Каким способом получают радиоактивные изотопы

Получение радиоактивных изотопов

В работе приводится наглядный материал по теме «Получение радиактивных изотопов» для 11 и в 9 классов.

Скачать:

Вложение	Размер
poluchenie_radioaktivnyh_izotopov.pptx	1.13 МБ

Предварительный просмотр:

Подписи к слайдам:

Получение радиоактивных изотопов. Выполнила ученица 11 класса Келина Светлана МОУ «Ялгинская средняя общеобразовательная школа» Саранск, 2013г.

Изотопы радиоактивные — изотопы любого элемента периодической системы Д. И. Менделеева, атомы которых имеют неустойчивые ядра и переходят в устойчивое состояние путем радиоактивного распада, сопровождающегося излучением.

У элементов с порядковым номером больше 82 все изотопы радиоактивны и распадаются путем альфа- или бета-распада. Это — так называемые естественные радиоактивные изотопы , встречающиеся обычно в природе. Атомы, образующиеся при распаде этих элементов, если у них порядковый номер выше 82, в свою очередь подвергаются радиоактивному распаду, продукты которого также могут быть радиоактивны. Получается как бы последовательная цепочка, или так называемое семейство радиоактивных изотопов.

Радиоактивные изотопы всех химических элементов можно получить искусственным путем. Это — искусственно радиоактивные изотопы искусственныйрадиоактивный химический элемент III .

Существует несколько способов их получения. 1)радиоактивные изотопы таких элементов, как стронций , йод, бром и другие, занимающих средние места в периодической системе, являются продуктами деления ядра урана. Из смеси таких продуктов, полученных в ядерном реакторе , их выделяют, пользуясь радиохимическими и другими методами. 2)Радиоактивные изотопы почти всех элементов могут быть получены на ускорителе заряженных частиц путем бомбардировки определенных устойчивых атомов протонами или дейтронами. 3) Распространен способ получения радиоактивных изотопов из устойчивых изотопов того же элемента путем облучения их нейтронами в ядерном реакторе. Способ основан на так называемой реакции радиационного захвата. Если вещество облучают нейтронами, последние, не имея заряда, могут беспрепятственно приблизиться к ядру атома и как бы «прилипнуть» к нему, образовав новое ядро того же элемента, но с одним лишним нейтроном. При этом выделяется определенное количество энергии в виде гамма-излучения .Почему процесс и называется радиационным захватом? Дело в том, что ядра с избытком нейтронов неустойчивы, поэтому полученный изотоп радиоактивен. За редкими исключениями, таким путем можно получить радиоактивные изотопы любого элемента.

Искусственным путем были получены не известные в природе трансурановые элементы с порядковым номером больше 92 (нептуний, плутоний , америций, кюрий и т. д.), все изотопы которых радиоактивны. Один из них дает начало еще одному радиоактивному семейству — семейству нептуния.

При работе реакторов и ускорителей радиоактивные изотопы образуются в материалах и деталях этих установок и окружающего оборудования. Эта «наведенная активность», сохраняющаяся более или менее долгое время после прекращения работы установок, представляет нежелательный источник излучения. Наведенная активность возникает и в живом организме, подвергавшемся воздействию нейтронов, например при аварии или при атомном взрыве. Установка для получения радиоактивных изотопов в ИЯИ РАН.

Ускоритель заряженных частиц

Совершенно новая отрасль промышленности — получение радиоактивных изотопов из отходов атомного производства — также требует сверхтонкой очистки получаемых радиоактивных препаратов Завод по производству радиоактивных изотопов

Одним из наиболее распространенных методов получения радиоактивных изотопов является облучение стабильных изотопов быстрыми легкими ионами. Сепаратор отделяет сверхтяжелые атомы от более легких ионов кальция-48

Источник

Как получают радиоактивные изотопы

До 1934 года были известны лишь немногие, естественные радиоактивные вещества, которые добывались из руд урана и тория. Важнейшим из таких радиоактивных веществ являлся радий. Этот элемент уже в первые годы после его открытия Марией и Пьером Кюри (в конце XIX века) начал применяться в медицине для лечения злокачественных опухолей.

В 1934 году известные французские ученые Фредерик и Ирэн Жолио-Кюри открыли возможность получения искусственных радиоактивных изотопов. С тех пор изучено много ядерных реакций, ведущих к возникновению новых, не встречающихся в природе изотопов. Число таких изотопов исчисляется уже многими сотнями (около 900).

Остановимся на описании только одной ядерной реакции, наиболее важной для получения радиоактивных изотопов, в том числе многих из тех, которые применяются в медицине. Покажем, как протекает эта реакция на примере получения радиоактивного изотопа фосфора из природного фосфора (15P31).

В ядре атома фосфора 15 протонов и 16 нейтронов. При бомбардировке природного фосфора медленными нейтронами, обладающими сравнительно небольшой скоростью, часть нейтронов будет захватываться атомными ядрами фосфора. При этом ядро в момент захвата испускает гамма-излучение.

Реакцию в химических обозначениях можно записать так:

15Р31 + 0n1 =15P32 + гамма-излучение.

0n1 здесь обозначен нейтрон. Ноль слева указывает, что нейтрон не имеет заряда, а единица справа показывает, что масса его равна единице.

В ядре атома фосфора, захватившем нейтрон, число положительных зарядов не изменится, так как присоединившийся нейтрон не обладает зарядом. Не изменится и число электронов в оболочке атома. Оно останется равным числу положительных зарядов ядра, то есть 15. Изменяется лишь соотношение протонов и нейтронов. В новом ядре на 15 протонов приходится уже не 16, а 17 нейтронов. Но при этом новом соотношении ядерные силы, действующие между частицами в ядре атома нового изотопа, уже не могут обеспечить его устойчивости. Происходит перестройка ядра, которая заключается в превращении одного ядерного нейтрона в протон. При этом в ядре возникает и из него вылетает бета-частица. Ядро фосфора становится ядром другого элемента, имеющего в составе ядра уже не 15, а 16 протонов. Это будет сера (S), занимающая соседнюю с фосфором клетку в таблице Менделеева. Вот как сокращенно записывается эта реакция:

15Р32 –> 16S32 + бета-частица.

Полученный таким путем искусственный изотоп фосфора будет радиоактивным.

В настоящее время для получения искусственных радиоактивных изотопов при помощи реакции захвата нейтрона используются чаще всего нейтроны, освобождающиеся при делении ядер урана в ядерных реакторах (атомных котлах) —установках для промышленного получения атомной энергии .

Искусственный радиоактивный изотоп фосфора может быть получен и с помощью других ядерных реакций, при помощи других бомбардирующих частиц, кроме нейтронов, и не только из природного фосфора, а также из других элементов — серы, хлора. С другой стороны, помимо указанного изотопа фосфора, искусственно получены и другие его радиоактивные изотопы. Всего для фосфора их известно четыре, а для йода, например, даже семнадцать.

Из многих сотен различных радиоактивных изотопов только сравнительно немногие применяются в медицине.

Одним из условий для выбора радиоактивного изотопа с целью применения в медицине является подходящая скорость радиоактивного распада. У каждого изотопа в единицу времени распадается строго определенная часть всех имевшихся вначале радиоактивных атомов. Эту часть распадающихся за единицу времени атомов называют постоянной распада. Как показывает само название, она остается неизменной величиной для данного изотопа.

Источник

Получение и выделение радиоактивных изотопов

Известно 3 основных пути получения радиоактивных изотопов:

1. Переработка руд урана (U) и тория (Тh), в которых в результате радиоактивного распада 238 U, 235 U и 232 Тh образуются радиоактивные изотопы элементов с порядковыми номерами от 81 до 91;

2. Проведение ядерных реакций на различного рода установках с последующим извлечением изотопов из облученных мишеней;

3. Извлечение изотопов из продуктов деления урана.

Кроме того, в природе содержатся ряд долгоживущих радиоактивных изотопов, способы отделения которых не разработаны.

Основными методами выделения и очистки радиоактивных изотопов является: экстракция, соосаждение, адсорбция, хроматография, электрохимическое и электролитическое выделение, отгонка, выщелачивание.

При радиоактивном распаде естественных радиоактивных изо­топов дочерние радиоактивные изотопы находятся в смеси с ма­теринским изотопом и в большинстве случаев с рядом других радиоактивных изотопов. Все указанные радиоактивные изотопы распределены в большой массе неактивного вещества, например в рудах урана и тория.

При облучении мишени ядерными частицами радиоактивные изотопы, получающиеся в результате ядерной реакции, также рас­пределены среди большой массы неактивных атомов. Кроме того, в мишени образуются радиоактивные примеси.

При делении ядра урана образуется сложная смесь радиоак­тивных изотопов ряда химических элементов. В связи с этим вста­ет задача концентрирования, отделения и очистки радиоактивных изотопов.

Если радиоактивный изотоп получен по ядерной реакции, иду­щей без изменения заряда ядра (п., γ: п, 2п; п, п; X, X; γ, п; d, 3 H; d, p; изомерный переход), то отделение его от материала мишени может основываться лишь на эффекте отдачи, в результате кото­рой при соответствующем подборе мишени часть атомов радио­активного изотопа получается в отделимой от материнского веще­ства химической форме (иное соединение, иное валентное состоя­ние). В указанных выше реакциях необходима также очистка ра­диоактивного изотопа от радиоактивных примесей.

В случае образования радиоактивного изотопа в мишени по ядерной реакции, протекающей с изменением заряда ядра (п, р; п, α; р, п; р, γ; d, п; d, 2п; α, р; α, п; α- и β-распад и т. д.), его отделение не только .возможно, но и необходимо. При этом в ряде случаен отделение можно осуществить без добавления изотопного носителя и получить радиоактивный изотоп без носителя. В дру­гих случаях отделение проводится с разбавлением радиоактивного изотопа нерадиоактивным изотопом (изотопным носителем) дан­ного элемента, при этом может быть получен радиоактивный изотоп с носителем, имеющий удельную радиоактивность, которая зависит от количества введенного носителя. Так же как и в пер­вом случае, процесс выделения связан с очисткой от радиоактив­ных примесей.

Если радиоактивный изотоп получается в результате деления ядер или процесса глубокого расщепления, то его порядковый номер значительно отличается от порядкового номера элемента мишени, и, кроме того, он получается в сложной смеси радиоак­тивных изотопов. В этом случае выделение, как правило, прово­дится в два приема: разделение смеси радиоактивных изотопов на группы сходных элементов и далее разделение группы на от­дельные компоненты смеси.

Процесс отделения радиоактивного изотопа от материала ми­шени называется концентрированием и характеризуется коэффи­циентом обогащения, который представляет собой отношение ра­диоактивности единицы массы выделенного соединения данного элемента к радиоактивности единицы массы облученной мишени.

Основными методами выделения и очистки радиоактивных изото­пов являются: экстракция, соосаждение, адсорбция, хроматогра­фия, электрохимическое и электролитическое выделение, отгонка, выщелачивание.

39. Синтез меченных радиоактивными изотопами соединений.

химические соединения, отличающиеся изотопным составом от полученных из природного сырья, называются мечеными.

В настоящее время разработано много методов синтеза меченыхсоединений: прямой химический синтез, синтез изотопным обменом, синтез методом атомов отдачи, синтез в молекулярных и ионных пучках, синтез при β-распаде, биосинтез и др.

В производственной практике основное значение имеют прямой химический синтез, биосинтез и синтез изотопным обменом.

Синтез радиоактивных веществ имеет свои специфические особенности. Исходным для синтеза веществом служит не любое удобное соединение, а то, которое получают в процессе производства изотопа, вводимого в соединение. Количества веществ, которые берутся для синтеза, малы, так как ограничено количество радиоактивного изотопа, вводимого в реакцию, а разбавление неактивным веществом часто недопустимо, так как при этом снижается удельная активность продукта реакции. При реакции необходимо учитывать возможность радиационного разложения вещества под действием собственного излучения. Путь синтеза должен быть максимально коротким (наименьшее число стадий синтеза), по возможности без побочных реакций, приводящих к потере радиоактивного изотопа. Синтез должен проводиться в условиях, отвечающих правилам техники безопасности при работе с радиоактив­ными веществами (герметичность аппаратуры, боксы и специаль­ные вытяжные шкафы для работ с радиоактивными веществами, защитные экраны; необходимо проведение «холодного» — без радиоактивных изотопов опыта, воспроизводящего опыт с радиоак­тивными веществами, и т. д.).

Номенклатура меченых соединений дает информацию о изотопе, введенном в молекулу, и о его положении в ней. Фосфорную кислоту, меченную радиоактивным изотопом фосфора 32 Р, называют фосфорной- 32 Р кислотой, и формулу ее записывают следующим образом — Н₃ 32 Р0₄, обозначая меченый атом его массовым числом слева вверху у символа элемента.

Если в молекуле содержится несколько одинаковых атомов, то в названни соединения и формуле обозначается положение изотопного атома, например. пропионовая-2- 14 С кислота — СН₃ 14 СН₂СООН — содержит изотоп углерода 14 С в α-положении. Молекула может быть помечена и во всех положениях данного вида атомов.

При небольших удельных активностях в меченой молекуле содержится не более одного изотопного атома, поэтому, например, пропионовая кислота, меченная 14 С по всех положениях углерода в молекуле, представляет собою смесь 14СН₃СН₂СООН, СН₃ 14 СН₂СООН и СН₃СН₂ 14 СООН и записывается как пропноновая-1,2,3- 14 С кислота. Такие смеси называют многократно межмолекулярно-меченными. Если удельная активность исходного для синтеза соединения достаточно велика, то в одной молекуле может оказаться более одного изотопного атома. Такие соединения называются многократно меченными. Многократно меченная пропионовая кислота 14 СН₃ 14 СН₂ 14 СООН записывается так: пропионовая- 1,2,3- 3 С₃ кислота. Цифра 3 внизу при символе изотопа показывает, что молекула трехкратно меченная. Иногда по отношению к многократно меченным молекулам, имеющим одинаковую удельную активность во всех положениях, применяют термин равномерно меченных.

Многократно меченные соединения могут содержать и различные изотопные атомы. Например, 14 СН₃С 3 Н₂СООН — пропионовая-3- ,14 С-2- 3 Н₂ кислота. Обычно наряду с многократно меченными молекулами в смеси с ними содержатся молекулы естественною изотопного состава и однократно меченные, в нашем примере кроме молекул естественного состава — пропионовая-3- 14 С кислота и пропионовая-2- 3 Н кислота.

Синтез радиоактивных веществ, имеющих в молекуле несколько химически неравноценных атомов одного элемента, должен иметь такую схему, при которой радиоактивные изотопы занимают строго определенные положения в молекуле.

Источник