- •Глава 1. История, предмет и задачи радиохимии
- •1.1 История радиохимии
- •1.2 Предмет и задачи радиохимии
- •1.3 Особенности радиохимии
- •1.4 Значение радиохимии
- •1.5 Радиохимия и экология
- •Глава 2. Физические основы радиохимии
- •2.1 Элементарные частицы
- •2.2 Протонно-нейтронный состав ядер
- •2.3 Свойства атомного ядра
- •2.3.1 Заряд, число нуклонов и масса ядра
- •2.3.2 Размеры ядер
- •2.3.3 Изотопы, изобары, изотоны
- •2.4 Энергия ядра
- •2.4.1 Энергия покоя
- •2.4.2 Энергия связи ядра
- •2.5 Устойчивость ядер
- •2.6 Ядерные силы
- •2.7 Ядерные модели
- •2.7.1 Капельная модель
- •2.7.2 Модель ферми-газа
- •2.7.3 Оболочечная модель
- •Вопросы
- •Глава 3. Радиоактивность
- •3.1 Законы радиоактивного распада
- •3.2 Абсолютная радиоактивность
- •3.3 Период полураспада
- •3.4 Радиоактивное равновесие
- •3.5 Радиоактивные семейства
- •Вопросы
- •Глава 4. Типы ядерных превращений
- •4.1 Альфа - распад
- •4.2 Бета - распад
- •4.3 Гамма - излучение ядер (изомерный переход)
- •4.4 Спонтанное деление
- •4.5 Испускание запаздывающего протона
- •4.6 Испускание запаздывающего нейтрона
- •Вопросы
- •Глава 5. Взаимодействие ядерного излучения с веществом
- •5.1 Взаимодействие альфа – частиц с веществом
- •5.2 Взаимодействие электронов с веществом
- •5.2.1 Ионизационные потери
- •5.2.2 Тормозное излучение (радиационные потери)
- •5.2.3 Излучение вавилова – черенкова
- •5.2.4 Электронно–позитронная аннигиляция
- •5.2.5 Пробеги электронов в веществе
- •5.3 Взаимодействие гамма – квантов с веществом
- •5.3.1 Фотоэффект (фотоэлектрическое поглощение)
- •5.3.2 Комптоновское рассеяние
- •5.3.3 Образование электрон-позитронной пары
- •5.3.4 Когерентное рассеяние
- •5.3.5 Ослабление гамма-излучения в веществе
- •5.4 Взаимодействие нейтронов с веществом
- •Вопросы
- •ГлАва 6. Радиационная химия
- •6.1 Количественные характеристики радиационно –химических превращений
- •6.2 Основные виды радиационно-химических превращений
- •6.3 Радиационная химия воды и водных растворов
- •6.3.1 Выходы продуктов радиолиза воды
- •6.4 Действие ионизирующих излучений на органические вещества
- •6.5 Радиолиз водных растворов днк ( дезоксирибонуклеиновая кислота)
- •6.6 Радиолиз водных растворов белков
- •6.7 Радиационная стойкость материалов
- •6.7.1 Радиационная стойкость некоторых материалов ядерной энергетики
- •6.8 Радиационно- химические технологии
- •Глава 7. Получение радионуклидов. Ядерные реакции
- •7.1 Ядерные реакции
- •7.2 Механизм ядерных реакций
- •2. Закон сохранения числа нуклонов.
- •7.3 Основные характеристики ядерных реакций
- •7.3.1 Выход ядерной реакции
- •7.3.2 Эффективное сечение ядерных реакций
- •7.4 Классификация ядерных реакций
- •7.5 Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе
- •7.6 Получение радионуклидов по ядерным реакциям
- •7.6.1 Реакции, при которых заряд ядра z не меняется
- •7.6.4 Получение радионуклидов из продуктов распада урана и тория
- •Вопросы
- •Глава 8. Особенности поведения радиоактивных веществ в ультраразбавленных растворов
- •8.1 Коллоидообразование
- •8.2 Адсорбция
- •Вопросы
- •Глава 9. Методы выделения, разделения и концентрирования радиоактивных изотопов
- •9.1 Соосаждение
- •9.1.1 Количественная теория соосаждения
- •9.2 Экстракция
- •9.2.1 Виды экстракционных равновесий
- •9.2.2 Константа и коэффициент распределения
- •9.2.3 Достоинствами экстракционных методов являются
- •9.3 Хроматография
- •9.3.1 Ионообменная хроматография
- •9.3.2 Распределительная хроматография
- •9.3.3 Осадочная хроматография
- •9.4Электрохимические методы
- •9.4.1 Метод без применения внешней эдс (бестоковое осаждение, цементация)
- •9.4.2 Метод с применением внешней эдс ( электролиз)
- •9.4.3 Разделение изотопов методом электромиграции (электрофорез)
- •9.5 Метод сциларда – чалмерса (эффект отдачи)
- •9.6 Другие методы
- •Глава 10. Химия радиоактивных элементов
- •10.1 Технеций (экамарганец) 43Tc
- •10.2 Прометий –
- •10.3 Полоний
- •10.4 Астат (85At)
- •10.5 Радон (86Rn)
- •10.6 Франций ( 87Fr)
- •10.7 Радий (88Ra)
- •10.8 Актиноиды (89Ас, 90Th, 91Pa, 92u, 93Np, 94Pu, 95Am, 96Cm, 97Bк, 98Cf, 99Es, 100Fm, 101Md, 102No, 103Lr)
- •10.8.1 Общие свойства актиноидов
- •10.8.2 Актиний (89Ас)
- •10.8.3 Торий (90th)
- •10.8.5 Уран (92u)
- •10.9 Трансурановые элементы ( 93Np, 94Pu, 95Am)
- •10.9.1 Общие свойства трансурановых элементов
- •10.9.2 Нептуний 93Np
- •10.9.3 Плутоний (94pu)
- •10.9.4 Америций (95am )
- •10.10 Трансамерициевые актиноиды (96Cm, 97Bк, 98Cf, 99Es, 100Fm, 101Md, 102No, 103Lr)
- •10.10.1 Общие свойства трансамерициевыех актиноидов
- •10.10.1 Кюрий(96Cm)
- •10.10.2 Берклий ( 97Bk)
- •10.10.3 Калифорний (98Cf)
- •10.10.4 Эйнштейний (99Es)
- •10.10. 5 Фе́рмий (100Fm)
- •10.10.6 Менделевий 101Md
- •10.11 Трансактиноидные элементы (104Rf, 105Db, 106Sb, 107Bh, 108Hs, 109Mt, 110Ds, 111Rg, 112-118)
- •10.11.1 Общие свойства трансактиноидных элементов
- •10.11.2 Резерфордий (104Rf до 1974 г. Курчатовий)
- •10.11.3 Дубний (нильсборий, ганий)
- •Глава 11. Химия радиоактивных элементов
- •11.1 Технеций (экамарганец) 43tc
- •11.2 Прометий –
- •11.3 Полоний
- •11.4 Астат
- •11.5 Радон (86Rn)
- •11.6 Франций ( 87Fr)
- •11.7 Радий (88Ra)
- •11.8 Актиний ( 89Ас) и актиноиды
- •11.9 Торий (90Th)
- •11.10 Протактиний 91Pa
- •11.11 Уран
- •11.12 Трансурановые элементы
- •11.13 Трансамерициевые актиноиды (96Cm, 97Bк, 98Cf, 99Es, 100Fm, 101Md, 102No, 103Lr)
- •11.14 Трансактиноиды
- •Глава 12. Химия радиоактивных элементов
- •12.1 Технеций (экамарганец) 43Tc
- •12.2 Прометий –
- •12.3 Полоний
- •12.4 Астат
- •12.5 Радон ( 86Rn)
- •12.6 Франций( 87Fr)
- •12.7 Радий (88Ra)
- •12.8 Актиний ( 89Ас) и актиноиды
- •12.8.1 Общие свойства актиноидов
- •Глава 13. Некоторые вопросы прикладной радиохимии
- •14.1 Получение ядерной энергии
- •Приложение
5.1 Взаимодействие альфа – частиц с веществом
Тяжелые заряженные частицы взаимодействуют главным образом с электронами атомных оболочек, вызывая ионизацию атомов. Максимальная энергия, которая может быть передана в одном акте взаимодействия тяжелой частицей, движущейся со скоростью v << с, неподвижному электрону, равна:
Емакс = 2mev2 (5.1)
Основными силами взаимодействия б – частиц с веществом являются кулоновские силы. Проходя через вещество, заряженная частица совершает десятки тысяч соударений, постепенно теряя энергию.
Тормозная способность вещества может быть охарактеризована величиной удельных потерь dE/dx. Удельные ионизационные потери представляют собой отношение энергии Е заряженной частицы, теряемой на ионизацию среды при прохождении отрезка х, к длине этого отрезка.
Так для альфа-излучения выражение для ионизационных потерь имеет следующий вид:
, (5.2)
где Zб – заряд б – частицы;
v – средняя скорость частицы см/с;
Z – атомный номер поглотителя;
me – масса покоя электрона;
nA – число атомов поглотителя в 1 см3 поглотителя; nA = N0·с/A, где N0 – число Авогадро, с – плотность, г/см3 поглотителя, А – атомная масса поглотителя.
B – коэффициент торможения.
После замены в nA = N0·с/A и объединения постоянных в К получим:
, (5.3)
Как видно из этой формулы тормозная способность среды в отношении заряженных частиц пропорциональна плотности среды и порядковому номеру атомов поглотителя
Удельные потери энергии возрастают с уменьшением энергии частицы и особенно резко перед остановкой в веществе. Этот эффект используется в терапии рака, где очень важно обеспечить максимальное выделение энергии в глубоко расположенной опухоли, причиняя при этом минимальный вред окружающей здоровой ткани.
Основными процессами при взаимодействии альфа- частиц с веществом являются процессы ионизационного торможения.
Благодаря разнице масс взаимодействующих частиц (mб = 7350 м.е.), альфа – частица практически не отклоняется от первоначального направления, траектория движения ее прямолинейна (за исключением случаев прохождения вблизи ядра или столкновения с ним). Пройдя определенный для данного радионуклида путь, альфа – частица теряет энергию на ионизацию и возбуждение атомов и молекул среды.
Ионизация атомов среды альфа-частицами возможна только тогда, когда энергия отдаваемая альфа-частицей электрону больше энергии его связи с ядром (энергии ионизации атома).
Как только альфа-частица замедляется после прохождения некоторого пути в веществе, ее кинетическая энергия стала меньше потенциала ионизации атомов окружающей среды, дальнейшее уменьшение ее энергии происходит за счет возбуждения атомов и молекул. Механизм такого возбуждения сводится к взаимодействию электронных оболочек атомов с б – частицей без выбивания электронов. При этом происходит их переход на более высокий энергетический уровень. В конечном счете, вся энергия возбуждения переходит в тепловую. Вещество, через которое проходит б – частица нагревается. Иногда наблюдается люминисценция некоторых соединений.
Для определенной среды и частицы с данным зарядом Z величина dE/dx является функцией только кинетической энергии: dE/dx= (E). Проинтегрировав это выражение по всем значениям Е от 0 до Еmax, можно получить полный пробег частицы, то есть полный путь (R), который заряженная частица проходит до остановки и полной потери кинетической энергии:
Путь, который проходит б – частица до полной потери энергии, называется длиной пробега, является константой, характеризующей б – излучение и, обозначается R. Понятием R пользуются для оценки проникающей способности б – частиц. Пробег R измеряется в см или в массовой толщине (d) (г/см2) поглотителя.
Длина пробега в воздухе и энергия б – частицы взаимосвязаны эмпирическим соотношением:
, (5.4)
где K – постоянная, равная 0,318, а Е – энергия альфа – частицы, МэВ;
Пробег б – частиц в воздухе для всех б – частиц колеблется от 2,5 до 8,5 см.
Поэтому б – частицы даже самой большой энергии поглощаются даже листом бумаги.
Из всех известных частиц, испускаемых радиоактивными атомами, альфа – частицы обладают наибольшей ионизационной способностью. В воздухе при нормальных условиях б – частица образует 150-250 тысяч пар ионов на 1 см пути.
Независимо от того, по какому пути идет взаимодействие альфа-частиц с веществом, заторможенные до обычных молекулярных скоростей, они последовательно присоединяют два электрона и превращаются сначала в одноименно заряженные ионы, а затем в атомы гелия.
Таблица 5.1 Пробеги альфа-частиц в воздухе, биологической ткани, алюминии.
Энергия -частиц, МэВ |
4 |
6 |
8 |
10 |
воздух, см |
2.5 |
4.6 |
7.4 |
10.6 |
Биологическая ткань, мкм |
31 |
56 |
96 |
130 |
алюминий, мкм |
16 |
30 |
48 |
69 |
За счет энергии, выделяющейся при торможении альфа- частиц в веществе, в нем возможны различного рода изменения. Например, люминисценция некоторых веществ или тепловой эффект. Кроме того, под воздействием альфа-излучения различной энергии могут в веществе могут присходить химические превращения (разложение воды с образование различных радикалов и молекул, разложение или полимеризация органических молекул).
Альфа-лучи обладают физиологическим действием. На коже вызывает ожоги и воспалительные процессы. Попадание альфа-радиоактивных веществ внутрь организма может привести к смертельному исходу, так как в этом случае вся энергия частиц передается ткани организма, в результате чего в ней возникают необратимые процессы.