа-излучение радия измеряют с помощью сцин­ тилляционной приставки. Осаждение BaCl2 позволяет

отделить радий от продуктов распада радона. Поэтому, если от момента осаждения BaCl2 до начала измерений прошло не более 2 ч, измерение покажет практически a-активность только одного радия. Если после осажде­

ния BaCl2 прошло некоторое время, то в осадке BaSO4

на мишени окажутся короткоживущие продукты распа­ да радона, а сам радон будет удален при кипячении рас­

твора перед осаждением BaSO4. Активность такого пре­

3—8% вследствие влияния дочерних продуктов радия.

Рост активности дочерних продуктов можно учесть, ру­ ководствуясь приведенной ниже динамикой а-активно-

сти препарата ,радия в зависимости от времени его хра­

нения.

При a-измерениях необходимо ,учитывать самопогло-

щение a-излучения. Это можно сделать по эксперимен­ тальной кривой, полученной при измерении сс-активности одного и того же количества радия при переменном ко­ личестве носителя-барйя. Такая кривая приведена на

рис. 5.

Более чувствительным является метод измерения a-активности радия в твердом сцинтилляторе. Для это­

го осадок, промытый эфирно-кислотной смесью, трижды промывают диэтиловым эфиром для удаления следов

HCl. Эфир отбрасывают, а к осадку добавляют 150 мг

светосостава марки ФС-4 или ФС-1 и тщательно пере­

мешивают стеклянной палочкой. Затем с помощью эти­

лового спирта смесь* переносят в счетную кювету и вы­ сушивают под лампой. Кювета представляет собой ста­

канчик из прозрачного стекла диаметром 35 мм и

высотой 15—20 мм. Сухой остаток посыпают сверху све­ тосоставом так, чтобы покрыть его полностью равномер­

ным слоем (≈250 мг). Для лучшего оптического контак­

него счетную кювету. Закрывают фотоумножитель свето-

34

непроницаемым колпаком, дают светосоставу высветить­ ся в течение 3 мин, затем измеряют активность препара­

ной ваты. На оба конца поглотителя надевают резиновые пробки с высверленными углублениями. Отбор проб

производят с помощью аспиратора. К узкой части по­

глотителя, через которую поступает отбираемый воздух,

присоединяют трубку с хлористым кальцием для погло­

щения влаги. '

На анализ отбирают две параллельные пробы по 30 л каждая. Для предотвращения сильного нагрева активи­

рованного угля за счет теплоты адсорбции газов погло­

тителя рекомендуется завертывать во влажную марлю.

По окончании аспирации оба конца поглотителя закры­ вают пробками.

Ход анализа. Перевод радона из поглотителя в иони­ зационную камеру. Расположение приборов для пере­

вода радона из1 поглотителя в ионизационную камеру

показано на рис. 6.

з

Рис. 6. Схема установки для перевода радона из поглотителя в ионизационную камеру.

Эвакуированную камеру (/) типа СБ-5 подсоединяют

углем-, служащий для фильтрации поступающего из ком­

наты воздуха. Узкую часть поглотителя вставляют в

предварительно нагретый до 400° канал печи Марса (6)

її соединяют выдвинувшийся из канала печи конец по­ глотителя с барботером (7). Осторожно открывая кран

37

1$) до установления скорости воздуха — 0,1 л/мин, про­

двигают поглотитель вместе с подставкой (P) до такого

положения, при котором примерно половина слоя акти­ вированного угля оказывается внутри канала печи.

Обычно в этом случае наблюдается значительное повы­ шение скорости воздуха на выходе (сильное бурление

воды в барботере) и понижение на входе вследствие на­

чавшейся десорбции газов, выделения влаги и теплового расширения воздуха в трубке поглотителя. Приоткрыв еще немного кран (5), устанавливают вновь скорость

воздуха на входе, равной 0,1 л/мин, и продвигают погло­

титель до положения, при котором весь слой активиро­

ванного угля находится внутри нагревателя печи. Затем

с помощью Крана (8) устанавливают скорость воздуха

≈0,05 л/мин, следя за тем, чтобы поплавок ротаметра

не опустился до нулевого положения, так как в этом

случае может возникнуть противоток 1 воздуха, вызы­

вающий частичную потерю радона.

Время с начала протягивания воздуха через погло­

титель до полного перемещения слоя активированного

угля в канал печи не должно превышать минуты. Запол­

нение камеры должно продолжаться 8—10 мин, после* чего через тот же поглотитель заполняют вторую камеру

со скоростью 0,1 л/мин (большая скорость может при­ вести к загоранию угля).

При соблюдении указанных рекомендаций активиро­ ванный уголь успевает прогреться и десорбировать весь радон в первые же минуты заполнения первой камеры.

Заполнение второй камеры производится в целях

контроля полноты перехода радона в первую камеру,

так и для дополнительной продувки всей системы (по­ глотитель, барботер, трубка с хлористым кальцием), что

особенно необходимо, если определяемые концентрации

радона в воздухе колеблются в довольно широких пре­ делах. После выделения радона из поглотителя концы

трубки закрываются пробками до следующего отбора

пробы.

Измерение количества радона в камере и расчет кон­ центрации. Измерение количества радона, переведенно­

го из поглотителя в ионизационную камеру, производит­ ся с помощью электрометра типа CΓ-1 M.

1 Запотевшее стекло холодной части широкой трубки поглотите­ ля указывает на противоток воздуха.

38

Концентрация радона в протянутом через поглоти­ тель воздухе определяется из соотношения:

где C — концентрация радона в воздухе, Ки/л; q — ко­

личество радона в камере, Ки; V — объем протянутого

через поглотитель воздуха, л.

АКТИНИЙ

Известно 10 естественных її искусственных изотопов

актиния, из них наиболее важными являются Ac227 и Ac228. Ac227 является членом радиоактивного семейства И235 и имеет сложную схему распада: 98,8% распадается

полураспада равен 22 годам, поэтому обнаружение ма­

лых количеств Ac227 представляет сложную задачу. Со­ держание Ac227 в урановой руде очень мало: 1 т чистой

смоляной руды в равновесии содержит 0,15 мг Ac227, но его можно получить искусственным путем при облуче­

нии радия нейтронами:

Ra226 (п, у) Ra227---------- > Ac227.

41,2 мин

Однако при обработке ураносодержащих редкоземель­ ных минералов он практически полностью концентри­ руется с лантаном и может быть отделен от последнего

ß-излучению следует !учитывать наличие Ac228.

Химические свойства актиния очень близки к хими­ ческим свойствам лантана и редких земель. Подобно лантану актиний — металл серебристого цвета, во влаж­

ном воздухе быстро окисляется, очень реакционноспо­ собен. В растворах актиний, как и лантан, имеет только

одну валентность +3. Как и редкоземельные элементы,

актиний имеет растворимые соли — хлориды, нитраты,

39