книги из ГПНТБ / Ершова З.В. Полоний и его применение
.pdfОбразование полония при распаде RaD1 идет через промежуточный дочерний элемент RaE (210Bi) по схеме.
№ (гюРЬ) |
|
/?аГ(210Ро) |
Т1/г=22гойа |
5 дней |
138,3дня |
Накопление полония в препаратах радия и радона
RaD и полоний накапливаются в старых препаратах радия и радона, находившихся длительное время в за паянных сосудах и ампулах. Количество накопившихся элементов определяется временем, прошедшим после за пайки и необходимым для установления равновесия. Продукты распада радона в виде твердых частиц осаж даются на стенки сосудов, образуя «активный налет». В составе активного налета находятся изотопы полония
(RaA, RaG', RaF), висмута (RaC, RaE), свинца (RaB, RaD', RaG), таллия (RaC") и астат (At). После распа да короткоживущих изотопов в составе активного нале та остаются RaD1, RaF и RaG (^Pb) —нерадиоактивный изотоп свинца, продукт конечного превращения ряда урана — радия.
В работах И. и Ф. Жолио-Кюри по открытию искус ственной радиоактивности использовался этот путь по лучения полония для приготовления а-излучающих пре паратов.
ИСКУССТВЕННЫЕ РАДИОАКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
Кроме изотопов полония природного происхождения в настоящее время получено много искусственных его изотопов при облучении тяжелых элементов нейтронами, ускоренными частицами (d, р, а) и ионами. Физические свойства искусственных изотопов полония и реакции их образования приведены в табл. 24 (см. с. 41).
Реакция взаимодействия нейтронов с веществом по типу (п, у) позволяет осуществить синтез изотопов прак тически всех элементов периодической таблицы. 210Ро также можно синтезировать при облучении нейтронами 209Bi. Возможность осуществления синтеза изотопов опре деляется наличием установок нейтронного излучения или ускорителей ионов и тяжелых частиц (d, р, а) и чисто той стартовых материалов,
20
Получение 210Ро облучением природного висмута нейтронами
Для искусственного получения 210Ро используется (п, у)-реакция при облучении природного висмута:
,тВ1 (Т/г=2-106лет)
■209Bi (п,?) |
Ч |
а |
|
||
|
|
Сечение реакции синтеза полония а=15 мбарн. На копление полония в зависимости от плотности потока
нейтронного |
излучения |
|
||
и времени облучения по |
|
|||
казано на рис. 3. Как вид |
|
|||
но из рисунка, концентра |
|
|||
ция |
полония |
возрастает |
|
|
с увеличением плотности |
|
|||
потока нейтронов и вре |
|
|||
мени облучения, достигая |
|
|||
десятков граммов на 1 т |
|
|||
209Bi. |
Оптимальным вре |
|
||
менем облучения является |
|
|||
150—200 суток, после чего |
|
|||
кривая роста замедляется |
|
|||
и количество полония ста |
|
|||
новится близким к равно |
|
|||
весному. |
накопления |
|
||
Расчет |
|
|||
равновесного |
полония |
(в |
Рис. 3. Накопление 210Ро при плот |
|
мкюри/ 1г Bi) |
при облу |
ности потока нейтронов 1013, 1014, |
||
чении |
^Bi) |
ведется |
по |
1015 нейтрон/ (см2 ■сек). |
уравнению
A=F>eNJM-3,7-W ,
где F — плотность потока 'нейтроиов; о — сечение акти вации нейтронами (15 мбарн)-, N — число Авогадро,рав ное 6,02 • 1023; М — атомный вес висмута.
Облучение тяжелых элементов ускоренными частицами и ионами
Развитие современной ускорительной техники приве ло к осуществлению реакций взаимодействия ускорен ных частиц и ионов с атомами тяжелых элементов. Пои
21
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 12 |
|
|
|
Сечения реакций синтеза |
г08Ро, |
мбарн, |
в зависимости от энергии частиц , |
Мэе, |
|
||||
|
|
|
(по данным различных авторов) |
|
|
|
|
||||
|
|
1956 г. |
[16] |
1958 • |
ИЛ |
1949 г. [18] |
|
1956 |
'• [19] |
1967 |
г. [20] |
Еа |
20вРЬ (а, 2я)|2'<” РЬ (а, |
Зя)|2°8РЬ (а. Ап) |
|
'09Bi (d , 3п) |
|
|
209Bi (р, 2п) |
|
|||
|
|
|
Е я |
|
|
Е . |
<3 |
Еп |
|
Е„ |
|
|
|
|
d |
|
|
|
|
V |
|
|
|
20 |
2 |
|
12,1 |
1,0 |
13,1 |
10 |
9,74 |
0,065 |
12 |
90+8 |
|
21 |
10 |
|
13,2 |
4.1 |
13,3 |
20 |
9,87 |
0,25 |
18 |
530+45 |
|
22 |
47 |
|
14,0 |
11 |
14,0 |
30 |
10 |
120 |
23 |
937+80 |
|
23 |
137 |
|
15,4 |
138 |
14,5 |
50 |
15 |
650 |
29 |
422+36 |
|
24 |
290 |
|
18,1 |
610 |
14,8 |
70 |
19 |
1000 |
54 |
74+ 6 |
|
25 |
480 |
|
18,4 |
647 |
15,1 |
100 |
20 |
960 |
84 |
41,5+4 |
|
26 |
610 |
5 |
19,3 |
780 |
15,5 |
150 |
25 |
390 |
90 |
31,6 + 3 |
|
27 |
720 |
19,8 |
870 |
15,8 |
190 |
30 |
130 |
|
|
||
28 |
830 |
8 |
20,0 |
846 |
16,0 |
240 |
35 |
100 |
|
|
|
29 |
930 |
14 |
20,9 |
974 |
16,3 |
270 |
40 |
980 |
|
|
|
30 |
1010 |
40 |
21,2 |
1001 |
16,5 |
310 |
|
|
|
|
|
31 |
1050 |
120 |
21,5 |
1050 |
16,7 |
360 |
|
|
|
|
|
32 |
1040 |
280 |
|
|
|
17,0 |
410 |
|
|
|
|
33 |
940 |
510 |
|
|
|
17,2 |
460 |
|
|
|
|
34 |
770 |
730 |
|
|
|
17,4 |
510 |
|
|
|
|
35 |
580 |
930 |
|
|
|
17,7 |
550 |
|
|
|
|
36 |
430 |
11080 |
20 |
|
|
17,9 |
590 |
|
|
|
|
37 |
310 |
1200 |
|
|
18,1 |
640 |
|
|
|
|
|
38 |
220 |
1290 |
30 |
|
|
18,3 |
660 |
|
|
|
|
39 |
180 |
1350 |
50 |
|
|
18,5 |
710 |
|
|
|
|
40 |
160 |
1350 |
140 |
|
|
18,7 |
750 |
|
|
|
|
41 |
150 |
1300 |
280 |
|
|
|
|
|
|
|
|
42 |
140 |
1190 |
440 |
|
|
|
|
|
|
|
|
43 |
110 |
1050 |
630 |
|
|
|
|
|
|
|
|
44 |
90 |
880 |
830 |
|
|
|
|
|
|
|
|
45 |
80 |
720 |
1010 |
|
|
|
|
|
|
|
|
46 |
70 |
590 |
1170 |
|
|
|
|
|
|
|
|
47 |
80 |
490 |
1250 |
|
|
|
|
|
|
|
|
облучении тяжелых изотопов 209Bi, 20ФЬ, ^°4РЬ, 18фе, 197Аи и других синтезировано большое количество изото пов полония, среди которых имеются долгоживущие — 2°8р 0 и 2оэр0> представляющие интерес для изучения хи мии этого элемента, структурных свойств металла и его физических характеристик.
Синтез изотопов 20Фо идех ,под действием ускоренных
частиц по реакциям: 2°вРЬ (а, 2п) зофо (кривая |
1 на |
|
рис. 4); 207РЬ (а, 3п) 20Фо |
(кривая 2); ^ФЬ ,(а, Ап) |
^Фо |
(кривая 3)\ 209Bi (d, 3п) |
20Фо (|КрИВая 4); ^B i (р, 2п) |
|
20Фо (кривая 5). Энергетические характеристики |
реак |
|
ций синтеза приведены в табл. 12. |
|
|
Синтез 2°9Ро происходит под действием ускоренных
частиц |
a, d, р и идет по реакциям: |
“ ФЬ ,(а, 3п) 209Ро |
(кривая |
1 на рис. 5); 2°9Bi (d, 2п) |
2°Фо (кривая 2); |
|
|
Т а б л и ц а 13 |
Сечения реакций синтеза 209Ро, мбарн, в зависимости от энергии частиц, Мэе (по данным различных авторов)
1959 г. |
[17] |
|
1956 г. |
[17а] |
1956 г. |
[16] |
|
209Bi (d, |
2п) |
|
209Bi |
(р |
) |
208Р5 |
Зп) |
|
|
|
|
, п |
|
||
|
|
9 |
е р |
|
СГ |
Еа. |
а |
7,7 |
|
9,1 |
6,36 |
|
1,4 |
30,3 |
0 |
8,8 |
|
45 |
7,68 |
|
15,6 |
31,0 |
300 |
9,9 |
|
116 |
8,84 |
|
47 |
31,6 |
700 |
10,1 |
|
140 |
9,49 |
|
81 |
32,9 |
400 |
10,9 |
|
224 |
9,74 |
|
103 |
34,1 |
800 |
11,8 |
|
315 |
9,87 |
|
99 |
34,7 |
800 |
12,1 |
|
322 |
|
|
|
35,9 |
1100 |
12,6 |
|
430 |
|
|
|
37,1 |
900 |
12,9 |
|
434 |
|
|
|
38,2 |
900 |
13,2 |
|
499 |
|
|
|
39,3 |
1000 |
13,6 |
|
600 |
|
|
|
40,3 |
1100 |
14,0 |
|
577 |
|
|
|
41,4 |
800 |
14,6 |
|
545 |
|
|
|
42,4 |
1000 |
15,4 |
|
540 |
|
|
|
43,4 |
700 |
16,4 |
|
529 |
|
|
|
44,4 |
500 |
17,2 |
|
379 |
|
|
|
45,3 |
800 |
18,1 |
|
297 |
|
|
|
46,2 |
600 |
19,0 |
|
271 |
|
|
|
47,1 |
500 |
19,3 |
|
209 |
|
|
|
|
|
19,6 |
|
250 |
|
|
|
|
|
20,0 |
|
165 |
|
|
|
|
|
20,2 |
|
156 |
|
|
|
|
|
20,7 |
|
148 |
|
|
|
|
|
21,0 |
|
133 |
|
|
|
|
|
21,2 |
|
124 |
|
|
|
|
|
21,4 |
|
70 |
|
|
|
|
|
23
Рис. 4. Сечение реакций синтеза 208Ро в зависимости от энергии частиц a, d, р. Обозначения кривых см. в тексте.
Рис. 5. Сечение реакций синтеза 209Ро в зависимости от энергии частиц a, d, р. Обозначения кривых см. в тексте.
|
|
|
Т а б л и ц а 14 |
Сечение реакций синтеза изотопов полония г»5-2юр0 |
|||
Реакция |
Сечение, |
Энергия ча |
Литература |
мбарн. |
стицы, Мэе |
||
299Bi (d , п) 210Ро |
34 |
18,4 |
117 |
209Bi \d , 2п) 209Ро |
577 |
14,0 |
117 |
209Bi ( d , Зп) 298Ро |
1050 |
21,5 |
[17 |
299Bi (р, 2п) 208Ро |
1000 |
19 |
[19 |
209Bi {р, Зп) 207Ро |
810 |
30 |
[19 |
209Bi (р, 4л) 206Ро |
1150 |
39 |
[19 |
209Bi (р, 5л) 206Ро |
800 |
50 |
[19 |
206РЬ (а, 2л) 208Ро |
1050 |
31 |
[16 |
206РЬ (а, Зл) 207Ро |
1380 |
37 |
[16 |
20бРЬ (о, 4л) 206Ро |
1270 |
47,5 |
[16 |
207РЬ (а. л )2,0Ро |
106 |
22 |
[16 |
207РЬ (а. Зя) 208Ро |
1350 |
39 |
[16 |
208РЬ (а, 2л) 210Ро |
1010 |
30 |
[16] |
209Bi (р, п) 209Ро (кривая 3). Энергетические характери стики синтеза приведены в табл. 13.
Рис. 6. Зависимость сечений (р, хп) -реакций на 209Bi от энергии протонов:
ас — геометрическое сечение; 2о(р, хп) — сумма сечений реакции;
кривые 1—8 соответствуют сечениям синтеза реакций 2ЮЩр. хп)210- х р о г где *-1ч-8,
25
Т а б л и ц а 15
Сечения реакций синтеза легких изотопов полония
,97199Ро, мбарн [20]
Е t Мэе |
209Bi (р, 13в)'«Ро |
*>9Bi |
(р, 12n)l9sPo |
209Bi (р, 11л)‘«Ро |
104 |
|
|
|
0 |
106 |
|
|
|
1,5+0,7 |
ПО |
|
|
0 |
8,6+ 4 |
120 |
|
|
20,6+7 |
|
125 |
|
|
3+4 |
23,2+7,5 |
128,8 |
0 |
|
6+2 |
19+7 |
133 |
|
10+4 |
25+8 |
|
144 |
4+2 |
|
17+7 |
28+7 |
157 |
7+4 |
|
20+8 |
28+7 |
Максимальные сечения для получения изотопов поло |
||||
ния с массами 205—210 даны |
в табл. |
14. На рис. 6—8 |
||
приведены результаты различных работ, характеризую щие зависимость сечения реакций на ^B i от энергии ча-
|
|
стиц. Сечение синтеза лег |
|||||||
|
|
ких |
изотопов |
полония |
с |
||||
|
|
массами |
197—205 |
пред |
|||||
|
|
ставлены в табл. 15—17. |
|||||||
|
|
Графическое сопостав |
|||||||
|
|
ление экспериментальных |
|||||||
|
|
данных, |
приведенных |
в |
|||||
|
|
таблицах, с теоретически |
|||||||
|
|
ми показано на рис. 9. На |
|||||||
|
|
рис. 10 и 11 даны относи |
|||||||
|
|
тельные выходы изотопов |
|||||||
|
|
полония |
по |
|
реакциям: |
||||
|
|
,87Re (19F, хп) |
20б-*Ро (*= |
||||||
|
|
= 7+ 8); |
185Re |
(19F, хп) |
|||||
|
|
204-*Ро |
(х= 7 -т-10); |
185Re |
|||||
|
|
(20Ne, |
|
хп) |
205~х |
эз |
|||
|
|
|
At—► |
||||||
|
|
эз |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
__^_205—х р о |
|
|
|
|
|
||
|
|
Были |
получены |
весо |
|||||
|
|
вые количества |
долгожи |
||||||
Рис. 7. Зависимость полного сече |
вущих |
изотопов полония: |
|||||||
ния реакции на 209Bi от энергии |
208Ро |
(74/2=2,93 года) |
и |
||||||
дейтронов: |
“ Фо |
(103 |
года). Так как |
||||||
Сплошная и пунктирные кривые — рас |
|||||||||
четные данные для различных радиу |
эти два изотопа представ |
||||||||
сов (г0) ядра; |
точки — эксперименталь |
ляют |
наибольший |
прак- |
|||||
ные |
результаты. |
||||||||
26
|
|
|
Т а б л и ц а 16 |
Сечения реакций синтеза легких изотопов полония |
|||
|
200-202рО; M f f a p H |
|
|
я р, Мэе |
2«8В1 (р, 10я)20°Ро |
209Bi (р , 9я)201Ро |
2oeBi (р, 8я)1юРо |
|
|||
72 |
|
|
0 |
75 |
- |
|
62+10 |
80 |
|
||
|
|
175+18 |
|
84 |
|
24+4 |
|
|
220+26 |
||
90 |
0 |
66+12 |
180+20 |
95 |
80+16 |
137+15 |
|
97 |
8+ 3 |
85+8 |
|
104 |
31,8+6 |
84+8 |
85+11 |
106 |
35+3 |
73+15 |
82+11 |
ПО |
60+12 |
72+15 |
71+ 10 |
116 |
57+11 |
53+10 |
71+ 10 |
120 |
48+10 |
45,5+9 |
57,5+7 |
128,8 |
43+8 |
|
|
133 |
44+8 |
40+8 |
|
144 |
39+8 |
36+7 |
50+10 |
157 |
42+8 |
|
52+6 |
Рис. 8. Зависимость полного сечения реакции на 209Bi от энергии а-частиц:
Сплошная и пунктирные кривые — расчет ные данные для различных радиусов (г0) ядра и кулоновских барьеров (В); точки О
иФ — экспериментальные результаты, по лученные различными авторами.
27
70 |
вО |
90 ■100 |
110 |
120 |
130 140 |
Ер , Мэв
Рис. 9. Экспериментальные (пунктирные кривые) и теоретиче ские (сплошные) значения сечений синтеза изотопов полония по реакциям 209Bi(/?, хп) Ро.
Рис. 10. Относительная активность, характеризующая выход изото пов полония с массовыми числами 194—197 на 185Re mo реакции
i85Re (20Ne, xn)wb~xAi— >-205-*pO; ,в зависимости от энергии ионов
20Ne:
а — энергия ионов 100—160 Мае-, б — энергия ионов 160—250 Мэе.