Radioaktivní kovy

Uran, thorium a některé další prvky mají tu vlastnost, že nepřetržitě a bez jakýchkoliv vnějších vlivů (tedy pod vlivem vnitřních příčin) vyzařují neviditelné záření, které stejně jako rentgenové záření může pronikat neprůhlednými clonami a má fotografické a ionizační účinky.

Vlastnost spontánní emise takového záření se nazývá radioaktivita. Prvky, které mají tuto vlastnost, se nazývají radioaktivní prvky a záření, které vyzařují, se nazývá radioaktivní záření. Radioaktivní vlastnosti poprvé objevil v roce 1896 v uranu francouzský fyzik Antoine Henri Becquerel (1852-1908).

Objev radioaktivity následoval po objevu rentgenového záření. Emise rentgenového záření byla poprvé pozorována, když byly skleněné stěny výbojky bombardovány katodovými paprsky. Nejúčinnějším výsledkem takového bombardování je intenzivní zelená záře skla, luminiscence (viz svazek II, § 102). Tato okolnost naznačovala, že rentgenové záření je produktem luminiscence a doprovází veškerou luminiscenci a doprovází „odsouzené světlem“.

Becquerel zahájil experimentální testování tohoto předpokladu. Světlem vzbudil luminiscenční látky a pak je přinesl na fotografickou desku zabalenou v černém papíru. Emise pronikajícího záření by měla být detekována zčernáním fotografické desky po vyvolání. Ze všech luminiscenčních látek testovaných Becquerelem pouze uranová sůl způsobila zčernání plastu přes černý papír. Ukázalo se však, že vzorek, dříve vzrušený silným vývojem, poskytl stejné zčernání jako vzorek nevybuzený. Z toho vyplynulo, že záření emitované uranovou solí není spojeno s luminiscencí, ale je vyzařováno bez ohledu na vnější vlivy. Tento závěr potvrdily experimenty s neluminiscenčními sloučeninami uranu – všechny vydávaly pronikavé záření.

Po Becquerelově objevu radioaktivity uranu zkoumala většinu známých prvků polská a francouzská fyzička Marie Skłodowska-Curie (1867-1934), která prováděla hlavní vědeckou práci ve spolupráci se svým manželem Pierrem Curiem (1859-1906). a mnoho z jejich sloučenin za účelem stanovení Má některá z nich radioaktivní vlastnosti? M. Curie ve svých pokusech využívala schopnosti radioaktivních látek ionizovat vzduch jako znak radioaktivity. Tento znak je mnohem citlivější než schopnost radioaktivních látek působit na fotografickou desku. Ionizační účinek radioaktivního léčiva lze snadno detekovat pomocí experimentu znázorněného na Obr. 376 (srov. II. díl, § 92). Experimenty M. Curie vedly k následujícím výsledkům.

Rýže. 376. Měření ionizačního proudu: 1 – těleso ionizační komory, 2 – elektroda oddělená od 1 izolační zátkou 3.4 – zkoumaný lék, 5 – elektrometr. Odpor . Při dostatečně vysokém napětí baterie se všechny ionty vzniklé v objemu komory ionizujícím zářením shromažďují na elektrodách a komorou bodů prochází proud úměrný ionizačnímu účinku léčiva. V nepřítomnosti ionizačních činidel je vzduch v komoře nevodivý a proud je nulový

1. Radioaktivitu detekuje nejen uran, ale také všechny jeho chemické sloučeniny. Kromě toho byly radioaktivní vlastnosti objeveny ještě u jednoho prvku – thoria a všech jeho chemických sloučenin.

2. Radioaktivita léku s jakýmkoli chemickým složením se rovná radioaktivitě čistého uranu nebo thoria, odebraného v množství, v jakém jsou obsaženy v tomto léku.

Poslední výsledek znamená, že vlastnosti molekuly obsahující radioaktivní prvek neovlivňují radioaktivitu. Radioaktivita tedy není molekulární jev, ale vnitřní vlastnost atomů radioaktivního prvku.

Kromě čistých prvků a jejich sloučenin studoval Curie také různé přírodní minerály. Ukázalo se, že radioaktivita minerálů je způsobena přítomností uranu nebo thoria v nich. Zároveň však některé minerály vykazovaly nečekaně vysokou radioaktivitu. Ruda z uranové pryskyřice tedy poskytla čtyřikrát větší ionizaci než uran, který obsahovala.

Zvýšenou aktivitu pryskyřičné rudy bylo možné vysvětlit pouze příměsí neznámého radioaktivního prvku v množství tak malém, že uniklo chemické analýze. Přes svůj nízký obsah tento prvek vyzařoval více radioaktivního záření než hojný uran. V důsledku toho by radioaktivita tohoto prvku měla být mnohonásobně silnější než radioaktivita uranu.

Na základě těchto úvah Pierre a Marie Curie provedli chemickou izolaci hypotetického prvku z rudy uranové pryskyřice. Kontrolou nad úspěšností chemických operací byla radioaktivita na jednotku hmotnosti výsledného produktu, která se měla zvyšovat se zvyšujícím se obsahem nového prvku v něm. Po několika letech usilovné práce se jim skutečně podařilo získat několik desetin gramu čistého prvku, jehož radioaktivita byla více než milionkrát větší než u uranu. Tento prvek se nazývá radium (tj. zářivý).

Radium patří podle svých chemických vlastností mezi kovy alkalických zemin. Jeho atomová hmotnost se ukázala být rovna 226. Na základě chemických vlastností a atomové hmotnosti bylo radium umístěno do dosud prázdné buňky č. 88 Mendělejevovy periodické soustavy.

Radium je stálým společníkem uranu v rudách, ale je obsaženo v zanedbatelných množstvích – přibližně radium na uran; S ohledem na to je těžba radia velmi pracný proces. Radium je jedním z nejvzácnějších a nejdražších kovů. Je ceněn jako koncentrovaný zdroj radioaktivního záření.

Další výzkum Curie a dalších vědců významně rozšířil počet známých radioaktivních prvků.

Všechny prvky se sériovým číslem větším než 83 se ukázaly jako radioaktivní. Byly nalezeny jako drobné nečistoty v uranu, radiu a thoria.

Stejným způsobem byly nalezeny radioaktivní izotopy prvků thallia, olova a vizmutu. Je třeba poznamenat, že pouze vzácné izotopy těchto prvků ve směsi s uranem, radiem a thoriem jsou radioaktivní. Obyčejné thalium, olovo a vizmut jsou neradioaktivní.

Kromě prvků, které tvoří koně Mendělejevovy periodické tabulky, se jako radioaktivní ukázaly také následující prvky: samarium, draslík, rubidium. Radioaktivita těchto prvků je slabá a obtížně zjistitelná.

  Cesium-137, Cs-137
  Cesium-137, známé také jako radiocesium, je jednou z hlavních složek radioaktivní kontaminace biosféry. Obsaženo v radioaktivním spadu, radioaktivním odpadu, výpustích z továren zpracovávajících odpad z jaderných elektráren. Intenzivně sorbován půdou a spodními sedimenty; ve vodě se nachází především ve formě iontů. Obsaženo v rostlinách a tělech zvířat a lidí.
  U zvířat se 137Cs hromadí především ve svalech a játrech
  K uvolňování cesia-137 do životního prostředí dochází především v důsledku jaderných testů a havárií v jaderných elektrárnách
  Jsou známy případy kontaminace životního prostředí v důsledku neopatrného skladování zdrojů cesia-137 pro lékařské a technologické účely.
  Biologické působení
  Cesium-137 proniká do živých organismů především dýchacími a trávicími orgány. Kůže má dobrou ochrannou funkci

Absorbovaná dávka záření je měřena energií ionizujícího záření přenesenou na hmotu ozařované látky.
  Jednotkou absorbované dávky je šedá (Gy), rovná 1 joulu absorbovanému 1 kg látky
  1 Gy = 1 J/kg = 100 rad.


  Rozvoj radiačních poranění u člověka lze očekávat při absorpci dávky přibližně 2 Gy a více. Příznaky jsou v mnoha ohledech podobné akutní nemoci z ozáření během gama záření: depresivní stav a slabost, průjem, ztráta hmotnosti, vnitřní krvácení
  Radionuklidy Cs-137, pronikající do lidského těla, jsou zabudovány do životně důležitých orgánů. Současně dochází v buňkách k dystrofickým a nekrobiotickým změnám, spojených především s narušením energetických mechanismů a vedoucích k poruchám vitálních funkcí organismu. Závažnost poškození je přímo závislá na množství Cs-137 inkorporovaného tělem a jednotlivými orgány. Tyto léze mohou představovat nebezpečí především jako induktory mutací v genetickém aparátu zárodečných a somatických buněk.

Schopnost Cs-137 způsobovat mutace v zárodečných buňkách bude v dalších generacích základem pro výskyt intrauterinního odumírání embrya, vrozených vývojových vad, patologií plodu a novorozence a onemocnění dospělého organismu spojených s nedostatečnou genovou aktivitou. .

Toto vnitřní ozáření těla je také extrémně nebezpečné, protože je kombinováno se schopností radionuklidů Cs-137 a jejich produktů rozpadu ve formě barya ovlivňovat biologické struktury, interagovat s receptorovým aparátem buněčných membrán a měnit stav regulační procesy.

Byl odhalen vztah mezi frekvencí srdečních poruch u dětí a obsahem radionuklidů v jejich těle. Zvláštní pozornost je třeba věnovat tomu, že přítomnost i relativně malých množství Cs-137 v těle dětí 10-30 Bq/kg (současně je koncentrace tohoto radionuklidu v srdeční tkáni mnohem vyšší) vede ke zdvojnásobení počtu dětí s elektrokardiografickými poruchami.
  V tomto ohledu budou faktory prostředí, které potlačují funkci systémů regulujících (stimulujících) činnost genetického aparátu buněk, induktory (provokatéry) výskytu mnoha onemocnění. Cs-137 je schopen v relativně malých množstvích potlačovat činnost regulačních systémů těla a především imunitního systému.
  Poločas rozpadu cesia-137 je 30 let.

  Radium, Ra-226
  radioaktivní izotop chemického prvku radium s atomovým číslem 88 a hmotnostním číslem 226. Patří do rodiny radioaktivního uranu-238
  Nejstabilnějším izotopem je radium-226 (226Ra), vznikající při rozpadu uranu. Poločas rozpadu radia-226 je 1600 let a procesem rozpadu vzniká radioaktivní plyn radon.
  Radium-226 je zdrojem alfa záření a je považováno za potenciálně škodlivé pro lidskou kostní tkáň.
  V přírodních vodách se vyskytuje v zanedbatelných koncentracích.
  aplikace
  Soli radia se používají v lékařství jako zdroj radonu (viz RADON) pro přípravu radonových koupelí.

Vznikají nádory kostní tkáně a orgánů, uzavřené v kostním pouzdru (hematopoetická tkáň, hypofýza) nebo topograficky blízko něj (sliznice dutiny ústní, dutina čelistní).

  Kobalt-60, Co-60
  Kobalt-60, radiokobalt je radioaktivní nuklid chemického prvku kobalt s atomovým číslem 27 a hmotnostním číslem 60. V přírodě se pro svůj krátký poločas rozpadu prakticky nevyskytuje. Otevřeno na konci 30. let 20. století

Aktivita jednoho gramu tohoto nuklidu je přibližně 41,8 TBq. Poločas rozpadu kobaltu-60 je 5,2 roku
  Aplikace Kobalt-60 se používá při výrobě zdrojů gama záření o energii asi 1,3 MeV, které se používají pro:
  - sterilizace potravinářských výrobků, lékařských nástrojů a materiálů;
  - aktivace semenného materiálu (pro stimulaci růstu a výnosu obilných a zeleninových plodin);
  - dezinfekce a čištění průmyslových odpadních vod, pevných a kapalných odpadů z různých druhů výroby;
  - radiační modifikace vlastností polymerů a výrobků z nich;
  - radiochirurgie různých patologií (viz „kobaltová pistole“, gama nůž);
  - detekce gama defektů.
  Kobalt-60 se také používá v systémech pro sledování hladiny kovu ve formě během kontinuálního lití oceli. Je to jeden z izotopů používaných v radioizotopových zdrojích energie.
  Jeho paprsky mají vysokou pronikavost. Pokud jde o sílu záření, 17 gramů radioaktivního kobaltu odpovídá 1 kilogramu radia - nejsilnějšího přírodního zdroje záření. Proto se při získávání, skladování a přepravě tohoto izotopu, ale i dalších, pečlivě dodržují nejpřísnější bezpečnostní pravidla a jsou přijímána všechna potřebná opatření ke spolehlivé ochraně lidí před smrtícími paprsky.

Radioaktivní kobalt má mnoho „profesí“. Například v průmyslu se stále častěji používá gama defektoskopie, tzn. kontrola kvality produktu jeho vystavením gama záření, jehož zdrojem je izotop kobaltu-60. Tato zkušební metoda umožňuje za použití relativně levného a kompaktního zařízení snadno odhalit praskliny, póry, píštěle a další vnitřní vady v masivních odlitcích, svarech, sestavách a dílech umístěných na těžko dostupných místech. Vzhledem k tomu, že gama záření je zdrojem distribuováno rovnoměrně do všech směrů, umožňuje metoda současně sledovat velké množství objektů a současně kontrolovat válcové výrobky po celém obvodu.

Radioaktivní kobalt se používá ke kontrole a regulaci hladiny roztaveného kovu v tavicích pecích, hladiny vsázkových materiálů ve vysokých pecích a bunkrech a k udržování hladiny tekuté oceli ve formě zařízení pro plynulé lití.

Zařízení zvané gama měřič tloušťky rychle a s vysokou mírou přesnosti zjišťuje tloušťku oplechování lodního trupu, stěn potrubí, parních kotlů a dalších výrobků, když se nelze dostat na jejich vnitřní povrch, a proto jsou běžné přístroje bezmocné.

Kobalt se používá i v lékařství. Zrna izotopu kobaltu-60, umístěná v lékařských „zbraních“, aniž by způsobila poškození lidského těla, bombardují vnitřní zhoubné nádory gama paprsky, což má škodlivý účinek na rychle se množící nemocné buňky, pozastavuje jejich činnost a tím odstraňuje ložiska hrozná nemoc.
  V přístroji pro ozařování hluboko ležících zhoubných nádorů, „kobaltové pistoli“ GUT-400 (terapeutická gama instalace), množství kobaltu-60 svou aktivitou odpovídá 400 g radia. To je velmi velké množství, žádná laboratoř nemá takové množství radia. Ale je to právě vysoká aktivita, která umožňuje pokusy léčit nádory umístěné hluboko v těle pacienta.
  Navzdory svým širokým výhodám je však záření zářením a nekontrolované vystavení vede k výše popsaným smutným důsledkům.

  Thorium-232, Th-232
  Thorium-232 je přirozeně se vyskytující radioaktivní nuklid chemického prvku thorium s atomovým číslem 90 a hmotnostním číslem 232.
  Je to nejdéle žijící izotop thoria, alfa-radioaktivní s poločasem rozpadu 1,405·10 10 (14 miliard) let.
  Thorium-232 je alfa zářič
  Aktivita jednoho gramu tohoto nuklidu je 4 070 Bq.
  Ve formě léku Thorotrast byla jako kontrastní látka v časné RTG diagnostice použita suspenze oxidu thoričitého. V současnosti jsou přípravky thorium-232 klasifikovány jako karcinogenní
  Vstup thoria do gastrointestinálního traktu (těžký kov, navíc radioaktivní!) nezpůsobuje otravu. To se vysvětluje skutečností, že žaludek má kyselé prostředí a za těchto podmínek jsou sloučeniny thoria hydrolyzovány. Konečným produktem je nerozpustný hydroxid thorium, který se vylučuje z těla. Pouze nereálná dávka 100 g thoria může způsobit akutní otravu...
  Dostat se thoria do krve je však extrémně nebezpečné. Důsledkem toho mohou být onemocnění hematopoetického systému, vznik specifických nádorů.

  Plutonium-239, Pu-239
  Plutonium-239 (angl. plutonium-239) je radioaktivní nuklid chemického prvku plutonium s atomovým číslem 94 a hmotnostním číslem 239.
  Přirozeně se vyskytuje v extrémně malých množstvích v uranových rudách.
  Aktivita jednoho gramu tohoto nuklidu je přibližně 2,3 GBq.
  Plutonium-239 má poločas rozpadu 24 100 let.
  Plutonium-239 se používá:
  - jako jaderné palivo v jaderných reaktorech využívajících tepelné a zejména rychlé neutrony;
  - při výrobě jaderných zbraní;
  - jako výchozí materiál pro výrobu prvků transplutonia.
  Plutonium bylo objeveno na konci roku 1940.
  Ačkoli se plutonium zdá být chemicky toxické, jako každý těžký kov, tento účinek je ve srovnání s jeho radiotoxicitou slabý. Toxické vlastnosti plutonia se objevují jako důsledek radioaktivity alfa. Alfa částice jsou vážným nebezpečím pouze tehdy, pokud je jejich zdroj v těle (tj. plutonium musí být požito). Přestože plutonium také vyzařuje gama paprsky a neutrony, které mohou vstoupit do těla zvenčí, hladiny jsou příliš nízké na to, aby způsobily mnoho škod.

Alfa částice poškozují pouze tkáň, která obsahuje plutonium nebo je s ním v přímém kontaktu. Významné jsou dva typy účinku: akutní a chronická otrava. Pokud je úroveň záření dostatečně vysoká, tkáně mohou trpět akutní otravou, toxický účinek se projevuje rychle. Pokud je hladina nízká, vytváří se kumulativní karcinogenní účinek.

Plutonium se velmi špatně vstřebává gastrointestinálním traktem, i když vstupuje ve formě rozpustné soli, je následně stále vázáno obsahem žaludku a střev. Znečištěná voda v důsledku predispozice plutonia ke srážení z vodných roztoků a k tvorbě nerozpustných komplexů s jinými látkami má tendenci k samočištění.

Říká se jim radioaktivní chemické prvky, jejichž všechny izotopy jsou radioaktivní, to znamená soubor radioaktivních atomů se stejným jaderným nábojem. Je známo, že v současné době je možné získat radioaktivní izotopy téměř všech prvků Mendělejevovy periodické tabulky, ale takové prvky se obvykle neoznačují jako radioaktivní.

Většinou radioaktivní jsou těžké prvky umístěné na konci periodické tabulky po bismutu. Vizmut je posledním stabilním prvkem v systému, protože dosahuje limitního poměru počtu neutronů a protonů (N/Z = 126/83 = 1,518, což ještě zajišťuje stabilitu jádra. Pro prvky se Z> 83, počet neutronů je příliš vysoký a nestabilita samotného neutronu začíná ovlivňovat Pouze dva prvky - technecium (č. 43) a promethium (č. 61) - toto pravidlo nedodržují a jejich nestabilita je spojena s další okolností. Nepřítomnost technecia a promethia v přírodě je způsobena dvěma důvody, které mají kratší poločas rozpadu, než je stáří Země, a za druhé, tyto prvky nejsou členy přirozených radioaktivních sérií, takže jejich zásoby se vlivem radioaktivity neobnovují rovnováha Navíc absence stabilních izotopů - technecia (č. 43) a promethia (č. 61) díky pravidlům kvantově mechanického výběru.

Chemie radioaktivních prvků se liší od chemie neradioaktivních prvků ve výše zmíněných vlastnostech. V přírodních objektech a při umělé výrobě se radioaktivní prvky nacházejí v ultra nízkých koncentracích, takže studium jejich vlastností se obvykle provádí pomocí specifických metod. Klasickými chemickými metodami byly od prvních let jejich objevu studovány pouze uran a thorium. V posledních letech bylo možné studovat takové radioaktivní prvky jako neptunium, plutonium, technecium, polonium a některé další v analytických množstvích.

Radioaktivní prvky se dělí na přirozené (přirozené) a umělé. Přírodní radioaktivní prvky zahrnují prvky se sériovými čísly od 84 do 92: uran, thorium a produkty jejich rozpadu, polonium, astat, radon, francium, radium, aktinium a protaktinium.

Mezi umělé prvky patří technecium, promethium a tzv. transuranové prvky s pořadovými čísly od 93 do 110: neptunium, plutonium, americium, curium, berkelium, californium, einsteinium, fermium, mendelevium, nobelium, lawrencium, rutherfordium.) , dubnium (č. 105), seaborgium (č. 106), bohrium (č. 107), hassium (108), meitnerium (č. 109), roentgenium (č. 110).

Prvky od aktinia (č. 89) po lawrencium (č. 103) tvoří skupinu tzv. aktinidy.

Rozdělení radioaktivních prvků na přírodní a umělé je libovolné. Astat byl nejprve získáván uměle a později byly objeveny jeho krátkodobé izotopy v rodinách uranu-238, uranu-235 a thoria-232 Umělý prvek plutonium v ​​koncentraci 10 -14 g na 1 g uranu. uranové rudy. Radioaktivní izotopy všech přírodních prvků se získávají uměle.

Radioaktivní prvky svou chemickou podstatou nepatří do určitého období ani do určité skupiny prvků periodické tabulky. Mezi nimi jsou sp - prvky (francium, radium, polonium, radon, astat), d - prvky (technecium, prvky se Z ≥ 104), jakož i f - prvky (promethium a prvky se Z = 89 ÷ 103).

Pochopit a studovat chemii radioaktivních prvků, znalost vlastností a chování odpovídajících stabilní analogy.

Popis radioaktivních prvků se obvykle provádí podle následujícího schématu:

pozice v periodické tabulce;

historie objevů;

fyzikální vlastnosti;

Chemické vlastnosti;

izolační metody;

metody stanovení;

aplikace.

Navrhovaná posloupnost prezentace vlastností radioaktivních prvků je založena na zvýšení jejich atomového čísla.

11.1 TECHNETIUM (EKAMANGAN) 43 TC

DI. Mendělejev předpověděl existenci technecia, nechal pro něj v tabulce prázdnou buňku a pojmenoval ho ekamangan. Objev prvku číslo 43 byl oznámen několikrát, ale pokaždé bylo oznámení chybné. Četné pokusy o detekci prvku č. 43 v přírodě byly neúspěšné. V roce 1934 německý fyzik Matthauch formuloval pravidlo, že liché stabilní izotopy nemohou mít stabilní izobary. Pokud je tedy izotop prvku č. 41 niob-93 stabilní, pak izotopy sousedních prvků – zirkonia-93 a molybdenu-93 musí být nutně radioaktivní. Pravidlo platí pro všechny prvky včetně prvku číslo 43. Tento prvek se nachází mezi molybdenem (atomová hmotnost 95,92) a rutheniem (atomová hmotnost 101,07). V důsledku toho by hmotnostní čísla stabilních izotopů tohoto prvku neměla překročit rozsah 96-102. Ale všechna stabilní „volná místa“ v tomto rozsahu jsou obsazena. Molybden má stabilní izotopy s hmotnostními čísly 96, 97, 98 a 100 a ruthenium stabilní izotopy s hmotnostními čísly 99, 101, 102 a některé další. To znamená, že prvek číslo 43 nemůže mít jediný neradioaktivní izotop. Objev prvku číslo 43 byl oznámen několikrát, ale pokaždé bylo oznámení chybné. V roce 1934 německý fyzik Matthauch formuloval pravidlo, podle kterého je možné stanovit přítomnost stabilních izotopů v prvku. Podle tohoto pravidla musí být všechny izotopy prvku 43 radioaktivní. V roce 1937 E. Segre a C. Perrier v Palermu identifikovali technecium ve vzorku molybdenu ozářeného deuterony v cyklotronu reakcí:

Prvek číslo 43 byl pojmenován technecium z řeckého slova technetos (umění), byl to tedy první uměle vyrobený prvek. Vzhledem k tomu, že molybden se skládá z několika stabilních izotopů, při jeho bombardování se vytvoří několik izotopů technecia:

; ; .

Technecium se následně získávalo například jinými jadernými reakcemi

; ; .

V současné době se technecium vyrábí dvěma způsoby. Jedním z nich je ozařování molybdenu neutrony v jaderném reaktoru:

Poločas rozpadu je 2,12·10 5 let. Když se 1 kg oxidu molybdenového ozařuje po dobu dvou měsíců v reaktoru s hustotou toku neutronů 10 14 cm -2 ∙s -1, vznikne 10-15 mg technecia-99.

Druhým způsobem je izolace technecia z produktů štěpení uranu, které je nyní hlavním zdrojem jeho výroby. V reaktoru o výkonu cca 1000 MW se během roku nashromáždí cca 9 kg. Tím se stává dostupným materiálem pro technické účely.

V letech 1952-53 spektrální čáry technecia byly objeveny ve spektrech hvězd. Soudě podle spekter, prvek č. 43 tam není o nic méně rozšířen než zirkonium, niob, molybden, ruthenium. To znamená, že syntéza prvků ve Vesmíru pokračuje.

V zemské kůře dochází k tvorbě technecia při samovolném štěpení uranu-235 a v důsledku jaderných reakcí molybdenu, niobu a ruthenia, probíhajících pod vlivem kosmického záření, neutronů ze samovolného štěpení uranu a částic alfa. vznikající při rozpadu přírodních radioaktivních prvků. Obsah 99 Tc se odhaduje na 5∙10 -10 g na kg uranu-235.

V současné době je známo 20 izotopů a jaderných izomerů technecia s hmotnostními čísly od 92 do 107 as poločasy od několika sekund do 2,10 6 let. Nejdůležitější z nich jsou izotop a jeho jaderný izomer.

Elementární technecium je kov stříbrné barvy, který patří do skupiny YII prvků periodické tabulky D. I. Mendělejeva. Při nízkých teplotách má supravodivost.

Technecium odkazuje do podskupiny manganu (Mn – Tc – Re). Chemická aktivita prvků manganové podskupiny v řadě klesá Mn – Tc – Re. Z hlediska chemických vlastností má technecium blíže k rheniu než k manganu. Rhenium i technecium tvoří sloučeniny s oxidačním stavem od +1 do + 7. Nejstabilnější a nejcharakterističtější oxidační stav technecia je však +7. V nižších oxidačních stavech je technecium více podobné manganu a ve vyšších oxidačních stavech je více podobné rheniu. Pro technecium (V11) jsou známy takové sloučeniny jako oxid Tc207, kyselina HTc04 a její soli. НTcО 4 je tmavě červený hygroskopický krystal, vysoce rozpustný ve vodě. Z hlediska síly je kyselina technická v řadě: HClO 4 > HMnO 4 > HTcO 4 > HReO 4. Soli těchto kyselin jsou izomorfní. Ve stejné sérii klesá rozpustnost solí. Proto se vyznačují tvorbou špatně rozpustných solí s kationty jako Cs +, Tl 3+, [(C 6 H 5)As] +, [(C 6 H 5)P] +.

Další oxidační stavy technecia jsou charakterizovány hydrolýzou a komplexačními reakcemi, které hrají důležitou roli v chemii tohoto prvku.

Protože technecium je obsaženo v produktech štěpení uranu a molybdenových terčích, důležitým úkolem je oddělit technecium od produktů štěpení a od molybdenu.

Podle stupně účinnosti lze metody izolace technecia seřadit takto: extrakce > výměna iontů > srážení > destilace > elektrochem. Například koprecipitační metody se sulfidy těžkých kovů a málo rozpustnými chloristany lze použít k oddělení technecia od štěpných produktů Po zavedení ClO jako nosiče se technecium vysráží tetrafenylarsoniumchloridem ve formě [(C 6 H 5)As]TcO. 4 a poté čištěn elektrochemickým srážením nebo destilací ve formě Tc207.

Ke stanovení technecia se používají metody radiometrické, aktivační, spektrofotometrické, elektrochemické a gravimetrické. Hmotnostní formy technecia jsou tetrafenylarsonium pertechnáty a heptasulfid. aplikace technecium je dáno jak svými jedinečnými vlastnostmi, tak i příznivými jadernými fyzikálními vlastnostmi svého hlavního izotopu (dlouhý poločas rozpadu, měkké záření B). Vlastnit vysoká odolnost proti korozi a malým aktivačním průřezem je technecium slibným materiálem antikorozní nátěry v reaktorové technice. Pertechnát - iont v prostředí obsahujícím kyslík v koncentraci několika mg/l je jedním z nejsilnějších inhibitorů koroze oceli. Supravodivost technecia a jeho slitin umožňuje jejich použití jako konstrukční materiál pro supravodivé magnety a také pro výrobu vysokoteplotních termočlánků. slouží k přípravě zářičů používaných v radiografii a ke zkoušení radiometrických a dozimetrických přístrojů. V lékařství se používá k diagnostice onemocnění štítné žlázy, myokardu srdce, mozku, kostí a urologických onemocnění. K jeho získání se připraví izotopový generátor, který se adsorbuje z roztoku kyseliny dusičné na koloně Al 2 O 3 a následně se technecium vymyje zředěnou kyselinou dusičnou.

11.2 PROMETHIUM –

Domněnku o existenci prvku s pořadovým číslem 61 vyslovil B. Brauner v roce 1902. Pátrání po tomto prvku v přírodě bylo neúspěšné. Podle Mattauchova pravidla nemohou mít jádra prvku s atomovým číslem 61 stabilní izotopy, prvek je radioaktivní. Prvek s atomovým číslem 61 poprvé získali v roce 1938 M. Poole a L. Quill ozářením neodymu deuterony pomocí jaderné reakce

V těchto studiích však nebyla provedena chemická izolace. Promethium bylo poprvé chemicky izolováno z produktů štěpení uranu v roce 1947 G. Marinskym a L. Glendeninem pomocí metody iontové výměny pro oddělení prvků vzácných zemin. Vědci, kteří izolovali nový chemický prvek, jej pojmenovali na počest mytologického titána Prométhea, který ukradl oheň a dal ho lidem.

Promethium bylo možné v zemské kůře detekovat až poté, co bylo získáno uměle. V přírodě může přežít pouze promethium-145, protože jeho poločas rozpadu je srovnatelný s životností zemské kůry. V uranových rudách je tento izotop obsažen v množství 4,10 -15 mg na 1 g uranu.

V současné době je známo 22 izotopů a jaderných izomerů promethia, ale nejdostupnější a nejpraktičtější je (T 1/2 = 2,7 roku).

Hlavním zdrojem výroby je štěpení jader uranu-235. V jaderném reaktoru o výkonu 100 kW se denně vyrobí 1 mg, což umožňuje získat tento izotop v kilogramovém množství.

Dalším zdrojem produkce je reakce:

Jde o radioaktivní toxickou látku s dlouhou životností, která vzniká při výbuchu atomové bomby.

Promethium je součástí cerové skupiny lanthanoidů. Elektronová konfigurace neutrálního atomu promethia odpovídá vzorci 5f 5 6s 2.

Nejbližšími chemickými analogy promethia jsou jeho sousední lanthanoidy - neodym a samarium. Jeho chemické vlastnosti jsou velmi podobné neodymu a dalším lanthanoidům. Promethium metal, T pl. =1168,С 0. Podle jeho pozice v periodické tabulce je jediný stabilní oxidační stav promethia +3. V čistém stavu oxid Pm 2 O 3, chlorid PmCl 3, žluté barvy, a dusičnan Pm(NO 3) 3, růžové barvy, a také Pm ​​2 (C 2 O 4) 3 · 10 H 2 oxalát, byly obdrženy. Promethium, stejně jako jiné prvky vzácných zemin, tvoří komplexní sloučeniny s velkým počtem ligandů s koordinačními čísly 7, 8, 9 a 12. Povaha vazby prvek-ligand je převážně iontová.

V extrémně zředěných roztocích při pH< 3 прометий находится в ионном состоянии. При рН >3, následkem hydrolýzy začíná tvorba radiokoloidů. Při pH 6-7 je promethium silně adsorbováno na skle.

Nejdůležitější metody vybít promethium je iontoměničová chromatografie a extrakce. K izolaci promethia se využívají i procesy koprecipitace založené na izomorfismu oxalátů a fluoridů prvků vzácných zemin nebo na adsorpci promethia na oxidech a hydroxidech kovů. Z ozářených materiálů, produktů štěpení uranu a přírodních materiálů se s frakcí uvolňuje promethium prvky vzácných zemin a yttrium, jehož separace je hlavním úkolem při přípravě a analýze promethia.

Nejběžnější metoda definice je radiometrická metoda. Je založen na měření beta aktivity léků.

Všechny oblasti aplikací díky svým jaderným fyzikálním vlastnostem (měkké beta záření, E max = 0,2 MeV, nepřítomnost g - pozadí, dlouhý poločas rozpadu, (1 g má aktivitu cca 940 Ci). používá se k výrobě miniaturních zdroje izotopového proudu(jaderné elektrické baterie), ve kterých se energie v - záření přeměňuje na elektřinu. Takové zdroje se používají ve vesmírném výzkumu, v radioizotopových srdečních stimulantech a ve sluchadlech.

Rýže. Jaderná elektrická baterie

Zvláštností je, že prakticky neprodukuje gama záření, ale produkuje pouze měkké záření b - používá se k výrobě izotopové ionizátory k odstranění elektrostatického náboje. Jako zdroj β-záření se promethium používá v nedestruktivních testovacích přístrojích pro měření tloušťky a hustoty malých materiálů.

11.3 POLONIUM

Prvek s pořadovým číslem 84 předpověděl v roce 1889 D.I. Mendělejev a objevil jej M. Curie při studiu anomální radioaktivity uranových minerálů. Prvek číslo 84 byl pojmenován po Mariině domovině, poloniu. Toto je první prvek zahrnutý do Mendělejevovy tabulky po objevu radioaktivity. Je také prvním (v pořadí atomových čísel) a nejlehčím z prvků, které nemají stabilní izotopy. Je to také jeden z prvních radioaktivních prvků používaných při výzkumu vesmíru.

Existuje 6 přírodních izotopů, 20 radioaktivních umělých izotopů a 9 izomerů polonia s hmotnostními čísly od 192 do 218.

Nejvýznamnější izotop polonia je členem přírodní radioaktivní řady 238 U. Polonium je v přírodě velmi vzácné, existuje pouze jako produkt radioaktivního rozpadu v uranu, ve kterém vzniká v důsledku rozpadu uranu- 238:

U ............. (stabilní)

Právě s tímto izotopem polonia se zabývali M. a P. Curieovi. Zdrojem polonia-210 tedy může být aktivní radonový sediment hromadící se ve starých radonových ampulích. V rovnováze s 1 g uranu je 7,6·10 -11 g Po a s 1 g Ra – 2,24·10 -4 g zastoupení v zemské kůře je 2·10 -14 hm. %.

V současné době se vyrábějí v jaderném reaktoru ozařováním vizmutového terče neutrony:

Bi (n, g) Bi Po

Izotop polonia s delší životností s hmotnostním číslem 209 a poločasem rozpadu 103 let lze získat ozářením terče vizmutu-209 v cyklotronu toky protonů:

Chemické a fyzikální vlastnosti polonia byly studovány pomocí chemických mikrometod, protože studie s velkým množstvím polonia jsou komplikovány vysokou specifickou radioaktivitou polonia (hmotnostní aktivita je 1,7 10 14 Bq/g). Telur je specifický nosič pro studium chování mikromnožstev polonia.

Polonium je stříbřitě šedý kov se žlutavým odstínem, připomínající thalium a vizmut, zářící ve tmě. Polonium je nízkotající a vysoce těkavý prvek s bodem tání 254 0 C, bodem varu 962 0 C. Na vzduchu rychle oxiduje za vzniku PoO 2, interaguje s halogeny za vzniku sloučenin jako je RoG 4. Kovové polonium se rozpouští v kyselině dusičné a chlorovodíkové.

Elektronová konfigurace polonia v základním stavu je 4 f 14 5d 10 6s 2 6p 4, takže můžeme očekávat oxidační stavy tohoto prvku –2, +2, +4, +6.

Polonium je prvek hlavní podskupiny UI skupiny periodické tabulky. Nejstabilnější oxidační stav je +4. V elektrochemické řadě zaujímá polonium místo mezi tellurem a stříbrem.

Z hlediska chemických vlastností je polonium podobné svému protějšku ve skupině periodické tabulky teluru a částečně vizmutu.

Polonium vznikají izomorfní krystaly s teluráty olova a draslíku.

Ve vodných roztocích je polonium nejsilnější koloidní činidlo v rozmezí pH ≥ 1, všechny soli a komplexní sloučeniny polonia jsou hydrolyzovány a tvoří pravé roztoky i pseudokoloidy.

V oblasti pH = 7,5 tvoří soli polonia pravé koloidy a dobře se adsorbují na skle a papíru.

Pro oddělení používá se polonium ze složek aktivního radonového zbytku a z velkého množství ozářeného vizmutu elektrochemické metody, extrakce, chromatografie a koprecipitace. V laboratorní praxi se separace polonia od bismutu provádí koprecipitací s elementárním telurem při jejich společné redukci a také bezproudovou depozicí s využitím kladnější hodnoty potenciálu uvolňování polonia oproti olovu, bismutu a teluru.

Proces těžba polonium z roztaveného vizmutu při 400-500 0 C s hydroxidem sodným v inertní atmosféře je technologická metoda pro jeho extrakci z ozářeného vizmutu.

Vzhledem k vysokému vývinu tepla polonia je to především použití jako zdroj Termální energie v kosmické lodi. Nevýhodou polonia-210 je jeho relativně krátký poločas rozpadu, pouhých 138 dní, což snižuje životnost radioizotopového zdroje tepla.

Nálezy polonia-210 aplikace jako nejdostupnější b-zdroj a pro výrobu polonium-berylliových neutronových zdrojů s nízkou gama aktivitou. Vzhledem k vysokému uvolňování tepla se polonium používá jako izotopový zdroj tepelné energie v kosmických lodích.

Při práci s poloniem je třeba věnovat zvláštní pozornost. Možná je to jeden z nejnebezpečnějších radioaktivních prvků. Jeho aktivita je tak velká, že sice vyzařuje pouze alfa částice, ale rukama si s ním neporadíte, protože si můžete přivodit těžké popáleniny kůže. Snadno proniká kůží. Polonium je nebezpečné i na dálku, protože snadno přechází do aerosolové formy a kontaminuje vzduch. Proto je nutné s ním pracovat v uzavřených komorách. Dodržováním těchto podmínek je snadné se chránit před alfa zářením z polonia.

11.4 ASTAT

D.I. Mendělejev nechal v tabulce buňku pro prvek s pořadovým číslem 85.

V roce 1940 získali E. Segre, K. McKenzie a D. Corson na Kalifornské univerzitě cyklotron ozářením bismutového terče b-částicemi umělý prvek č. 85:

nebo Bi(a,3n) At

Později se prokázalo, že astat se tvoří v rodinách uranu -235, 238, thorium-232, ale všechny, jako b-zářiče, mají velmi krátké poločasy. Astat je nejméně zastoupeným prvkem na naší planetě. V zemské kůře se obsah astatu odhaduje na 69 mg ve vrstvě 1,6 km.

Astatine – přeloženo z řečtiny znamená nestabilní. Dříve se tomu říkalo astat, v současnosti se prvku pro standardizaci říká astat.

Je známo 24 izotopů astatinu s hmotnostními čísly od 196 do 219. Nejdůležitější z nich jsou izotopy s dlouhou životností - s poločasy 8,3 a 7,2 hodiny. Astat nemá dlouhotrvající izotopy. V tomto ohledu jedině ultra malá množstvíživel. Studie se zpravidla provádějí s koncentracemi astatu 10 -11 -10 -15 mol/l s hmotnostně specifickou aktivitou 7,4·10 13 Bq/mg. Astat nemá ani izotopové nosiče, ani dostatečně uspokojivý specifický nosič.

Astat je nejtěžším prvkem halogenové skupiny. Vlastnosti molekulárního astatu se podobají vlastnostem molekulárního jódu, ale jako všechny těžké prvky má řadu kovových vlastností. Neutrální atom astatu má elektronovou konfiguraci 4f 14 5f 10 6s 2 6p 5.

Oxidační stavy jsou –1, +1, +3, +5 a pravděpodobně +7. Nejstabilnější z nich je -1. Stejně jako vizmut a polonium může astat tvořit radiokoloidy a může být adsorbován na skle a jiných materiálech.

V souladu s metodami získávání astatu musí být samostatný z velkého množství ozářeného vizmutu, uranu, thoria a štěpných produktů. Vizmutový terč ozářený alfa částicemi prakticky neobsahuje žádné radioaktivní nečistoty jiných prvků. Hlavním úkolem izolace astatu je proto odstranění makrokvantit vizmutu z roztaveného terče destilací. Astat, analogicky s jódem, sublimuje, což je základem pro jeho oddělení od cíle. V tomto případě je astat buď adsorbován z plynné fáze na platinu nebo stříbro, nebo kondenzuje na skle, nebo je absorbován roztoky siřičitanu nebo alkálie.

Jediný metoda stanovení astat je radiometrický. Izotopy 209, 210, 211 At mohou být určeny jak a-zářením, tak g- nebo rentgenovým K,L-zářením.

Elementární astat je vysoce rozpustný v organických rozpouštědlech a s jódem jako nosičem se jimi snadno extrahuje. Distribuční koeficient astatu je vyšší než u jódu. Působením silných oxidačních činidel (HClO 4, K 2 S 2 O 8, HIO aj.) v roztocích astatinu v kyselině dusičné a chloristé vzniká evidentně astatinový iont AtO, který je izomorfně koprecipitován s AgIO 3. Ve formě astatidového iontu je At- izomorfně srážen společně s AgI a TlI. V těle se astat chová jako jód (hromadí se ve štítné žláze). Na tom je založeno používání tak jako radiofarmaka pro léčbu onemocnění štítné žlázy. Vzhledem k tomu, že astat je alfa zářič, je jeho použití pro tento účel výhodnější než použití jódu-131, který je zdrojem tvrdého beta záření. Z těla se vylučuje pomocí thiokyanátového iontu, který tvoří silný komplex s astatinem.


11,5 RADON (86 Rn)

V roce 1899 M. Curie objevil, že vzduch kolem sloučenin radia se stává vodičem elektřiny. Studiem procesů radioaktivního rozpadu uranu-238, thoria-232 a uranu-235 R. B. Owens, W. Ramsay, J. Rutherford a F. Dorn nezávisle prokázali, že izotopy radium - 226 Ra, 224 Ra, 223 Ra v důsledku emise a-částic se přeměňují na izotopy prvku s atomovým číslem 86-radon (222 Rn), thoron (220 Rn) , aktinon (219 Rn). Obecně se pro tento prvek vžil název radon podle jeho nejdelšího izotopu 222 Rn s T 1/2 = 3,8 dne. Vzhledem k tomu, že uran, thorium a radium jsou v přírodě široce rozšířeny (rudy, půda, voda), nachází se radon v půdě a zemské atmosféře.

Kromě přirozených izotopů radonu bylo nyní uměle získáno více než 10 izotopů s krátkou životností s hmotnostními čísly od 202 do 224. Hlavními metodami získávání umělých izotopů radonu jsou hluboké štěpící reakce, ke kterým dochází při ozařování thorium cíle protony vysoké energie.

Stanovení molekulové hmotnosti radonu ukázalo, že se jedná o monatomický plyn.

Radon nejtěžší prvek nulové skupiny. Radon bezbarvý, zkapalňuje na fosforeskující kapalinu s bodem varu -61,8 0 C, tuhnoucí při -71 0 C. Pevný radon září jasně modrou barvou, která je přirovnávána k elektrickému radonu.

Výzkum chemikálie vlastnosti radonu ukázaly, že radon a jeho izotopy jsou chemické analogy inertních plynů. Jeho elektronická konfigurace 5s 2 5p 6 5d 10 6s 2 6p 6, těch. jeho vnější elektronické hladiny jsou zcela naplněny, což určuje inertnost radonu. Přitom i přes to, že radon patří do skupiny inertních plynů, tvoří velmi specifické skupiny sloučenin. Radon tak tvoří klatrátové sloučeniny s vodou, fenolem, toluenem atd. V klatrátových sloučeninách radonu je spojení provedeno van der Waalsovými silami.

Radon, stejně jako jiné inertní plyny, působením silných oxidačních činidel, například kapalného fluoru, fluoridů, O 2 F 2, za určitých podmínek tvoří fluoridy - RnF 2, stejně jako složité ionty jako RnF × MeF 6 , RnF 2 × 2Sb F 5 , RnF 2×2Bi F 5 A RnF 2 × I F 5.

Radon se získává akumulací při rozpadu radia v roztoku ve speciálním vakuovém zařízení.

Historicky první a nejrozšířenější metodou je radiometrická metoda stanovení radonu radioaktivitou produktů jeho rozpadu. 222 Rn lze také určit přímo z intenzity vlastního alfa záření. Vhodnou metodou stanovení radonu je jeho extrakce toluenem s následným měřením aktivity toluenového roztoku pomocí kapalinového scintilačního počítače.

Hlavní oblastí použití radonu je medicína. Radon aplikovat získat umělé radonové koupele při léčbě revmatismu, radikulitidy, kardiovaskulárních, kožních a řady dalších onemocnění.

Radon také našel uplatnění v nedestruktivní zkušební metody pro zjišťování netěsností potrubí, pro výzkum rychlost pohybu plynu a tak dále.

Vzhledem k tomu, že radon je extrémně nebezpečný, pokud se dostane do těla, je vhodné provádět všechny postupy za zvláštních podmínek, které zabrání možnosti jeho vstupu do dýchacího systému. Nebezpečný není radon samotný, ale produkty jeho rozpadu. Všichni badatelé, kteří pracovali s pevným radonem, zdůrazňují neprůhlednost této látky. Důvodem neprůhlednosti je okamžitá depozice pevných produktů rozpadu radonu, což jsou b-, c-, d - zářiče. Terapeutický účinek radonu přitom není způsoben radonem samotným, ale ukládáním produktů jeho rozkladu na organismus.

Ve vztahu k radonu se přídomek „nej“ může mnohokrát opakovat: nejtěžší, nejvzácnější a nejdražší ze všech známých plynů na Zemi.

11.6 FRANCIE (87 Fr)

Mezi prvky na konci periodické tabulky D.I., jsou ty, o kterých laici hodně slyšeli a vědí, ale jsou i takové, o kterých může říci jen málo. Mezi ty první patří například radium a radon. Do druhé skupiny patří jejich soused na periodické tabulce – francium. V roce 1879 Mendělejev na základě jím vytvořeného periodického systému předpověděl existenci a popsal vlastnosti nejtěžší alkalický element-ekatsiya.

Teprve v roce 1939 Margarita Pereyová, studentka Marie Skladovské-Curie, objevila prvek s pořadovým číslem 87, chemicky jej izolovala od rozpadových produktů řady 235 U. Vzniká během b-rozpadu Ac. M. Perey pojmenovala tento prvek francium (Fr) na počest své vlasti:

Z produktů rozpadu aktinia bylo francium izolováno koprecipitací s chloristanem česným. V přírodě se francium nachází v zanedbatelném množství ve všech uranových rudách (1 atom Fr na 7,7 × 10 14 atomů 235 U nebo 3 × 10 18 atomů přírodního uranu).

V současné době je známo 27 izotopů francia s hmotnostními čísly od 203 do 229, z nichž dva izotopy s hmotnostními čísly 223 a 224 se vyskytují v přírodě, jsou členy radioaktivních rodin 235 U a 232 Th. Ze všech známých izotopů francia je zajímavé pouze 223 Fr, protože je nejdelší (poločas rozpadu 22 minut).

Kromě izolace z produktů rozpadu aktinia se 223 Fr získává ozařováním 226 Ra neutrony podle následujícího schématu:

226 Ra(n,g) 227 Ra 227 Ac 223 Fr

Francium je zajímavé ze dvou důvodů: za prvé je to nejtěžší a nejaktivnější alkalický kov; za druhé, francium lze považovat za nejnestabilnější z prvních sta prvků periodické tabulky. Neutrální atom francia v základním stavu má elektronovou konfiguraci 7s 1. Jediný oxidační stav franku je +1.

Francium nelze izolovat ve významných množstvích, protože poločasy rozpadu všech v současnosti známých izotopů jsou příliš krátké. Nejdéle žijící izotop, francium, 223 Fr, má poločas rozpadu pouhých 22 minut.

Podle svého postavení v periodické tabulce prvků je francium jedním z nejvíce elektropozitivních kovů. Chemicky je francium nejbližším analogem cesia. Z toho vyplývá, že všechny chemické formy charakteristické pro cesium musí existovat i ve franciu. Většina solí francia je vysoce rozpustná ve vodě. Mezi málo rozpustné soli patří chloristan, chloroplatičitan, pikratokobaltinitrit a některé další soli, které se srážejí isomorfně s podobnými solemi cesia. Jako nejaktivnější alkalický kov vykazuje francium sníženou schopnost tvorby komplexů a hydrolýzy.

V roztoku v ultramikrokoncentracích (10-9-10-13 g) se francium může snadno „ztratit“, adsorbovat se na stěnách nádob, na povrchu sedimentů a na případných nečistotách.

Protože francium nelze získat ve významných množstvích, byly jeho fyzikálně-chemické vlastnosti zjištěny výpočtem.

Chemické vlastnosti Studovala pouze Francie radiochemické metody použití cesia jako specifického nosiče. Hmotnosti francia v těchto experimentech nepřesahují 10 -15 g (hmotnostní aktivita 223 Fr je 1,7 · 10 15 Bq/mg). Poněkud obtížným problémem je oddělení francia od specifického nosiče cesia. Podle pozice v periodické tabulce by francium mělo mít zápornější standardní potenciál než cesium. Takže by mohl být zvýrazněno jen na rtuťová katoda.

Francium se snadno adsorbuje na iontoměničové pryskyřice KU-1 a Dauex-50 (sulfonové katexy) z neutrálních nebo mírně kyselých roztoků. Pomocí těchto pryskyřic lze francium snadno oddělit od většiny chemických prvků.

Francium se používá v medicíně a biologii ke studiu distribuce alkalických kovů v těle. Je detekován především u zhoubných nádorů, díky čemuž je perspektivní v časné diagnostice sarkomů.

11,7 RADIUM (88 Ra)

Prvek 88 objevili Marie a Pierre Curie v roce 1898 po poloniu v minerálu známém jako dehtový uran. M. Curie zjistil, že intenzita záření pryskyřičné rudy je několikrát silnější než U 3 O 8 získaného z kovového uranu. Curie navrhl, že ruda obsahuje neznámou látku se zářením intenzivnějším než uran. Bylo zjištěno, že frakce obsahující sulfid bismutitý a síran barnatý jsou radioaktivní. Tím se potvrdil předpoklad, že nový prvek je analogem barya. V další práci bylo pomocí frakční krystalizace chloridu barnatého izolováno 90 mg chloridu radia o vysoké čistotě. Nový chemický prvek s pořadovým číslem 88 pojmenovali manželé Curieovi radium.

V současné době je známo 13 izotopů radia, z nichž tři jsou členy přirozeně se vyskytujících radioaktivních rodin. Nejdéle žijící přirozený izotop radia je 226 Ra s poločasem rozpadu 1622 let. 226 Ra je zářič a-g a nachází se ve všech uranových rudách. 1 tuna rudy uranové pryskyřice obsahuje asi 400 mg 226 Ra. Horní vrstva zemské kůry o tloušťce 1,6 km obsahuje 1,8×10 7 tun 226 Ra. V některých přírodních vodách je radia poměrně hodně - až 10 -8 g/l. Světové oceány obsahují asi 2·10 4 tun radia.

Čerstvě získané kovové radium je bílý, lesklý kov, který na vzduchu tmavne s Bp = 1140 C 0 a teplotou tání = 960 C 0 . Kovové radium poprvé získali M. Curie a A. Debierne izolací na rtuťové katodě při elektrolýze roztoku RaCl 2 s následným rozkladem amalgámu radia v proudu vodíku při zahřátí na 700 C 0 .

Radium je zástupcem kovů alkalických zemin a je nejtěžším kovem hlavní podskupiny 11. skupiny periodické tabulky prvků. Jediný oxidační stav radia je +2. Z hlediska svých chemických vlastností je radium podobné baryu, ale je chemicky aktivnější. Intenzivně rozkládá vodu za vzniku hydroxidu Ra(OH)2, který je rozpustnější než Ba(OH)2.

Ra + 2H20 = Ra (OH)2 + H2

Nejdůležitějšími sloučeninami radia jsou jeho halogenidy: chlorid a bromid. Všechny soli radia a barya jsou izomorfní. Všechny čerstvě připravené soli radia mají bílá barva s charakteristickým modrým leskem Ve tmě. Chemie radia ve vodných roztocích byla studována pomocí stopových množství tohoto prvku kvůli jeho vysoké hmotnostní radioaktivitě (radioaktivita 1 g radia je 3,7 × 10 10 Bq). Radium v ​​roztocích je ve formě Ra 2+ iontů. Mezi kovy alkalických zemin vykazuje radium nejmenší sklon k tvorbě komplexů a hydrolýze.

Radium má vysoký sklon k sorpci z roztoků na povrchu skla a filtračního papíru, což ztěžuje stanovení jeho fyzikálně-chemických konstant (například rozpustnosti solí radia). Radium tvoří komplexy s kyselinou citrónovou, mléčnou a vinnou.

Hlavní problém s přidělení Těžba radia z uranových rud spočívá v jeho oddělení od velkého množství uranu a produktů rozpadu radia. Kromě kokrystalizačních metod s izomorfními solemi barya a olova se k izolaci radia používají chromatografické a extrakční metody. Slibné pro izolaci radia je použití anorganických nespecifických sorbentů, jako je Al 2 O 3.

Radium hrálo obrovskou roli ve studiu struktury atomového jádra, fenoménu radioaktivity a rozvoji radiochemie a jaderné fyziky. Lze namítnout, že kdyby prvek radium nebyl objeven před 100 lety, minulé století by se jen stěží nazývalo atomové. Za objev fenoménu radioaktivity a radia byla Maria Sklodowska-Curie dvakrát oceněna Nobelovou cenou (poprvé za fyziku v roce 1903, podruhé za chemii v roce 1911).

Hlavní oblasti aplikací radium je díky svému g-záření v nedestruktivních zkušebních metodách pro určování vad odlitků, v tloušťkoměrech, při průzkumu uranových ložisek. Alfa záření radia umožňuje jeho použití k výrobě svítících barev a odstraňování statického náboje. Po smíchání s beryliem se radium používá k výrobě neutronových zdrojů. V lék e radium se používá jako zdroj radonu. Radium je svou povahou vysoce mobilní a může být poměrně silně vyluhováno z hornin. Většina uranových minerálů proto ztrácí významnou část radia (někdy tyto ztráty dosahují až 85 %), které se snadno dostává do přírodních vod.


11.8 ACTINIUM (89 Ac) A AKTINOIDY

1899 zaměstnanec Curie Debierne v odpadu ze zpracování uranové rudy objevili novou radioaktivní látku. Při chemické analytické separaci byla tato radioaktivní látka vysrážena amoniakem spolu s prvky vzácných zemin a thoriem. Radioaktivita byla připisována novému radioaktivnímu prvku, který byl pojmenován aktinium (emitující). V současné době je známo 24 izotopů aktinia, tři z nich se vyskytují v přírodě (Ac, Ac Ac). Zbývající izotopy se získávají uměle.

Tabulka Radioaktivní vlastnosti některých izotopů aktinia:

Izotop aktinia Přijímání reakce Typ rozpadu Poločas rozpadu
221 Ac 232 Th(d,9n) 225 Pa(b)→ 221 Ac b <1 сек.
222Ac 232 Th(d,8n) 226 Pa(b)→ 222 Ac b 4,2 sekundy
223 Ac 232 Th(d,7n) 227 Pa(b)→ 223 Ac b 2,2 min.
224 Ac 232 Th(d,6n) 228 Pa(b)→ 224 Ac b 2,9 hodiny
225Ac 232 Th(n,g) 233 Th(in -)→ 233 Pa(in -) → 233 U(b)→ 229 Th(b)→ 225 Ra(in -) 225 Ac b 10 dní
226 Ac 226 Ra(d,2n) 226 Ac b nebo c - nebo elektronické zachycení 29 hodin
227Ac 235 U(b)→ 231 Th(c -)→ 231 Pa(b)→ 227 Ac Ra (n,g) Ra → Ac b nebo c - c - , b 21,7 let 22 let
228 Ac 232 Th(b) → 228 Ra(c -) → 228 Ac V - 6.13 hodin
229Ac 228 Ra(n,g) 229 Ra(in -) → 229 Ac V - 66 min.
230Ac 232 Th(d,b) 230 Ac V - 80 sekund
231 Ac 232 Th(g,p) 231 Ac V - 7,5 min.
232 Ac 232 Th(n,p) 232 Ac V - 35 sec.

Existuje jeden důvod, proč dnes mnoho lidí zvláště zajímá prvek číslo 89, mořská sasanka. Tento prvek, stejně jako lanthan, se ukázal být předkem velké rodiny prvků, která zahrnuje všechny tři pilíře jaderné energie - uran, plutonium a thorium.

Hlavní a dlouhověký izotop aktinia - Ac (poločas rozpadu 22 let) je dceřiným produktem 235 U. V uranových rudách je aktinium obsaženo v mikrokoncentracích V rovnováze s 1 přírodním uranem je ~ 10 -10 g Ac. Actinium Možná izolované z uranových a thoriových rud prováděním kyselého rozkladu rudy s následnou separací a separací produktů rozpadu uranu a thoria a separací aktinia od nečistot s lanthanidy. Aktinium lze oddělit od lanthanu chromatograficky na kationtové pryskyřici ve formě amonia. Actinium dobře odděluje od lanthanu elektroforézou. Množství výsledného aktinia tak málože tento prvek je jedním z deseti nejvzácnějších prvků.

Vzhledem k velmi nízkému obsahu aktinia v rudách jej preferují získat uměle. Izotop 227 Ac se získává ozařováním radia silným tokem neutronů v reaktoru:

Ra (n,g) Ra -> Ac

Tímto způsobem byly získány čisté přípravky aktinia, na kterých byly stanoveny jeho hlavní vlastnosti. Výtěžnost zpravidla nepřesahuje 2,15 % původního množství radia. Množství aktinia u této metody syntézy se vypočítá v gramech. Sasanka je oddělena od radia a jejích dceřiných produktů rozpadu zcela jednoduše po rozpuštění terče v HCl - extrakcí do roztoku thiofenylkarbonyl-trifluoracetonu v chloroformu při pH ~ 3,6. Dále se aktinium vysráží ve formě Ac 2 (C 2 O 4) 3, rozpustí se v kyselině chlorovodíkové a pomocí kyseliny fluorovodíkové se převede na AcF3. Poté se ve vakuu při 1200 °C výsledná sůl redukuje na kov kovovým lithiem. Izolace a čištění aktinia z radia, thoria a dceřiných rozpadových produktů se provádí pomocí extrakčních a iontově výměnných metod.

Kovové aktinium se vyrábí redukcí aktiniumtrifluoridu parou lithia

Elementární sasanka je poměrně těžký stříbřitě bílý kov, který snadno oxiduje na vzduchu a vytváří oxidový film, který chrání kov před další korozí. Aktiniový prvek třetí skupina periodický systém. Jeho nejbližší chemický analog je lanthanu. Stejně jako lanthan má stejnou mocenství (+ 3), podobné atomové poloměry (1,87 nm pro lanthan a 2,03 nm pro aktinium) a téměř identickou strukturu většiny sloučenin. Aktinium je podobné lanthanu reaktivní prvek, který na vzduchu rychle oxiduje. Přitom má zásadnější vlastnosti než lanthan. V kyselých roztocích je aktinium přítomno ve formě iontů. Při pH>3 se tvoří koloidní roztoky. V mikrokoncentracích mořských sasanek koprecipituje s hydroxidy yttria, hliníku a železa.

Použití mořské sasanky

227 Ac ve směsi s beryliem je zdrojem neutronů. Zdroje Ac-Be se vyznačují nízkou výtěžností gama záření a používají se v aktivační analýze pro stanovení Mn, Si, Al v rudách.

225 Ac se používá k získání 213 Bi, stejně jako pro použití v radioimunoterapii.

227 Ac lze použít v radioizotopových zdrojích energie.

228 Ac se používá jako radioindikátor v chemickém výzkumu díky svému vysokoenergetickému β-záření.

Směs izotopů 228Ac-228Ra se používá v lékařství jako intenzivní zdroj g-záření.

Aktinium patří mezi nebezpečné radioaktivní jedy s vysokou specifickou b-aktivitou. Přestože absorpce aktinia z trávicího traktu je ve srovnání s radiem relativně malá, nejdůležitější vlastností aktinia je jeho schopnost pevně se zadržet v těle v povrchových vrstvách kostní tkáně. Zpočátku se sasanka ve velké míře hromadí v játrech a rychlost jejího odstraňování z těla je mnohem větší než rychlost jejího radioaktivního rozpadu. Navíc jedním z dceřiných produktů jeho rozpadu je velmi nebezpečný radon, jehož ochrana je při práci s aktiniem samostatným vážným úkolem.

Aktinium hrálo ve slavném obrovskou roli aktinidovou teorii G. Seaborg, navržený v roce 1944. V souladu s touto teorií tvoří prvky s pořadovými čísly 90-103 rodinu 5f a analogicky s lanthanoidy jsou umístěny v periodické tabulce ve tvaru samostatná skupina. Z hlediska svého chemického chování zaujímají aktinidy střední polohu mezi prvky řady f a d. Patří sem thorium, protaktinium, uran, neptunium, plutonium, americium, curium, berkelium, californium, ensteinium, fermium, mendeleevium, nobelium, lawrencium.

Tabulka Nejdůležitější izotopy aktinidů

Izotop Poločas rozpadu Izotop Poločas rozpadu Izotop Poločas rozpadu
227Ac 22 244 Pu 7,6×10 7 let 248 Bk 314 dní
232 Th 1,39×10 10 let 241 Am 458 let 251 Srov 660 let
231 Pa 34 300 let 241 Am 433 let 254 Es 280 dní
233U 1,62×10 5 let 243 Am 7600 let 253 Es 20,47 dne
235 U 7,13×10 8 let 242 cm 162,5 dne
238 U 4,5×10 9 let 244 cm 19 let
235 Np 410 dní 247 cm ³4×10 7 let
237 Np 2,2×10 6 let 248 cm 4,7×10 5 let
238 Pu 86,4 let 250 cm 2×10 4 roky
239 Pu 24 360 let 247 Bk 1300 let
242 Pu 3,79×10 5 let

Podle teorie může být ve vrstvě 5f celkem 14 elektronů. Proto by 103. prvek měl být posledním aktinidem, protože bude mít kompletně zastavěné úrovně 5f, 6s a 6p. Na druhou stranu bychom měli očekávat, že 104. prvek bude ve stavu 6d 2 7s 2, tzn. patří do čtvrté skupiny periodického systému, proto by měl být svými vlastnostmi podobný thoriu.

  • Kapitola 2. Státní sociální pomoc poskytovaná formou poskytování souboru sociálních služeb občanům strana 15
  • Kapitola 2. Státní sociální pomoc poskytovaná formou poskytování souboru sociálních služeb občanům strana 16
  • Kapitola 2. Státní sociální pomoc poskytovaná formou poskytování souboru sociálních služeb občanům strana 17
  • Kapitola 2. Státní sociální pomoc poskytovaná formou poskytování souboru sociálních služeb občanům strana 18
  • Kapitola 2. Státní sociální pomoc poskytovaná formou poskytování souboru sociálních služeb občanům strana 19

    • 2.2.2. Přírodní (přírodní) radioaktivní látky

    Přirozeně se vyskytující radioaktivní prvky se běžně nazývají přírodní. Většina z nich jsou těžké prvky s atomovými čísly od 81 do 96. Přírodní radioaktivní prvky se mění na jiné radioaktivní izotopy prostřednictvím alfa a beta rozpadu. Tento řetězec radioaktivních přeměn se nazývá radioaktivní číslo nebo rodina.

    Těžké přírodní radioizotopy tvoří čtyři radioaktivní rodiny: uran-radium; thorium; mořská sasanka; neptunie. Hromadná členská čísla uran-radiová řada jsou vždy sudé a dodržují zákon: A = 4n + 2, kde n se mění od 51 do 59. thoriová řada hmotnostní čísla jsou sudá a jsou určena vzorcem: A = 4n, kde n se pohybuje od 52 do 58. Pro aktiniová řada hmotnostní čísla prvků jsou vždy lichá a lze je určit podle vzorce: A = 4n + 3, kde n se pohybuje od 51 do 58. Hmotnostní čísla prvků neptuniové řady jsou lichá a jsou určena vzorcem: A = 4n + 1, kde n se pohybuje od 52 do 60 .

    Předkové každé rodiny se vyznačují velmi dlouhými poločasy rozpadu (viz tabulka 2), které jsou srovnatelné s dobou života Země a celé Sluneční soustavy.

    Tabulka 2 - Předchůdci přirozených radioaktivních rodin

    Thorium má nejdelší poločas rozpadu (14 miliard let), takže se od akrece Země zachovalo téměř celé. Uran-238 se do značné míry rozpadl, naprostá většina uranu-235 se rozpadla a izotop neptunium-232 se rozpadl úplně. Z tohoto důvodu je v zemské kůře hodně thoria (téměř 20krát více uranu) a uranu-235 je 140krát méně než uranu-238. Vzhledem k tomu, že předchůdce čtvrté rodiny (neptunium) se od akrece Země zcela rozpadl, v horninách téměř chybí. Neptunium bylo nalezeno v uranových rudách v zanedbatelném množství. Jeho původ je ale druhotný a je způsoben bombardováním jader uranu-238 neutrony kosmického záření. Neptunium se nyní vyrábí pomocí umělých jaderných reakcí. Pro ekologa to není zajímavé.

    Poločasy a typy rozpadu členů přirozených radioaktivních řad jsou uvedeny v tabulce 2.

    Přírodní radioaktivní rodiny mají řadu společných rysů, které jsou následující:

    1. Předkové každé rodiny se vyznačují dlouhými poločasy rozpadu v rozmezí 10 8 až 10 10 let.

    2. Každá rodina má uprostřed řetězce přeměn izotop prvku patřícího do skupiny vzácných plynů (emanace).

    3. Po radioaktivních plynech následují pevné prvky s krátkou životností.

    4. Všechny izotopy tří radioaktivních rodin se rozpadají dvěma způsoby: rozpadem alfa a beta. Krátkodobá jádra rodin navíc zažívají konkurenční alfa a beta rozpad, čímž se tvoří větvící se série. Pokud během rozpadu alfa a beta jádra nepřejdou okamžitě do normálního stavu, pak jsou tyto akty doprovázeny gama zářením.

    Série končí stabilními izotopy olova s ​​hmotnostními čísly 206, 208 a 207 pro uranovou, thorium a aktinouranovou řadu.

    Rodiny uranu-radia a thoria jsou aktivními zářiči gama ve srovnání s rodinou aktinia, která má velmi nízký dávkový příkon gama.

    V radioaktivních rodinách tedy existují zářiče alfa, beta a gama a dávkový příkon každého záření není v různých rodinách stejný. Celkový počet zářičů toho či onoho druhu pro různé rodiny je uveden v tabulce 3.

    Stůl3 – Počet přirozených řádkových zářičů

    název
    řádek

    Alfa zářiče

    Beta zářiče

    Gama zářiče

    celkový

    počet důležitých

    celkový

    počet důležitých

    celkový

    počet důležitých

    Uran-radium

    V sérii uranu-238 je pouze 19 radionuklidů a jeden stabilní izotop - olovo-206. Nejdůležitějšími alfa zářiči této rodiny jsou uran-238, uran-234, thorium-230, radium-226, radon-222, polonium-218, polonium-214 a polonium-210. Relativní počet dalších alfa zářičů v sérii je malý, takže nejsou prakticky zajímavé.

    Mezi významné beta zářiče uran-radiové řady patří: protaktinium-234, olovo-214, vizmut-214 a vizmut-210. Navíc beta záření protaktinia-234 je asi 50 %.
    beta záření ze všech izotopů rodiny.

    Hlavní podíl (97,9 %) výkonu gama záření této skupiny pochází z produktů rozpadu radia-226 (olovo-214 a vizmut-214) a radonu-218 (polonium-214). Thorium-234 a protaktinium-234, produkty rozpadu zakladatele rodiny (uran-238), poskytují asi 2,1 % celkového výkonu gama záření. Podíl zbývajících členů řady na celkové intenzitě gama záření je zanedbatelný.

    V aktiniové řadě je 14 radioizotopů a jeden stabilní izotop - olovo-207. Vzhledem k tomu, že v přírodním uranu je velmi málo aktinouranu (uran-235), alfa záření z rodiny aktiniových není více než 5 % a gama záření je asi 1,25 % intenzity odpovídajících paprsků uran-radiové řady.

    Série thoria obsahuje 12 radionuklidů a jeden stabilní izotop – olovo-208. Hlavními alfa zářiči jsou zde: thorium-232,
    thorium-228, radium-224, radon-220, polonium-216, vizmut-212 a polonium-212.

    Mezi hlavní beta zářiče v řadě thorium patří: aktinium-228, olovo-212, vizmut-212 a thallium-208.

    Hlavní příspěvek k gama záření řady thoria pochází z produktů rozpadu thoria-228 (polonium-216, olovo-212, vizmut-212 a thallium-208). Jejich podíl je 60,2 % z celkové intenzity záření gama. Zbývající výkon gama záření (39,8 %) patří produktu rozpadu radia-228 (aktinium-228). Podíl ostatních gama zářičů na celkovém výkonu gama záření je zanedbatelný.

    Níže je uveden stručný popis nejdůležitějších radioizotopů zahrnutých v přirozených rodinách.

    Uran (U). Chemický prvek s pořadovým číslem 92. Má tři přírodní izotopy 238 U, 235 U a 234 U. Poločas rozpadu prvního je 4,5 × 10 9 let, druhého 7,13 × 10 8 let, třetího 2,52 × 105 let. Jejich relativní množství v rudách lze vyjádřit následovně: 99,28; 0,71; 0,006 %, resp.

    Tento stříbřitě bílý kov objevil Klaproth v roce 1789. Kovový uran svým vzhledem připomíná železo. Na vzduchu oxiduje, až se samovolně vznítí a shoří jasným plamenem. Hustota uranu je 19 g/cm 3, bod tání 1133°C. Dobře se rozpouští v minerálních kyselinách.

    Uran je rozšířen v zemské kůře. Nachází se v horninách, půdě, vodě jezer, řek a moří.

    Uran-238 je zakladatelem uranové rodiny. V primárních minerálech je téměř vždy v rovnováze se svými produkty rozpadu s krátkou životností, stejně jako se svým dlouhodobým izotopem, uranem-235.

    Uran-235 (actinouranium) je zakladatelem rodiny aktinouraniových, která v přírodě vždy doprovází rodinu uranu-238. Actinouranium bylo objeveno relativně nedávno (v roce 1935), tzn. mnohem později než produkty jeho rozpadu, což vysvětluje rozpor mezi jmény čeledi aktinium a jejím předkem.

    Jádro uranu-235 má pozoruhodnou vlastnost. Kromě samovolného rozpadu je schopen štěpení při zachycení neutronu s uvolněním kolosální energie, proto je jedním z jaderná paliva.

    Uran, chemicky izolovaný z rud (samozřejmě jde o směs všech tří přírodních izotopů uranu) a připravený ve formě oxidu (U 3 O 8), je stabilním zdrojem záření alfa. Zhruba rok po jeho uvolnění se ustaví radioaktivní rovnováha mezi uranem-238 a krátkodobými beta-aktivními produkty jeho rozpadu. Tento lék pak může sloužit jako stabilní zdroj beta záření.

    Uran je spojen s rudami sedimentárního, hydrotermálního a magmatického původu. Nachází se ve více než 100 minerálech. Mezi nimi jsou nejčastější oxidy uranu, soli kyseliny fosforečné, vanadu, křemíku, arsenu, titanové a niobové kyseliny. Nejvýznamnější průmyslové uranové rudy představuje primární minerál uraninit (uranová smola), což je černý oxid uranu. Kromě toho existuje mnoho sekundárních uranových minerálů tzv uranové slídy. Nejběžnější jsou:
    torburnit – Cu(UO 2) 2 (PO 4) 2 x nH 20, otenitida – Ca(UO2)2(PO4)2xnH20,
    karnotit – K2 (UO 2) 2 (VO 4) 2 × 3H20, tyuyamunit – Ca(U02)2(VO4)2 x 8H20.
    Mezi uranovými slídami jsou velké průmyslové akumulace tvořeny pouze karnotitem a tyuyamunitem. Jsou také rudou pro výrobu vanadu a radia.

    Uran a radium v ​​Rusku byly nejprve získány z rudy z ložiska Tyuya-Muyun ve Ferganě. Nosičem těchto kovů se zde ukázaly dva minerály ze skupiny uranových slíd - tyuyamunit a ferganit První minerál objevil K.A. Nenadkevich v roce 1912 a druhý - I.A. Antipov v roce 1899.

    Thorium (Th) . Chemický prvek s pořadovým číslem 90. Jedná se o světle šedý kov s hustotou 11,72 g/cm 3 a teplotou tání 1750 °C, objevený Berzeliusem v roce 1828. Těžko napadnutelné kyselinami. Má 6 izotopů, z nichž pouze dva jsou dlouhověké: thorium-232 (T fyzikální = 1,39 × 10 10 let) a ionium-230 (T fyzikální = 8 × 10 4 let).

    Rychlost rozpadu thoria je velmi nízká. Za 14 miliard let se počet atomů thoria-232 sníží pouze dvakrát. Vzhledem k tomu, že Země je stará pouhých 4,5 miliardy let, můžeme předpokládat, že od doby akrece naší planety se dochovalo značné množství tohoto prvku.

    Thoriové rudy svou genezí jsou ohnivý. Když jsou taková ložiska zničena, tvoří se sypače obohacené minerály thoria. Hlavním zdrojem thoria jsou písky obsahující minerál monazit –(Ce, La, Nd, Th) PO 4. Mořské rýže jsou obzvláště bohaté na monazit. Minerál má také průmyslový význam Thorit – ThSiO 4.

    Aktinium (Ac) . Chemický prvek s pořadovým číslem 89. Stříbřitě bílý kov s bodem tání 1050 °C, mající dva izotopy: aktinium-227 (T fyzikální = 21,8 let) a mesothorium-228 (T fyzikální = 6,13 hodin).

    Aktinium, které prochází alfa a beta rozpadem, tvoří jednu z větví aktiniové řady. Je to v podstatě beta zářič. Tento radionuklid nemá jaderné gama záření. Po smíchání s beryliem se aktinium používá k přípravě neutronových zdrojů. Aktinium se nachází v rudách uranu a thoria.

    Radium (Ra) . Chemický prvek s pořadovým číslem 88. Jedná se o stříbřitě bílý lesklý kov s hustotou 6 g/cm 3 a bodem tání 700 °C, objevený na začátku 20. století manželi Curieovými, má 4 izotopy : radium-226 (fyzické T = 1602 let), mesothorium-228 (fyzické T = 6,7 let), aktinium X-223 (fyzické T = 11,4 dne) a thorium X-224
    (T fyzikální = 3,64 dne). Z hlediska chemických vlastností je radium blízké baryu a izomorfně jej nahrazuje v minerálech: baryt (síran barnatý) a witherit (uhličitan barnatý). V přírodních vodách se radium vyskytuje ve formě chloridu.

    V důsledku alfa rozpadu radia-226, doprovázeného gama zářením, vzniká radioaktivní plyn – radon(emanace). V uzavřené nádobě se radon po 40 dnech dostane do stavu radioaktivní rovnováhy s radiem v nádobě. Po uplynutí této doby může být lék použit jako referenční zdroj gama záření.

    Radon se dostává do rovnováhy se svými produkty rozpadu (Ra A, Ra B a Ra C) po 3 hodinách. Další izotop radia, mesothorium-1, má měkké beta záření a jeho intenzita gama záření je nízká.

    Izotopy radia jsou široce distribuovány v horninách a rudách, ale v extrémně nízkých koncentracích. Na 3 tuny uranu připadá 1 g rovnovážného radia. Vzhledem k tomu, že radium se v různých horninách nachází v různých koncentracích, používá se tato vlastnost k diagnostice petrografických rozdílů pomocí gama záření. Radium se získává z uranových rud. Je široce používán v medicíně pro radiační terapii.

    radon (Rn) . Chemický prvek s výrobním číslem 86. Jedná se o těžký inertní radioaktivní plyn o hustotě 9,73 g/l. Je bezbarvý a dobře rozpustný ve vodě. Má 4 izotopy: radon-222
    (T fyzikální = 3,823 dne), radon-218 (T fyzikální = 1,9´10 -2 s), thoron-220 (T fyzikální = 54,5 s) a aktinon-219 (T fyzikální = 3,92 s). Všechny patří do skupiny vzácných plynů, mají aktivitu alfa a nevyzařují jiné záření. Zdrojem je emanace radonu aktivní srážky. Radon smíchaný s beryliem se používá ve vědeckém výzkumu a medicíně jako zdroj neutronů.

    Astatin (Na) . Chemický prvek ze skupiny halogenů se sériovým číslem 85. V překladu z řečtiny znamená „astatin“ „nestabilní“, protože je to jediný halogen, který nemá žádné stabilní izotopy. Všechny čtyři izotopy astatu jsou radioaktivní: astatin-210 (fyzický T = 8,3 h), astatin-218 (fyzický T = 2 s), astatin-215 (fyzický T = 1×10-4 s) a astat 216 (fyzický T =
    = 3 x 10-4 s).

    V malých množstvích je astat obsažen ve všech třech přirozeně se vyskytujících radioaktivních rodinách. Jeho izotopy jsou alfa aktivní. Malá část astatu podléhá rozpadu beta.

    Polonium (Po) . Chemický prvek s pořadovým číslem 84. Jedná se o měkký stříbrno-bílý kov s hustotou 9,3 g/cm 3 a bodem tání 254 °C. Polonium má 8 radioaktivních izotopů: polonium-209 (T fyzikální = 103 let) , polonium-210 (T fyzikální = 140 dní), radium A-218 (T fyzikální = 3,05 min), thorium A-216 (T fyzikální = 0,158 s), aktinium Ac-215 (T fyzikální = 1, 83 × 10 - 3 s), radium-214 (T fyzikální = 1,55 × 10 -4 s), thorium (T fyzikální = 3 × 10 -7 s), aktinium (T fyzikální = 5 × 10 - 3 s).

    Polonium je čistý alfa zářič, což umožňuje jeho široké využití v laboratorním výzkumu. Ve směsi s beryliem je nejlepším zdrojem neutronů.

    Olovo (Pv) . Chemický prvek s výrobním číslem 82. Jedná se o modrošedý měkký kujný kov s hustotou 11,34 g/cm 3 a bodem tání 327,4 °C, chemicky odolný. Olovo má 3 stabilní izotopy: olovo-206 (radium G), olovo-207 (aktinium D), olovo-208 (thorium D) a 4 radioaktivní: olovo-210 (radium D, T = 22 let), olovo- 212 (thorium B, T = 10,6 hodiny), olovo-211 (aktinium B, T = 36,1 min), olovo-214 (radium B, T = 26,8 min).

    Stabilní izotopy olova s ​​hmotnostními čísly 206, 207 a 208 jsou konečnými produkty rozpadu tří přirozeně se vyskytujících radioaktivních sérií. Tyto izotopy nejsou radioaktivní, ale jsou vždy přítomny v radioaktivních rudách. Poměr množství neradioaktivního olova k obsahu radioaktivních prvků (uranu, thoria) v horninách a rudách umožňuje určit absolutní stáří geologických útvarů. Další čtyři izotopy olova jsou radioaktivní. Všechny se rozkládají beta zářením. Produkty rozpadu radia D kromě paprsků beta vyzařují paprsky alfa, proto se z olova-210 získávají standardní zdroje záření beta a alfa.

    Olovo se používá jako clony a filtry pro gama záření. Jeho použití pro odstínění záření alfa a beta je nepraktické, protože olovo vždy obsahuje určité množství radioaktivních izotopů, zejména radia D. Další radioaktivní izotopy olova (s hmotnostními čísly 200, 201 a 203) se také v přírodě vyskytují, ale jejich počet je zanedbatelný.

    Přirozeně se vyskytující radioizotopy nezahrnuté do radioaktivní rodiny. Kromě přírodních radioaktivních prvků, které jsou členy tří výše diskutovaných přírodních řad, existují v přírodě izotopy, které spolu geneticky nesouvisí, ale jsou radioaktivní. Počet takových radioizotopů přesahuje 200, jejich poločas rozpadu se pohybuje od zlomků sekund až po miliardy let.

    Pro ekologa jsou zajímavé izotopy s dlouhým poločasem rozpadu: draslík-40, rubidium-87, samarium-147, uhlík-14, lutecium-176 a rhenium-187. Radioaktivní rozpad jader těchto prvků je izolovaný akt, tzn. po rozpadu vzniká stabilní dceřiný izotop. Jak je vidět z tabulky 4, všechna uvedená jádra podléhají rozpadu beta, s výjimkou samaria, které podléhá rozpadu alfa.

    Tabulka 4 – Přírodní radioaktivní izotopy nezahrnuté do rodin

    Protonové číslo

    Hmotnostní číslo

    Poločas rozpadu

    Typ
    rozpad

    1,3×10 9 let

    Uhlík-14

    Rubidium-87

    5,8×10 10 let

    Samaří-147

    6,7×10 11 let

    Lutecium-176

    2,4×10 10 let

    4×10 12 let

    Ze šesti uvedených přírodních radionuklidů je nejzajímavější draslík - 40, kvůli jeho vysokému výskytu v zemské kůře. Přírodní draslík obsahuje tři izotopy: draslík-39, draslík-40 a draslík-41, z nichž pouze draslík-40 je radioaktivní. Kvantitativní poměr těchto tří izotopů v přírodě vypadá takto: 93,08; 0,012; 6,91 %.

    Draslík-40 se rozkládá dvěma způsoby. Asi 88 % jeho atomů podstoupí beta záření a stanou se z nich atomy vápníku-40. Jeden rozpad draslíku-40 produkuje v průměru 0,893 beta částic s energií 1311 keV a 0,107 gama kvant s energií 1461 keV. Zbývajících 12 % atomů zažívá K-grip, přeměnit na atomy argonu 40. Na této vlastnosti draslíku-40 je založena metoda draslík-argon pro stanovení absolutního stáří hornin a minerálů.

    Rubidium. Přírodní rubidium se skládá ze dvou izotopů: rubidium-85 a rubidium-87. Druhý izotop je radioaktivní, vyzařuje měkké beta paprsky s maximální energií 0,275 MeV a gama paprsky s energií 0,394 MeV.

    Největší hodnotu má tedy 87 Rb, druhé místo v množství zaujímá radioizotop 40 K, ale radioaktivita 40 K v zemské kůře převyšuje radioaktivitu součtu všech ostatních přírodních radioaktivních prvků vzhledem k tomu, že rozpad 40 K je doprovázen tvrdým beta a gama zářením a 87 Rb se vyznačuje měkkým beta zářením a má dlouhý poločas rozpadu.

    Tabulka 5– Koncentrace některých radionuklidů a energie
    absorbované dávky v půdách různých typů

    Typy půdy

    Koncentrace, pCi/g

    Napájení
    absorbován
    dávky, mrad/h

    Taupe

    Kaštan

    Černozemě

    Šedý les

    Sod-podzolic

    Podzolic

    Rašelinový

    Limity kmitání

    Samarium. Ze sedmi známých izotopů tohoto prvku je radioaktivní pouze samarium-147. Jeho podíl v přírodním samariu je asi 15 %. Vyzařuje alfa paprsky o energii 2,11 MeV, jejichž dosah ve vzduchu je 11,6 mm.

    lutecium. Je známo několik jeho izotopů, ale radioaktivní je pouze lutecium-176. Stejně jako draslík se rozkládá dvěma způsoby: beta rozpadem a K-záchytem. Maximální energie beta paprsků je asi 0,4 MeV. Gama záření má energii 0,270 MeV.

    Rhenium. Radioaktivním izotopem je rhenium-187, jehož podíl v přírodním rheniu je 63 %. Vyzařuje beta paprsky s energií 0,04 MeV.

    Zvláštní místo mezi přírodními radioizotopy zaujímá uhlík. Přírodní uhlík se skládá ze dvou stabilních izotopů, mezi nimiž převažuje uhlík-12 (98,89 %). Zbytek je téměř celý uhlík-14 (1,11 %).

    Kromě stabilních izotopů uhlíku je známo ještě pět radioaktivních. Čtyři z nich (uhlík-10, uhlík-11, uhlík-15 a uhlík-16) mají velmi krátké poločasy (sekundy a zlomky sekundy). Pátý radioizotop, uhlík-14, má poločas rozpadu 5 730 let.

    V přírodě je koncentrace uhlíku-14 extrémně nízká. Například v moderních rostlinách je jeden atom tohoto izotopu na každých 109 atomů uhlíku-12 a uhlíku-13. S nástupem atomových zbraní a jaderných technologií se však uhlík-14 vyrábí uměle interakcí pomalých neutronů s atmosférickým dusíkem, takže jeho množství neustále roste.

    Nejvýznamnější ze všech přírodních zdrojů záření
    je neviditelný, bez zápachu a chuti, těžký (7,5x těžší než vzduch) radonový plyn, který je spolu s dalšími produkty rozpadu zodpovědný za 75 % roční individuální efektivní ekvivalentní dávky přijaté obyvatelstvem z terestrických zdrojů záření a za 50 % dávky ze všech přírodních zdrojů záření. Radon ve formě 222 Rn a 220 Rn se ze zemské kůry uvolňuje všude, ale hlavní dávku dostává člověk v uzavřené, nevětrané místnosti (úroveň radiace je 8x vyšší než ve venkovním vzduchu) z následujících důvodů: zdroje: příjem z půdy, základ, strop ; únik ze stavebních hmot bytových prostor je 60 kBq/den, 10 kBq/den proniká z venkovního vzduchu, uvolňuje se z vody používané pro domácí účely - 4 kBq/den, uvolňuje se ze zemního plynu při jeho spalování - 3 kBq/den .

    Radon dosahuje vyšších koncentrací v interiéru, pokud je dům umístěn na půdě s vysokým obsahem radionuklidů nebo pokud byly při jeho stavbě použity materiály se zvýšenou radioaktivitou.

    Tabulka 6– Průměrná specifická radioaktivita stavebních materiálů

    Poznámka. Tabulka představuje materiály z UNSCEAR, 1982.

    Podle vědců z Mari State University (Novoselov G.N., Leukhin A.V., Sitnikov G.A., 1997) měla nejvyšší specifickou aktivitu uhelná struska (A ef. =
    = 437 Bq/kg), žula. Mramor, keramické cihly (A ef. = 335 Bq/kg), silikátové cihly (A ef. = 856 Bq/kg) a stavební písek (A ef. = 114 Bq/kg) měly nižší specifickou radioaktivitu. Beton se vyznačuje poměrně velkým rozsahem variací specifické radioaktivity.

    Mezi další zdroje pozemního záření patří uhlí, fosforečná a fosforečná hnojiva, vodní plochy atd.

    Obecně platí, že přírodní zdroje záření jsou zodpovědné za přibližně 90 % roční efektivní ekvivalentní dávky záření, z toho na pozemské zdroje připadá 5/6 dílu (především díky vnitřnímu ozáření), kosmické zdroje tvoří 1/6 dílu (především prostřednictvím vnějšího ozáření).

    2.2.2.1. Radioaktivita zemských obalů

    První pozorování radioaktivity v půdách a horninách bylo provedeno na samém počátku 20. století. Následné studie ukázaly, že všechny objekty geografického obalu mají určitou radioaktivitu. Obecnou představu o pořadí nejčastěji pozorovaných hodnot přirozené radioaktivity v půdách, rostlinách, zemské kůře a hydrosféře lze vidět v tabulce 7.

    Tabulka 7– Průměrný obsah přírodních radionuklidů v různých objektech geografického obalu Země (podle A.P. Vinogradova, L.A. Pertsova)

    2.2.2.2. Radioaktivita hornin

    Rozložení radioaktivních prvků v tloušťce zemské kůry a litosféry jako celku, v hloubkách nepřístupných přímému pozorování, lze posuzovat pouze na základě nepřímých faktů a obecných představ o stavbě Země. V současnosti je nejrozšířenějším konceptem, že radioaktivita hornin klesá s hloubkou, ale stále zůstává měřitelná do velmi významných hloubek. Výrazná akumulace radioaktivních prvků v žulová vrstva kontinentální kůra, kterou založil Strett již v roce 1906, byla potvrzena následnými studiemi.

    Průměrné koncentrace radioaktivních prvků v horninách jsou uvedeny v tabulce 8 a v tabulce 9 je uvedena specifická aktivita hornin s ohledem na přírodní radionuklidy podle údajů VNIIFTRI (1996). Z těchto údajů je patrný základní geochemický obrazec poklesu obsahu radioizotopů se zvýšením bazicity vyvřelých hornin. Nejvyšší obsah přírodních radionuklidů je pozorován ve vyvřelých horninách kyselého a alkalického složení, bohatých na draslík. Hlavními nositeli radioaktivních prvků v těchto horninách jsou doplněk minerály: zirkon, monazit, xenotim, orthit, apatit a sfén . Pokud jde o hlavní horninotvorné minerály, bylo zjištěno, že solné minerály (především živce) mají v průměru 3krát vyšší radioaktivitu než ženský. Proto v praxi platí pravidlo, že světlé vyvřelé horniny jsou radioaktivnější než tmavě zbarvené.

    Tabulka 8 – Hojnost radioaktivních prvků v horninách,
    hm. % (podle A.P. Vinogradova)


    Tabulka 9 – Specifická aktivita přírodních radionuklidů v horninách

    Skály

    Specifická aktivita, Bq/kg

    Ohnivý:

    Základní

    Ultrabasic

    Sedimentární:

    Vápence

    Pískovce

    Jílové břidlice

    Břidlice a jíly mají nejvyšší radioaktivitu mezi sedimentárními horninami. Obsah radionuklidů se v nich blíží obsahu kyselých vyvřelin – žuly. Na základě analýzy četných gama záznamových diagramů hlubinných vrtů a výsledků laboratorních radiometrických studií velkého počtu vzorků sedimentárních hornin bylo zjištěno, že mezi nimi mají čisté chemické a organické sedimenty nejmenší radioaktivitu. (kamenná sůl, sádrovec, vápence, dolomity, křemenné písky, křemičité břidlice, jaspis). Mořské sedimenty jsou obecně radioaktivnější než ty kontinentální.

    2.2.2.3. Radioaktivita půdy

    Za hlavní zdroj radioaktivních prvků v půdách by měly být považovány půdotvorné horniny. Půdy vyvinuté na kyselých vyvřelinách jsou proto relativně obohaceny o radioaktivní prvky (uran, radium, thorium, draslík), zatímco půdy vzniklé na bazických a ultrabazických horninách jsou na ně chudé. Jílové půdy jsou téměř všude bohatší na radioizotopy než písčité půdy.

    Půdy jako sypké útvary jsou svým materiálovým složením blízké sedimentárním horninám, proto do značné míry podléhají zákonitostem distribuce přírodních radionuklidů v sedimentech této geneze. Jemná koloidní frakce půd, která je spojena s výměnné a sorpční procesy, obohacené o radioaktivní prvky ve srovnání s většími částicemi. Totéž platí pro organickou složku půd. Mezi radioaktivitou půd a množstvím organické hmoty v nich však neexistuje přímá souvislost. Tabulka 10 ukazuje specifickou aktivitu hlavních půdních typů podle údajů VNIIFTRI (1996). Podle A.P. Vinogradova se obsah radia ve svrchním půdním horizontu pohybuje od 2,8 do 9,5×10 -10 %. Navíc ve většině půd dochází k prudkému posunu v radioaktivní rovnováze mezi uranem a radiem směrem k radiu, což je spojeno s vyplavováním uranu podzemními vodami.

    Tabulka 10– Specifická aktivita přírodních radionuklidů v půdách

    Hlavní typy půd

    Specifická aktivita, Bq/kg

    serozemy

    Taupe

    Kaštan

    Černozemě

    Šedý les

    Sod-podzolic

    Podzolic

    Rašelinový

    Půdní radioaktivita je tedy způsobena především přírodními radioizotopy 40 K a 87 Rb. Radioitop draslík-40 se v různé míře hromadí v potravinách rostlinného a živočišného původu (tabulka 11).

    Tabulka 11– obsah 40 K v potravinářských výrobcích

    Žitný chléb

    Hovězí maso

    Těstoviny

    Vepřové sádlo

    Pohanka

    Sušené ovoce

    Brambor

    Pšeničná mouka

    Čerstvé mléko

    Máslo

    Půda je pod vlivem testů jaderných zbraní a umělých faktorů všude kontaminována umělými radionuklidy. Například průměrná hustota kontaminace horních půdních vrstev severní polokoule radioaktivním cesiem je 0,12 Ci/km 2 .

    2.2.2.4. Radioaktivita přírodních vod

    Radioaktivita říčních a jezerních vod závisí na zdroji jejich výživy. Dešťové, sněhové a ledovcové vody obsahují malé množství solí, takže vodní útvary v horských oblastech vysokých zeměpisných šířek, které mají tento zdroj výživy, jsou s ohledem na přírodní radionuklidy prakticky sterilní.

    Přírodní radionuklidy se dostávají do otevřených vodních útvarů na pevnině převážně s podzemními vodami. Podzemní a mezivrstvové vody, napájející jezera a řeky, určují úrovně přirozené radioaktivity ve vodě těchto nádrží. Proto radioaktivita říční a jezerní vody podléhá značným výkyvům. Přímo závisí na chemickém a minerálním složení hornin, které odvodňují, ve kterých se nacházejí mísy jezer nebo povodí řek. Dalším významným faktorem ovlivňujícím míru radioaktivity vody v otevřených nádržích je klima, které určuje míru chemického zvětrávání hornin, které jsou hlavním dodavatelem přírodních radionuklidů.

    Konečně, koncentrace radioizotopů v jezerech závisí na stupni výměny vody. Endorheická jezera v oblastech se suchým klimatem mohou být výrazně obohacena o radioaktivní prvky díky silnému odpařování stojatých vod.

    Pokud vyloučíme řeky odvodňující oblasti uranové rudy, pak můžeme předpokládat, že říční vody se vyznačují nižším obsahem uranu, radia, thoria, draslíku a radonu ve srovnání s mořskými vodami, i když existují výjimky z tohoto pravidla (například Syr Darya ). Tabulka ukazuje obsah uranu v některých řekách, podle D.S. Nikolajev.

    Stůl 12 – Obsah uranu ve vodě některých řek

    V období povodní radioaktivita říční vody klesá a při nízké vodě se zvyšuje. V zimě, kdy jsou řeky pokryty ledem, je ve vodě zvýšený obsah radioaktivních plynů – radonu a thoronu.

    Podzemní vody mohou být oproti povrchové vodě výrazně obohaceny o uran, radium, thorium a radon. Množství radioaktivních prvků v nich závisí na materiálovém složení hostitelských hornin a chemismu vod samotných. V hydrogeologii je zvykem rozlišovat radonové, radiové a uranové vody v závislosti na převaze toho či onoho radioaktivního prvku v jejich složení. Existují také smíšené vody: radon-radium, uran-radium, radium-mesothorium. Koncentrace radia v podzemních vodách může dosáhnout 2,5´10 -11% a uranu - 3´10 -5%.

    Ještě ve třicátých letech 20. století V.G. Khlopin zaznamenal zvýšenou koncentraci radia ve vodě ropných polí. V současné době to v důsledku intenzivního využívání ložisek uhlovodíků vede k akumulaci přírodních radionuklidů na technologických zařízeních a potrubích ropných a plynových polí. Na některých ložiscích dosahuje expoziční dávkový příkon ze zařízení 6 mR/h a měrná aktivita přírodních radionuklidů v kalech přesahuje 10 5 Bq/kg. Důsledkem toho je nekontrolovaná expozice personálu a veřejnosti.

    2.2.2.5. Radioaktivita atmosférického vzduchu

    Atmosféra Země vždy obsahuje plynné radioaktivní látky ve formě inertních plynů - radonu, thoronu a aktinonu, jejichž zdrojem jsou vyvěrající horniny. Radioaktivní emanací se z půdy dostávají do atmosférického vzduchu, poté jsou unášeny horizontálními a vertikálními proudy vzduchu. Radioaktivní plyny, které se rozkládají, se zase mění na pevné radioizotopy, které dopadají na zemský povrch ve formě aktivních srážek.

    Aktinon a thoron nejsou dlouhověké. Poločas rozpadu první emanace je pouze 3,92 s a druhý - 54,5 s, takže se nacházejí v malých množstvích pouze v nejnižších vrstvách atmosféry v blízkosti zemského povrchu. Významnější je poločas rozpadu radonu (3,82 dne), v důsledku čehož je samotná emanace a její produkty rozpadu transportovány větrem na velké vzdálenosti od místa úniku.

    Pozorování ukazují, že spodní vrstvy atmosféry nad kontinenty obsahují 1-2 atomy radonu na 1 cm 3 vzduchu. Koncentrace thoronu je obvykle 10 000krát menší. Atmosférický vzduch nad oceánem obsahuje 100krát méně radonu než nad pevninou. Koncentrace radonu rychle klesá s nadmořskou výškou. Již ve výšce 1 km je jeho množství 2krát a ve výšce 4 km je 14krát menší než na zemském povrchu.

    Vzorec distribuce produktů rozpadu radioaktivních emanací je zcela odlišný. Mnoho pevných radioizotopů, které následují po emanacích v přirozené radioaktivní řadě, je téměř rovnoměrně distribuováno ve spodních vrstvách atmosféry. Například koncentrace Ra D na úrovni země a ve výšce 10 km je téměř stejná.

    Pevné radioaktivní částice obsažené ve vzduchu jsou zachyceny kondenzujícími kapkami vody a se srážkami dopadají na povrch Země. Po vydatných deštích a sněžení radioaktivita vzduchu klesá.

    Kromě radioaktivních emanací a pevných produktů jejich rozpadu obsahuje atmosféra radioizotopy vzniklé pod vlivem kosmického záření. Mezi takové radionuklidy patří především uhlík-14, jehož množství ve vzduchu je zanedbatelné.

    Podíl jednotlivých přírodních zdrojů na tvorbě efektivních lidských dávkových ekvivalentů je uveden v tabulce 13.

    Tabulka 13– Lidské efektivní ekvivalentní dávky z přírodních zdrojů

    Zdroje záření

    Údaje o světovém průměru

    Kosmické záření

    Gama záření ze Země

    Vnitřní expozice

    Záření ze stavebních materiálů (radon)
    Předchozí

    Radioaktivní prvky (radionuklidy) jsou široce zastoupeny v půdách a půdotvorných horninách. Radioaktivita (přirozená) je jev spontánní přeměny (rozpadu) nestabilních izotopů jednoho chemického prvku na izotop jiného, ​​doprovázený ά-, β- a γ-zářením. Radioaktivita půd je způsobena přítomností radioaktivních prvků přírodního a antropogenního původu. V tomto ohledu se rozlišuje přirozená a umělá radioaktivita. Vyjadřuje se počtem jaderných rozpadů za jednotku času a měří se v becquerelech (1 Bq = 1 rozpad/s) nebo v jednotkách aktivity radioaktivních izotopů - curies (1 Ci = 3,7 10 10 Bq).

    Přirozená radioaktivita. Za přírodní radionuklidy jsou považovány ty, které vznikly a neustále se znovu tvoří bez zásahu člověka.

    Přirozenou radioaktivitu způsobují dvě skupiny radioaktivních prvků: primární, které jsou obsaženy v matečných horninách a jsou obsaženy v půdě, a kosmogenní – vstupující do půdy z atmosféry, k jejichž vzniku dochází při interakci kosmického záření s jádry. stabilních prvků.

    Všechny primární přírodní radioaktivní prvky jsou většinou dlouhověké, s poločasem rozpadu 10 8 -10 17 let, které pravděpodobně vznikly současně se vznikem Země. Největší podíl na přirozené radioaktivitě půd má radioaktivní izotop 40 K, který tvoří více než 50 % přirozené radioaktivity půd, dále vápník (48 Ca), rubidium (87 Rb), uran (238 U), radium (226 Ra), thorium (232 Th). Hlavním zdrojem těchto prvků v půdách jsou půdotvorné horniny. Výrazně se liší koncentrací přírodních radioaktivních prvků.

    Největší podíl na dávce záření z velkého množství kosmogenních radioaktivních prvků mají tritium (3 H), berylium (7 Be, 10 Be), uhlík (14 C, 13 C), fosfor (32 P, 33 P) síru (35 S), chlor (35 Cl) a sodík (22 Na). Přirozenou radioaktivitu půd ovlivňují tyto kosmogenní izotopy: radiokarbon (14 C) a tritium (3 H) - supertěžký izotop vodíku, který se do půdy dostává z atmosféry. Tyto radioizotopy mají relativně krátkou životnost. Radiokarbon má poločas rozpadu 5760 let a tritium má poločas rozpadu 12,3 roku. Protože se do půdy dostávají z atmosféry, jejich obsah se udržuje na relativně konstantní úrovni.

    Celkem je známo více než 300 přírodních radionuklidů, jejichž přítomnost v půdě určuje její přirozenou radioaktivitu. Koncentrace přírodních radionuklidů v přírodě se velmi liší. Zemská kůra obsahuje ze všech radioaktivních látek nejvíce draslíku (cca 2,5 %), přičemž obsah uranu a thoria je desítky a stovky a radia je v porovnání s obsahem radioaktivního draslíku (40 K) milionkrát menší. Tento prvek v přírodě je reprezentován směsí tří izotopů: 39 K, 40 K a 41 K, z nichž dva (39 K a 41 K) jsou stabilní a jeden (40 K) je radioaktivní s dlouhou životností, poločas rozpadu z toho se měří ve stovkách milionů let (Annenkov B N., Yudintseva E.V., 1991).

    Hrubý obsah radionuklidů v půdách závisí především na matečných horninách. Maximální radioaktivita byla zjištěna v půdách vyvinutých na kyselých vyvřelinách než v půdách vytvořených na bazických a ultrabazických horninách a nejvyšší koncentrace radionuklidů je pozorována v jemné frakci půd - v jílových částicích. Například půdy vytvořené na fosforem obohacených horninách obsahují zvýšené koncentrace uranu.

    Krytinové a sprašovité hlíny, spraše a pásové hlíny obsahují 2-4x více radioaktivních prvků než písčité a písčito-hlinité fluvioglaciální uloženiny. V půdách vzniklých na eluviu karbonátových hornin je obsah radioaktivních prvků několikanásobně vyšší než v horninách. Tyto prvky se hromadí v půdě při přeměně (zvětrávání) karbonátových hornin.

    V půdách jsou přírodní radioaktivní prvky přítomny v ultramikrokoncentracích v rozmezí n10 -4 - n10 -12 %. Po celém světě jsou oblasti se zvýšenou úrovní přirozené radioaktivity půdy. Přirozeně radioaktivní látky se nacházejí ve zvýšených koncentracích v místech jejich výroby, technického využití a pohřbívání.

    Tabulka 33

    Koncentrace hlavních přírodních radioizotopů v půdách (Kovrigo V.P., 2008)

    Konkrétní rozložení radioaktivity ve vertikální rovině (přes genetické horizonty) závisí na povaze půdotvorného procesu.

    V sodno-karbonátových půdách je nejvyšší obsah přírodních radionuklidů pozorován v humusových horizontech a přechodem na půdotvornou horninu postupně klesá.

    V černozemích, tmavě šedých lesních, kaštanových, polopouštních a pouštních půdách, jejichž vznik není spojen s aktivní přeměnou a pohybem složek pevné fáze, je rozložení přirozených radioaktivních prvků podél půdního profilu charakterizováno slabou diferenciací. V lesostepních půdách a půdách stepních oblastí se profilová diferenciace obsahu radioprvků shoduje s typickými profilovými vzory změn jejich granulometrického složení, oxidů železa a hliníku.

    Podzolizace, solodizace, lessivace a solonetzace vedou k odsunu přírodních radionuklidů z eluviálních (svrchních) horizontů do iluviálních s následnou akumulací, kde se koncentrace radionuklidů zvyšuje 1,5-3x oproti matečné hornině. Uran se ukládá na glejové bariéry, což má za následek obohacování hydromorfních půd tímto prvkem.

    Umělá radioaktivita. V současnosti je známo více než 1300 umělých radionuklidů, z nichž nejnebezpečnější jsou izotopy 90 Sr, 137 Cs, 144 Ce. Poločas rozpadu stroncia je 28 let a cesia 30 let. Vyznačují se vysokou energií záření a jsou schopny se aktivně zapojit do biologického cyklu. Umělé (umělé) radionuklidy se konvenčně dělí do tří skupin: radioaktivní štěpné produkty (nejvýznamnější z nich jsou 89 Sr, 90 Sr, 137 Cs, 134 Cs, 131 I, 131 Ce, 144 Ce); produkty indukované aktivace (včetně 54 Mn, 60 Co, 55 Fe, 59 Fe, 65 Zn); transuranové prvky (mezi nimiž nejdéle vydrží 237 Np, 239 Np, 239 Pu, 244 Pu, 241 Am, 242 Cm, 243 Cm, 244 Cm).

    Umělá radioaktivita je způsobena vstupem radioaktivních izotopů vzniklých v důsledku atomových a termonukleárních výbuchů do půdy, ve formě odpadu z jaderného průmyslu, v důsledku havárií v jaderných podnicích, zavedením fosforečných hnojiv (často obsahujících izotopy uranu), emise popela z tepelných elektráren provozovaných na uhlí a hořlavé břidlice obsahující uran, radium, thorium, polonium. Radioelementy jsou přenášeny větrem, deštěm a prouděním taveniny, rozšiřují zóny radioaktivní kontaminace půdy a přírodních vod a vystavují živé organismy radioaktivnímu záření. Při provozu jaderné elektrárny se do vnějšího prostředí dostávají intenzivně migrující štěpné produkty - 90 Sr, 137 Cs, 131 I - i nuklidy s indukovanou aktivitou - 54 Mn, 60 Co, 65 Zn.

    Obsah radionuklidů v půdě se zvyšuje aplikací meliorantů, organických a minerálních hnojiv obsahujících radioaktivní látky. Aktivita 1 kg fosforečných hnojiv je tedy: superfosfát - 120 Bq, obohacený koncentrát - 70 Bq. Při průměrných dávkách těchto hnojiv (60 kg/ha) se do půdy navíc zapojují radionuklidy, jejichž aktivita v 60 kg hnojiv je 1,35 10 6 Bq. Radioaktivita půdy se při vápnění zvyšuje vlivem 48 Ca, jehož koncentrace v přirozené směsi izotopů vápníku je 0,19 %.

    Radioaktivní kontaminace půdy neovlivňuje úroveň úrodnosti, ale vede k hromadění radionuklidů v rostlinných produktech. Se zvyšující se úrovní plodnosti však koncentrace radionuklidů v plodině klesá v důsledku nárůstu biomasy plodin. Zvýšený antagonismus mezi radionuklidovými ionty a zavedenými solemi (Ca - Sr, K - Cs) zabraňuje vstupu stroncia a cesia do rostlin.

    V současnosti je hlavním zdrojem radionuklidů v zemědělských produktech půda. (Doporučení, 1991). Většina umělých radionuklidů je fixována složkami pevné fáze půdy, díky čemuž se hromadí v horní části půdního profilu. V půdách lehkého granulometrického složení pronikají radionuklidy hlouběji než v půdách těžkých, v důsledku čehož se mohou dostat až na úroveň půda-podzemní voda a dostat se s nimi do říční sítě.

    Fixaci radionuklidů ovlivňuje obsah humusu, granulometrické a mineralogické složení a reakce prostředí. S rostoucím obsahem organické hmoty a stupněm disperze půdních částic se zvyšuje sorpce 90 Sr. Na sorpci 137 Cs hrají hlavní roli jílové minerály, zejména illit a vermikulit. Při okyselení prostředí se mobilita umělých radionuklidů obvykle zvyšuje a v neutrálních a alkalických půdách klesá. Hlavní množství stroncia a cesia, které vstupuje do rostliny, se hromadí v jejich nadzemní hmotě a zbývající radionuklidy se hromadí v kořenech.

    Obecně platí, že nejvyšší sorpce radionuklidů je pozorována v půdách těžkého granulometrického složení s vysokým obsahem humusu a minerálů jako je vermikulit, montmorillonit a hydroslída. V takových půdách jsou umělé radionuklidy pevně fixovány PPC složkami, což zabraňuje jejich zapojení do migračních procesů a vstupu do rostlin.

    Migrace radionuklidů v půdách probíhá pomalu a jejich hlavní množství se v současnosti nachází ve vrstvě 0-5 cm Hospodářská činnost člověka, zejména orba půdy, vede k poměrně rovnoměrnému rozložení radionuklidů v orné vrstvě. Orba s obratem tvorby způsobuje pohyb radionuklidů hluboko do půdy a aplikace hnojiv a vápna prudce snižuje jejich vstup do pěstovaných rostlin (4-5krát).

    Materiály ze sekce Kardiologie, srdce
    Ureaplasma u mužů - příznaky a léčba, účinné léky, způsobuje Advanced ureaplasma u mužů
    Ureaplasma u mužů - příznaky a léčba, účinné léky, způsobuje Advanced ureaplasma u mužů
    Recepty a funkce vaření
    Recepty a funkce vaření