Radioaktív fémek

Az urán, a tórium és néhány más elem az a tulajdonsága, hogy folyamatosan és minden külső hatás nélkül (azaz belső okok hatására) láthatatlan sugárzást bocsátanak ki, amely a röntgensugarakhoz hasonlóan áthatolhat az átlátszatlan képernyőkön, és fotográfiai és ionizációs hatást fejt ki.

Az ilyen sugárzás spontán kibocsátásának tulajdonságát radioaktivitásnak nevezzük. Azokat az elemeket, amelyek rendelkeznek ezzel a tulajdonsággal, radioaktív elemeknek, az általuk kibocsátott sugárzást pedig radioaktív sugárzásnak nevezzük. A radioaktív tulajdonságokat először Antoine Henri Becquerel (1852-1908) francia fizikus fedezte fel az uránban 1896-ban.

A radioaktivitás felfedezése követte a röntgensugarak felfedezését. A röntgensugárzás kibocsátását először akkor figyelték meg, amikor egy kisülési cső üvegfalait katódsugárral bombázták. Az ilyen bombázás leghatékonyabb eredménye az üveg intenzív zöld fénye, a lumineszcencia (lásd II. kötet, 102. §). Ez a körülmény azt sugallta, hogy a röntgensugárzás a lumineszcencia terméke, és minden lumineszcenciát kísér, és kíséri a „fény által elítélt”.

Becquerel megkezdte ennek a feltételezésnek a kísérleti tesztelését. Lumineszcens anyagokat fénnyel gerjesztett, majd egy fekete papírba csomagolt fényképezőlapra vitte. A behatoló sugárzás kibocsátását úgy kell kimutatni, hogy a fotólemez kifejlesztés után elfeketedik. A Becquerel által tesztelt lumineszcens anyagok közül csak az uránsó okozta a műanyag fekete papíron keresztül történő elfeketedését. De kiderült, hogy a korábban erős fejlődés által gerjesztett minta ugyanazt a feketét adta, mint a gerjesztetlen minta. Ebből az következett, hogy az uránsó által kibocsátott sugárzás nem kapcsolódik lumineszcenciához, hanem a külső hatásoktól függetlenül bocsát ki. Ezt a következtetést a nem lumineszcens uránvegyületekkel végzett kísérletek is megerősítették – ezek mindegyike átható sugárzást adott.

Miután Becquerel felfedezte az urán radioaktivitását, a lengyel és francia fizikus, Marie Skłodowska-Curie (1867-1934), aki férjével, Pierre Curie-vel (1859-1906) együttműködve végezte a fő tudományos munkát, megvizsgálta a legtöbb ismert elemet. és sok vegyületük annak megállapítása érdekében, hogy van-e radioaktív tulajdonságuk? M. Curie kísérleteiben a radioaktív anyagok levegőionizáló képességét használta a radioaktivitás jeleként. Ez a jel sokkal érzékenyebb, mint a radioaktív anyagok azon képessége, hogy egy fényképező lemezen hatnak. Egy radioaktív gyógyszer ionizáló hatása könnyen kimutatható az ábrán látható kísérlettel. 376. (vö. II. köt. 92. §). M. Curie kísérletei a következő eredményekhez vezettek.

Rizs. 376. Ionizációs áram mérése: 1 – az ionizációs kamra teste, 2 – az 1-től szigetelő dugóval elválasztott elektróda 3.4 – vizsgált gyógyszer, 5 – elektrométer. Ellenállás . Kellően magas akkumulátorfeszültség mellett a kamra térfogatában ionizáló sugárzás hatására keletkező összes ion az elektródákon összegyűlik, és a pontkamrán keresztül a gyógyszer ionizáló hatásával arányos áram folyik. Ionizáló szerek hiányában a kamrában lévő levegő nem vezető, és az áramerősség nulla

1. A radioaktivitást nemcsak az urán, hanem annak összes kémiai vegyülete is kimutatja. Ezenkívül radioaktív tulajdonságokat fedeztek fel még egy elemben - a tóriumban és annak összes kémiai vegyületében.

2. Bármilyen kémiai összetételű gyógyszer radioaktivitása megegyezik a tiszta urán vagy tórium radioaktivitásával, abban a mennyiségben, amelyben ezeket a gyógyszer tartalmazza.

Ez utóbbi eredmény azt jelenti, hogy a radioaktív elemet tartalmazó molekula tulajdonságai nem befolyásolják a radioaktivitást. A radioaktivitás tehát nem molekuláris jelenség, hanem egy radioaktív elem atomjainak belső tulajdonsága.

Curie a tiszta elemeken és vegyületeiken kívül különféle természetes ásványokat is tanulmányozott. Kiderült, hogy az ásványok radioaktivitását a bennük lévő urán vagy tórium okozta. Ugyanakkor néhány ásvány váratlanul magas radioaktivitást mutatott. Így az urángyanta érc négyszer nagyobb ionizációt adott, mint a benne lévő urán.

A gyantaérc megnövekedett aktivitása csak azzal magyarázható, hogy egy ismeretlen radioaktív elemet olyan kis mennyiségben kevertek össze, hogy az elkerülte a kémiai elemzést. Alacsony tartalma ellenére ez az elem több radioaktív sugárzást bocsátott ki, mint a bőséges urán. Következésképpen ennek az elemnek a radioaktivitásának sokszor erősebbnek kell lennie, mint az uráné.

Ezen megfontolások alapján Pierre és Marie Curie vállalta egy feltételezett elem kémiai izolálását az urángyantaércből. A kémiai műveletek sikerét a keletkező termék tömegegységre eső radioaktivitása szabályozta, amely a benne lévő új elem tartalmának növekedésével növekedni kezdett. Több év kemény munkája után valóban sikerült néhány tized grammnyi tiszta elemet előállítaniuk, amelynek radioaktivitása több mint egymilliószor nagyobb, mint az uráné. Ezt az elemet rádiumnak (azaz sugárzónak) nevezik.

Kémiai tulajdonságai szerint a rádium az alkáliföldfémek közé tartozik. Atomtömege 226-nak bizonyult. A rádium a kémiai tulajdonságai és az atomtömeg alapján a Mengyelejev-periódusrendszer eddig üres 88-as cellájába került.

A rádium az urán állandó kísérője az ércekben, de elhanyagolható mennyiségben van benne – hozzávetőlegesen rádium/urán; Ennek fényében a rádium kinyerése nagyon munkaigényes folyamat. A rádium az egyik legritkább és legdrágább fém. Koncentrált radioaktív sugárzásforrásként értékelik.

Curie és más tudósok további kutatásai jelentősen bővítették az ismert radioaktív elemek számát.

Minden 83-nál nagyobb sorozatszámú elem radioaktívnak bizonyult. Kis szennyeződésként találták meg őket az uránban, rádiumban és tóriumban.

Ugyanígy találták meg a tallium, az ólom és a bizmut elemek radioaktív izotópjait is. Meg kell jegyezni, hogy ezeknek az elemeknek csak ritka, uránnal, rádiummal és tóriummal kevert izotópjai radioaktívak. A közönséges tallium, ólom és bizmut nem radioaktív.

A Mengyelejev-periódusos rendszer lovait alkotó elemek mellett a következő elemek is radioaktívnak bizonyultak: szamárium, kálium, rubídium. Ezen elemek radioaktivitása gyenge és nehezen észlelhető.

  Cézium-137, Cs-137
  A cézium-137, más néven radiocézium, a bioszféra radioaktív szennyeződésének egyik fő összetevője. Radioaktív csapadékban, radioaktív hulladékban, az atomerőművekből származó hulladékot feldolgozó gyárak kibocsátásaiban található. A talaj és a fenéküledékek intenzíven felszívják; vízben főleg ionok formájában található meg. Növényekben, állatok és emberek testében található.
  Az állatokban a 137Cs főleg az izmokban és a májban halmozódik fel
  A cézium-137 környezetbe való kibocsátása főként nukleáris kísérletek és atomerőművi balesetek eredményeként következik be.
  Ismertek környezetszennyezési esetek a cézium-137 források egészségügyi és technológiai célú gondatlan tárolása következtében.
  Biológiai hatás
  A cézium-137 főként a légző- és emésztőszerveken keresztül jut be az élő szervezetekbe. A bőrnek jó védő funkciója van

Az elnyelt sugárzás dózisát a besugárzott anyag tömegére átvitt ionizáló sugárzás energiájával mérjük.
  Az elnyelt dózis mértékegysége a szürke (Gy), amely 1 kg anyag által elnyelt 1 joule-nak felel meg.
  1 Gy = 1 J/kg = 100 rad.

  Körülbelül 2 Gy vagy nagyobb dózis elnyelésekor sugársérülések kialakulása emberben várható. A tünetek sok tekintetben hasonlóak a gamma-besugárzás során fellépő akut sugárbetegséghez: depressziós állapot és gyengeség, hasmenés, fogyás, belső vérzések
  Az emberi szervezetbe behatoló Cs-137 radionuklidok beépülnek a létfontosságú szervekbe. Ugyanakkor a sejtekben disztrófiás és nekrobiotikus változások lépnek fel, amelyek elsősorban az energiamechanizmusok megzavarásával járnak, és a szervezet létfontosságú funkcióinak megzavarásához vezetnek. A károsodás súlyossága közvetlenül függ a szervezetben és az egyes szervekben beépült Cs-137 mennyiségétől. Ezek az elváltozások elsősorban a csíra- és szomatikus sejtek genetikai apparátusának mutációinak indukálóiként jelenthetnek veszélyt.

A Cs-137 azon képessége, hogy mutációt okozzon a csírasejtekben, a következő generációk alapja lesz az embrió méhen belüli elhalásának, a veleszületett fejlődési rendellenességeknek, a magzat és az újszülött patológiáinak, valamint a felnőtt szervezet elégtelen génaktivitással összefüggő betegségeinek előfordulásához. .

A szervezetnek ez a belső besugárzása azért is rendkívül veszélyes, mert a Cs-137 radionuklidok és bárium formájában megjelenő bomlástermékeik azon képességével párosulnak, hogy befolyásolják a biológiai struktúrákat, kölcsönhatásba lépnek a sejtmembránok receptor apparátusával, és megváltoztatják a sejtmembránok állapotát. szabályozási folyamatok.

Összefüggést tártak fel a gyermekek szívbetegségeinek gyakorisága és szervezetük radionuklidtartalma között. Különös figyelmet kell fordítani arra, hogy a 10-30 Bq/kg-os gyermekek szervezetében még viszonylag kis mennyiségű Cs-137 jelenléte is (ugyanakkor ennek a radionuklidnak a koncentrációja a szívszövetben sokkal magasabb) az elektrokardiográfiás rendellenességben szenvedő gyermekek számának megkétszereződéséhez vezet.
  Ebben a tekintetben a sejtek genetikai apparátusának aktivitását szabályozó (stimuláló) rendszerek működését elnyomó környezeti tényezők számos betegség előfordulásának indukálói (provokátorai) lesznek. A Cs-137 viszonylag kis mennyiségben képes elnyomni a szervezet szabályozórendszereinek, és mindenekelőtt az immunrendszerének aktivitását.
  A cézium-137 felezési ideje 30 év.

  Rádium, Ra-226
  a rádium kémiai elem 88-as rendszámú és 226-os tömegszámú radioaktív izotópja. A radioaktív urán-238 családba tartozik
  A legstabilabb izotóp a rádium-226 (226Ra), amely az urán bomlása során keletkezik. A rádium-226 felezési ideje 1600 év, a bomlási folyamat során radioaktív radon gáz keletkezik.
  A rádium-226 alfa-sugárzás forrása, és potenciálisan káros lehet az emberi csontszövetre.
  A természetes vizekben elhanyagolható koncentrációban van jelen.
  Alkalmazás
  A rádiumsókat a gyógyászatban radonforrásként (lásd RADON) használják radonfürdők készítéséhez.

A csontszövet és a szervek daganatai a csonttokba zárva (vérképző szövet, agyalapi mirigy) vagy ahhoz topográfiailag közel (szájnyálkahártya, maxilláris üreg) alakulnak ki.

  Kobalt-60, Co-60
  A kobalt-60, a radiokobalt a kobalt kémiai elem 27-es rendszámú és 60-as tömegszámú radioaktív nuklidja. Rövid felezési ideje miatt gyakorlatilag nem található meg a természetben. Az 1930-as évek végén nyitották meg

Ennek a nuklidnak egy grammjának aktivitása körülbelül 41,8 TBq. A kobalt-60 felezési ideje 5,2 év
  Alkalmazások A Cobalt-60-at körülbelül 1,3 MeV energiájú gamma-sugárforrások előállítására használják, amelyeket a következőkre használnak:
  - élelmiszeripari termékek, orvosi műszerek és anyagok sterilizálása;
  - a maganyag aktiválása (a gabona- és zöldségnövények növekedésének és hozamának serkentésére);
  - ipari szennyvíz, szilárd és folyékony hulladékok fertőtlenítése és tisztítása különféle termelési típusokból;
  - a polimerek és a belőlük készült termékek tulajdonságainak sugárzásos módosítása;
  - különféle patológiák sugársebészete (lásd „kobalt pisztoly”, gamma kés);
  - gamma hiba észlelése.
  A Cobalt-60-at olyan rendszerekben is használják, amelyek az öntőformában lévő fémszintet figyelik az acél folyamatos öntése során. Ez a radioizotópos energiaforrások egyik izotópja.
  Sugarainak nagy áthatoló erejük van. A sugárzási teljesítmény szempontjából 17 gramm radioaktív kobalt 1 kilogramm rádiumnak felel meg - ez a legerősebb természetes sugárforrás. Éppen ezért ennek az izotópnak, valamint más izotópnak a megszerzése, tárolása és szállítása során gondosan betartják a legszigorúbb biztonsági előírásokat, és minden szükséges intézkedést megtesznek az emberek megbízható védelme érdekében a halálos sugaraktól.

A radioaktív kobaltnak számos „szakmája” van. Például a gammahiba-detektálást egyre gyakrabban alkalmazzák az iparban, pl. a termék minőségének ellenőrzése gamma-sugárzásnak kitéve, amelynek forrása a kobalt-60 izotóp. Ez a vizsgálati módszer lehetővé teszi, hogy viszonylag olcsó és kompakt berendezésekkel könnyen észlelhetőek a repedések, pórusok, fisztulák és egyéb belső hibák a masszív öntvényeken, hegesztéseken, szerelvényeken és nehezen elérhető helyeken található alkatrészeken. Tekintettel arra, hogy a gamma-sugarakat a forrás egyenletesen oszlatja el minden irányban, a módszer lehetővé teszi nagyszámú objektum egyidejű megfigyelését, és a hengeres termékek egyidejű ellenőrzését a teljes kerület mentén.

A radioaktív kobaltot az olvasztókemencékben az olvadt fém szintjének, a nagyolvasztók és a bunkerek töltetanyag-szintjének szabályozására és szabályozására, valamint a folyamatos öntőművek öntőformáiban a folyékony acél szintjének fenntartására használják.

A gamma vastagságmérőnek nevezett eszköz gyorsan és nagy pontossággal határozza meg a hajótest burkolatának, csőfalainak, gőzkazánjainak és egyéb termékeknek a vastagságát, amikor a belső felületükhöz nem lehet hozzáférni, és ezért a hagyományos műszerek tehetetlenek.

A kobaltot a gyógyászatban is használják. A kobalt-60 izotóp szemcséi, amelyeket orvosi „fegyverekbe helyeznek”, anélkül, hogy az emberi szervezetet károsítanák, gamma-sugárzással bombázzák a belső rosszindulatú daganatokat, káros hatással vannak a gyorsan szaporodó beteg sejtekre, felfüggesztik azok aktivitását, és ezáltal megszüntetik a gócokat. szörnyű betegség.
  A mélyen fekvő rosszindulatú daganatok besugárzására szolgáló készülékben, a GUT-400 „kobaltágyúban” (terápiás gamma-berendezés) a kobalt-60 mennyisége aktivitásában 400 g rádiumnak felel meg. Ez nagyon nagy mennyiség, egyetlen laboratóriumban sem található ekkora rádium. De éppen a magas aktivitás teszi lehetővé a páciens testében mélyen elhelyezkedő daganatok kezelésére irányuló kísérleteket.
  Széleskörű előnyei ellenére azonban a sugárzás sugárzás, és az ellenőrizetlen expozíció a fent leírt szomorú következményekhez vezet.

  Tórium-232, Th-232
  A tórium-232 a tórium kémiai elem természetben előforduló radioaktív nuklidja, amelynek rendszáma 90 és tömegszáma 232.
  Ez a tórium leghosszabb életű izotópja, alfa-radioaktív, felezési ideje 1,405·10 10 (14 milliárd) év.
  A tórium-232 egy alfa-sugárzó
  Ennek a nuklidnak egy grammjának aktivitása 4070 Bq.
  A Thorotrast gyógyszer formájában a tórium-dioxid szuszpenzióját kontrasztanyagként alkalmazták a korai röntgendiagnosztikában. Jelenleg a tórium-232 készítmények rákkeltőnek minősülnek
  A tórium bejutása a gyomor-bél traktusba (nehézfém, és radioaktív is!) nem okoz mérgezést. Ez azzal magyarázható, hogy a gyomor savas környezet, és ilyen körülmények között a tóriumvegyületek hidrolizálódnak. A végtermék az oldhatatlan tórium-hidroxid, amely kiválasztódik a szervezetből. Csak 100 g irreális adag tórium okozhat akut mérgezést...
  A tórium vérbe jutása azonban rendkívül veszélyes. Ennek következményei lehetnek a vérképző rendszer betegségei, specifikus daganatok kialakulása.

  Plutónium-239, Pu-239
  A plutónium-239 (plutónium-239) a plutónium kémiai elem radioaktív nuklidja, amelynek rendszáma 94 és tömegszáma 239.
  A természetben rendkívül kis mennyiségben fordul elő az uránércekben.
  Ennek a nuklidnak egy grammjának aktivitása körülbelül 2,3 GBq.
  A Plutónium-239 felezési ideje 24 100 év.
  Plutónium-239 használatos:
  - nukleáris üzemanyagként termikus és különösen gyors neutronokat alkalmazó atomreaktorokban;
  - nukleáris fegyverek gyártásában;
  - kiindulási anyagként transzplutónium elemek előállításához.
  A plutóniumot 1940 végén fedezték fel.
  Bár a plutónium kémiailag mérgezőnek tűnik, mint minden nehézfém, ez a hatás a radiotoxicitáshoz képest gyenge. A plutónium toxikus tulajdonságai az alfa-radioaktivitás következményeként jelentkeznek. Az alfa-részecskék csak akkor jelentenek komoly veszélyt, ha forrásuk a szervezetben van (azaz a plutóniumot le kell nyelni). Bár a plutónium gamma-sugarakat és neutronokat is bocsát ki, amelyek kívülről is bejuthatnak a szervezetbe, ezek szintje túl alacsony ahhoz, hogy sok kárt okozzon.

Az alfa-részecskék csak a plutóniumot tartalmazó vagy azzal közvetlenül érintkező szöveteket károsítják. Kétféle intézkedés jelentős: akut és krónikus mérgezés. Ha a sugárzás szintje elég magas, a szövetek akut mérgezést szenvedhetnek, a mérgező hatás gyorsan megnyilvánul. Ha a szint alacsony, akkor kumulatív rákkeltő hatás jön létre.

A plutónium nagyon rosszul szívódik fel a gyomor-bél traktusban, még ha oldható só formájában is bejut, később még mindig megköti a gyomor és a belek tartalma. A szennyezett víz a plutóniumnak a vizes oldatokból történő kicsapódásra való hajlama és más anyagokkal oldhatatlan komplexek képződése miatt hajlamos öntisztulásra.

Radioaktívnak nevezik kémiai elemek, amelyek minden izotópja radioaktív, azaz azonos nukleáris töltésű radioaktív atomok gyűjteménye. Ismeretes, hogy jelenleg a D. I. Mengyelejev periódusos rendszerének szinte minden eleméből lehet radioaktív izotópokat szerezni, de az ilyen elemeket általában nem nevezik radioaktívnak.

Többnyire radioaktívak azok a nehéz elemek, amelyek a periódusos rendszer végén, a bizmut után helyezkednek el. A bizmut az utolsó stabil elem a rendszerben, mivel eléri a neutronok és protonok számának határarányát (N/Z = 126/83 = 1,518, ami még mindig biztosítja az atommag stabilitását. A Z> 83 elemnél, a neutronok száma túl magas, és maga a neutron instabilitása kezd hatni. Csak két elem - a technécium (43. számú) és a prométium (61. számú) - nem engedelmeskedik ennek a szabálynak, és instabilitásuk egy másik körülményhez kapcsolódik. A technécium és a prométium hiánya a természetben két okra vezethető vissza, amelyek felezési ideje rövidebb a Föld koránál. Másodszor, ezek az elemek nem a természetes radioaktív sorozat tagjai, így a készletük nem újul meg a radioaktív anyagok miatt egyensúly Ezen túlmenően a stabil izotópok hiánya - technécium (No. 43) és prométium (No. 61) a kvantummechanikai szelekciós szabályok miatt.

A radioaktív elemek kémiája a fent említett jellemzőkben különbözik a nem radioaktív elemek kémiájától. A természeti objektumokban és a mesterséges előállítás során a radioaktív elemek ultraalacsony koncentrációban találhatók meg, ezért tulajdonságaik vizsgálatát általában meghatározott módszerekkel végzik. Csak az uránt és a tóriumot tanulmányozták klasszikus kémiai módszerekkel felfedezésük első éveiben. Az elmúlt években lehetővé vált olyan radioaktív elemek vizsgálata, mint a neptunium, plutónium, technécium, polónium és néhány más analitikai mennyiségben.

A radioaktív elemeket a természetes (természetes) és mesterséges. A természetes radioaktív elemek közé tartoznak a 84-től 92-ig terjedő sorozatszámú elemek: urán, tórium és bomlástermékeik, polónium, asztatin, radon, francium, rádium, aktinium és protaktinium.

A mesterséges elemek közé tartozik a technécium, a prométium és az úgynevezett transzurán elemek 93-tól 110-ig terjedő sorszámmal: neptunium, plutónium, americium, curium, berkelium, kalifornium, einsteinium, fermium, mendelevium, nobelium, Lawrencium, rutherdium (Nobelium, rutherdium)104 , dubnium (105. sz.), seaborgium (106. sz.), bohrium (107. sz.), hassium (108.), meitnerium (109. sz.), roentgénium (110. sz.).

Az aktiniumtól (89. sz.) a lawrenciumig (103. sz.) egy csoportot alkotnak az ún. aktinidák.

A radioaktív elemek természetes és mesterséges felosztása önkényes. Az asztatint először mesterségesen nyerték, majd rövid életű izotópjait az urán-238, az urán-235 és a tórium-232 családokban fedezték fel uránércek. Minden természetes elem radioaktív izotópját mesterségesen állítják elő.

A radioaktív elemek kémiai természetüknél fogva nem tartoznak egy adott időszakhoz vagy a periódusos rendszer elemeinek egy meghatározott csoportjába. Ezek között vannak sp - elemek (francium, rádium, polónium, radon, asztatin), d - elemek (technécium, Z ≥ 104-es elemek), valamint f - elemek (prométhium és Z = 89 ÷ 103 elemek).

A radioaktív elemek kémiájának megértése és tanulmányozása, a megfelelő tulajdonságok és viselkedés ismerete stabil analógok.

A radioaktív elemek leírását általában a következő séma szerint hajtják végre:

pozíció a periódusos rendszerben;

a felfedezés története;

fizikai tulajdonságok;

Kémiai tulajdonságok;

izolációs módszerek;

meghatározási módszerek;

Alkalmazás.

A radioaktív elemek tulajdonságainak bemutatásának javasolt sorrendje atomszámuk növekedésén alapul.

11.1 TECHNETIUM (ECAMANGÁN) 43 TC

DI. Mengyelejev megjósolta a technécium létezését, üres cellát hagyva neki a táblázatban, és ekamangánnak nevezte el. A 43-as számú elem felfedezését többször bejelentették, de minden alkalommal téves volt a bejelentés. A 43-as számú elem természetben történő kimutatására számos kísérlet sikertelen volt. 1934-ben Matthauch német fizikus megfogalmazta azt a szabályt, hogy a páratlan számú stabil izotópoknak nem lehetnek stabil izobárjai. Tehát, ha a 41-es számú nióbium-93 izotóp stabil, akkor a szomszédos elemek - cirkónium-93 és molibdén-93 izotópjainak feltétlenül radioaktívaknak kell lenniük. A szabály minden elemre vonatkozik, beleértve a 43-as elemet is. Ez az elem a molibdén (atomtömege 95,92) és a ruténium (atomtömeg: 101,07) között helyezkedik el. Következésképpen ennek az elemnek a stabil izotópjainak tömegszáma nem haladhatja meg a 96-102 tartományt. De ebben a tartományban minden stabil „üres állás” be van töltve. A molibdénnek 96, 97, 98 és 100 tömegszámú stabil izotópjai vannak, a ruténiumnak pedig 99, 101, 102 tömegszámú stabil izotópjai és néhány más. Ez azt jelenti, hogy a 43-as számú elemnek nem lehet egyetlen nem radioaktív izotópja. A 43-as számú elem felfedezését többször bejelentették, de minden alkalommal téves volt a bejelentés. Matthauch német fizikus 1934-ben megfogalmazott egy szabályt, amely szerint egy elemben meg lehet állapítani a stabil izotópok jelenlétét. E szabály szerint a 43-as elem minden izotópjának radioaktívnak kell lennie. 1937-ben E. Segre és C. Perrier Palermóban technéciumot azonosított egy ciklotronban deuteronokkal besugárzott molibdénmintában a következő reakcióval:

A 43-as számú elemet technéciumnak nevezték el a görög technetos (művészet) szóból, így ez volt az első mesterségesen előállított elem. Mivel a molibdén több stabil izotópból áll, bombázáskor a technécium több izotópja képződik:

; ; .

A technéciumot ezt követően például más magreakciókkal nyerték

; ; .

Jelenleg a technéciumot kétféleképpen állítják elő. Az egyik a molibdén besugárzása neutronokkal egy atomreaktorban:

A felezési idő 2,12·10 5 év. Ha 1 kg molibdén-trioxidot két hónapig besugároznak egy 10 14 cm -2 ∙s -1 neutronfluxussűrűségű reaktorban, 10-15 mg technécium-99 képződik.

A második módszer a technécium izolálása az urán hasadási termékeitől, amely jelenleg a termelés fő forrása. Egy kb. 1000 MW teljesítményű reaktorban az év során kb. 9 kg halmozódik fel, ebből következően műszaki célokra elérhető anyaggá válik.

1952-53-ban a technécium spektrumvonalait fedezték fel a csillagok spektrumában. A spektrumok alapján a 43-as elem nem kevésbé elterjedt, mint a cirkónium, nióbium, molibdén, ruténium Ez azt jelenti, hogy az Univerzumban folytatódik az elemek szintézise.

A földkéregben a technécium képződése az urán-235 spontán hasadása során, valamint a molibdén, nióbium és ruténium nukleáris reakciói eredményeként, kozmikus sugárzás, az urán és alfa-részecskék spontán hasadásából származó neutronok hatására megy végbe. természetes radioaktív elemek bomlása során keletkezett. A 99 Tc-tartalmat 5-10-10 g/kg urán-235-re becsülik.

Jelenleg a technécium 20 izotópja és nukleáris izomerje ismert, tömegszámuk 92-107, felezési ideje néhány másodperctől 2,10 6 évig terjed. Ezek közül a legfontosabb az izotóp és nukleáris izomerje.

Az elemi technécium egy ezüst színű fém, amely D. I. Mengyelejev periódusos rendszerének YII elemcsoportjába tartozik. Alacsony hőmérsékleten van szupravezetés.

Technécium utal a mangán alcsoportba (Mn – Tc – Re). A mangán alcsoport elemeinek kémiai aktivitása a sorozatban csökken Mn – Tc – Re. Kémiai tulajdonságait tekintve a technécium közelebb áll a réniumhoz, mint a mangánhoz. A rénium és a technécium egyaránt +1 és + 7 közötti oxidációs állapotú vegyületeket képez. A technécium legstabilabb és legjellemzőbb oxidációs állapota azonban a +7. Alacsonyabb oxidációs állapotban a technécium jobban hasonlít a mangánhoz, magasabb oxidációs állapotban pedig a réniumhoz. A technécium (V11) esetében ismertek olyan vegyületek, mint a Tc2O7-oxid, a HTcO4-sav és sói. A НTcО 4 sötétvörös, higroszkópos kristály, vízben jól oldódik. Erősségét tekintve a technicsav a következő sorozatba tartozik: HClO 4 > HMnO 4 > HTcO 4 > HReO 4. Ezeknek a savaknak a sói izomorfak. Ugyanebben a sorozatban a sók oldhatósága csökken. Ezért jellemző rájuk, hogy rosszul oldódó sók képződnek olyan kationokkal, mint a Cs +, Tl 3+, [(C 6 H 5)As] +, [(C 6 H 5)P] +.

A technécium egyéb oxidációs állapotait hidrolízis és komplexképzési reakciók jellemzik, amelyek fontos szerepet játszanak ennek az elemnek a kémiájában.

Mivel a technéciumot az urán hasadási termékei és a molibdén céltárgyai is tartalmazzák, fontos feladat a technécium elválasztása a hasadási termékektől és a molibdéntől.

A hatékonyság mértéke szerint a technécium izolálásának módszerei a következők szerint sorolhatók fel: extrakció > ioncsere > kicsapás > desztilláció > elektrokémiai. Például nehézfém-szulfidokkal és gyengén oldódó perklorátokkal történő koprecipitációs módszerekkel el lehet választani a technéciumot a hasadási termékektől A ClO hordozóként történő bevezetése után a technéciumot tetrafenil-larzónium-kloriddal kicsapják [(C 6 H 5)As]TcO formájában. 4, majd elektrokémiai kicsapással vagy desztillációval tisztítjuk Tc 2 O 7 formájában.

A technécium meghatározására radiometriai, aktivációs, spektrofotometriai, elektrokémiai és gravimetriás módszereket alkalmaznak. A technécium tömegformái a tetrafenil-larzónium-pertechnátok és a heptaszulfid. Alkalmazás a technécium mind egyedi tulajdonságainak, mind fő izotópjának kedvező magfizikai jellemzőinek (hosszú felezési idő, lágy b-sugárzás) köszönhető. Birtoklás magas korrózióállóságés kis aktiválási keresztmetszetű, a technécium ígéretes anyag korróziógátló bevonatok a reaktortechnikában. A pertechnát - oxigéntartalmú környezetben lévő ion több mg/l koncentrációban az egyik legerősebb korróziógátló acél. A technécium és ötvözeteinek szupravezetése lehetővé teszi ezek használatát szerkezeti anyag szupravezető mágnesekhez, valamint magas hőmérsékletű hőelemek gyártásához. radiográfiában használt források elkészítésére, radiometriai és dozimetriai műszerek vizsgálatára használják. Az orvostudományban a pajzsmirigy, a szívizom, az agy, a csontok és az urológiai betegségek diagnosztizálására használják. Ennek előállítása érdekében izotópgenerátort készítenek, amelyet salétromsavoldatból adszorbeálnak Al 2 O 3 oszlopon, majd a technéciumot híg salétromsavval kimossák.

11.2 PROMETHIUM –

A 61-es sorozatszámú elem létezésére vonatkozó feltevést Brauner B. tette fel 1902-ben. Ennek az elemnek a keresése a természetben nem járt sikerrel. Mattauch szabálya szerint a 61-es rendszámú elem magjai nem rendelkezhetnek stabil izotópokkal az elem radioaktív. A 61-es rendszámú elemet először 1938-ban M. Poole és L. Quill szerezte meg neodímium deuteronokkal történő nukleáris reakcióval történő besugárzásával.

Ezekben a vizsgálatokban azonban nem végeztek kémiai izolálást. A prométiumot először 1947-ben G. Marinsky és L. Glendenin izolálta kémiai úton az urán hasadási termékeiből a ritkaföldfémek ioncserélő módszerével. A tudósok, akik izoláltak egy új kémiai elemet, a mitológiai titán Prométheusz tiszteletére nevezték el, aki ellopta a tüzet és odaadta az embereknek.

A földkéregben a prométiumot csak mesterséges előállítás után lehetett kimutatni. A természetben csak a prométium-145 maradhatott fenn, mivel felezési ideje a földkéreg élettartamához hasonlítható. Az uránércekben ez az izotóp 4,10-15 mg/1 g urán mennyiségben van jelen.

Jelenleg a prométium 22 izotópja és nukleáris izomerje ismert, de a legelérhetőbb és legpraktikusabb (T 1/2 = 2,7 év).

A termelés fő forrása az urán-235 atommagok hasadása. Egy 100 kW-os atomreaktorban naponta 1 mg képződik, ami lehetővé teszi ennek az izotópnak a kinyerését kilogramm mennyiségben.

Egy másik termelési forrás a reakció:

Ez egy hosszú élettartamú radioaktív mérgező anyag, amely egy atombomba robbanása során keletkezik.

A promethium a lantanidok cériumcsoportjának része. A semleges prométium atom elektronkonfigurációja az 5f 5 6s 2 képletnek felel meg.

A prométium legközelebbi kémiai analógjai a szomszédos lantanidok - neodímium és szamárium. Kémiai tulajdonságai nagyon hasonlóak a neodímiumhoz és más lantanidokhoz. Prométhium fém, T pl. =1168,С 0. A periódusos rendszerben elfoglalt helye szerint a prométium egyetlen stabil oxidációs állapota +3. Tiszta állapotban Pm 2 O 3 oxid, PmCl 3 klorid, sárga színű, és Pm(NO 3) 3 nitrát, rózsaszín színű, valamint Pm 2 (C 2 O 4) 3 · 10 H 2 oxalát, szerezték meg. A prométhium a többi ritkaföldfémhez hasonlóan nagyszámú ligandummal alkot komplex vegyületeket, amelyek koordinációs száma 7, 8, 9 és 12. Az elem-ligandum kötés természete főként ionos.

Rendkívül híg oldatokban pH-n< 3 прометий находится в ионном состоянии. При рН >3, a hidrolízis eredményeként megindul a radiokolloidok képződése. 6-7 pH-értéknél a prométium erősen adszorbeálódik az üvegen.

A legfontosabb módszerek kisülés A promethium ioncserélő kromatográfia és extrakció. A prométium izolálására a ritkaföldfém elemek oxalátjainak és fluoridjainak izomorfizmusán vagy a prométium fém-oxidokon és -hidroxidokon történő adszorpcióján alapuló koprecipitációs eljárásokat is alkalmaznak. Besugárzott anyagokból, uránhasadási termékekből és természetes anyagokból a frakcióval együtt prométium szabadul fel ritkaföldfém elemekés ittrium, amelyek elválasztása a fő feladat a prométium előállításában és elemzésében.

A leggyakoribb módszer definíciók radiometriás módszer. A gyógyszerek béta-aktivitásának mérésén alapul.

Minden terület alkalmazások magfizikai tulajdonságai miatt (lágy béta sugárzás, E max = 0,2 MeV, g - háttér hiánya, hosszú felezési idő, (1 g aktivitása kb. 940 Ci). miniatűr gyártására használják izotópos áramforrások(nukleáris elektromos akkumulátorok), amelyekben a sugárzás energiája elektromos árammá alakul. Ilyen forrásokat használnak az űrkutatásban, a radioizotópos szívstimulánsokban és a hallókészülékekben.

Rizs. Nukleáris elektromos akkumulátor

Különlegessége, hogy gyakorlatilag nem hoz létre gamma-sugarakat, hanem csak lágy b sugárzást - gyártáshoz használják izotópos ionizátorok elektrosztatikus töltések eltávolítására. A β-sugárzás forrásaként a prométiumot roncsolásmentes vizsgálati műszerekben használják kis anyagok vastagságának és sűrűségének mérésére.

11.3 POLÓNIUM

A 84-es sorozatszámú elemet 1889-ben D. I. Mengyelejev jósolta meg, és M. Curie fedezte fel az uránásványok rendellenes radioaktivitásának tanulmányozása során. A 84-es számú elemet Mária szülőföldjéről, a polóniumról nevezték el. Ez az első elem, amely D. I. Mengyelejev táblázatában szerepel a radioaktivitás felfedezése után. Ez egyben az első (atomszám szerinti sorrendben) és a legkönnyebb a stabil izotópokkal nem rendelkező elemek közül. Ez az egyik első radioaktív elem, amelyet az űrkutatásban használnak.

A polóniumnak 6 természetes izotópja, 20 radioaktív mesterséges izotópja és 9 izomerje van, tömegszáma 192 és 218 között van.

A polónium legfontosabb izotópja a 238 U természetes radioaktív sorozat tagja. A polónium nagyon ritka a természetben, csak radioaktív bomlástermékként létezik az uránban, amelyben az urán bomlása következtében keletkezik. 238:

U............ (stabil)

M. és P. Curie ezzel a polónium izotóppal foglalkozott. Így a polónium-210 forrása a régi radonampullákban felhalmozódó aktív radon üledék lehet. Egyensúlyban 1 g uránnal 7,6·10 -11 g Po, 1 g Ra-val pedig 2,24·10 -4 g a földkéreg mennyisége 2,10 -14 tömeg%.

Jelenleg egy atomreaktorban állítják elő egy bizmut céltárgy neutronokkal történő besugárzásával:

Bi (n, g) Bi Po

A 209 tömegszámú és 103 éves felezési idejű polónium hosszabb élettartamú izotópját úgy kaphatjuk meg, hogy egy bizmut-209 célpontot ciklotronban protonfluxusokkal besugározunk:

A polónium kémiai és fizikai tulajdonságait kémiai mikromódszerekkel vizsgálták, mivel a nagy mennyiségű polóniummal végzett vizsgálatokat bonyolítja a polónium nagy fajlagos radioaktivitása (tömegaktivitás 1,7 10 14 Bq/g). A tellúr egy speciális hordozó a polónium mikromennyiségei viselkedésének tanulmányozására.

A polónium egy ezüstös-szürke fém, sárgás árnyalattal, talliumra és bizmutra emlékeztet, és világít a sötétben. A polónium alacsony olvadáspontú és erősen illékony elem, olvadáspontja 254 0 C, forráspontja 962 0 C. Levegőn gyorsan oxidálódik, és PoO 2 keletkezik, kölcsönhatásba lép a halogénekkel, és olyan vegyületeket képez, mint a RoG 4. A polónium fém salétromsavban és sósavban oldódik.

A polónium elektronikus konfigurációja alapállapotban 4 f 14 5d 10 6s 2 6p 4, így ennek az elemnek az oxidációs állapotaira számíthatunk –2, +2, +4, +6.

A polónium a periódusos rendszer UI csoportjának fő alcsoportjának eleme. A legstabilabb oxidációs állapot +4. Az elektrokémiai sorozatban a polónium a tellúr és az ezüst között foglal helyet.

Kémiai tulajdonságait tekintve a polónium hasonló a periódusos rendszer csoportjában szereplő megfelelőjéhez, a tellúrhoz, részben pedig a bizmuthoz.

A polónium izomorf kristályokat hoz létre ólom- és kálium-telluráttal.

Vizes oldatokban a polónium a legerősebb kolloidképző szer ≥ 1 pH-tartományban, a polónium összes sója és komplex vegyülete hidrolizál, és valódi oldatokat és pszeudokolloidokat képez.

A pH = 7,5 tartományban a polóniumsók valódi kolloidokat képeznek, és jól adszorbeálódnak üvegen és papíron.

Mert osztályok Az aktív radonmaradék összetevőiből és nagy mennyiségű besugárzott bizmutból származó polóniumot használnak elektrokémiai módszerek, extrakció, kromatográfia és koprecipitáció. A laboratóriumi gyakorlatban a polónium bizmuttól való elválasztását elemi tellúrral történő koprecipitációval végzik azok együttes redukciója során, valamint árammentes leválasztással, az ólomhoz, a bizmuthoz és a tellúrhoz képest pozitívabb polónium felszabadulási potenciált használva.

Folyamat kitermelés A polónium olvadt bizmutból 400-500 0 C-on nátrium-hidroxiddal inert atmoszférában technológiai módszer a besugárzott bizmutból történő kinyerésére.

A polónium magas hőtermelése miatt főként használat forrásként hőenergiaűrhajókban. A polónium-210 hátránya viszonylag rövid felezési ideje, mindössze 138 nap, ami csökkenti a radioizotópos hőforrás élettartamát.

Polónium-210 leletek Alkalmazás mint a leginkább hozzáférhető b-forrás és alacsony gamma aktivitású polónium-berillium neutronforrások előállítására. Magas hőleadása miatt a polóniumot hőenergia izotópos forrásaként használják az űrhajókban.

A polóniummal végzett munka során különös figyelmet kell fordítani. Talán ez az egyik legveszélyesebb radioaktív elem. Tevékenysége olyan nagy, hogy bár csak alfa-részecskéket bocsát ki, kézzel nem lehet megbirkózni vele, mert súlyos égési sérüléseket kaphat a bőrön. Könnyen áthatol a bőrön. A polónium távolról is veszélyes, mivel könnyen aeroszol formájúvá válik, és szennyezi a levegőt. Ezért zárt kamrákban kell vele dolgozni. Ezen feltételek betartásával könnyen megvédheti magát a polónium alfa-sugárzásától.

11.4 ASTAT

D.I. Mengyelejev hagyott egy cellát a táblázatban a 85-ös sorozatszámú elemhez.

1940-ben E. Segre, K. McKenzie és D. Corson a Kaliforniai Egyetemen a ciklotront bizmut céltárgy b-részecskékkel történő besugárzásával a 85. számú mesterséges elemet kapták:

vagy Bi(a,3n) At

Később bebizonyosodott, hogy asztatin képződik az urán -235, 238, tórium-232 családokban, de ezek mindegyike b-kibocsátóként nagyon rövid felezési idővel rendelkezik. Az asztát a legkevésbé előforduló elem bolygónkon. A földkéregben a becslések szerint az asztatintartalom 69 mg egy 1,6 km-es rétegben.

Asztatin – görögül azt jelenti instabil. Korábban asztatinnak hívták, most a szabványosításhoz az elemet asztatinnak hívják.

Az asztatinnak 24 izotópja ismert, tömegszámuk 196 és 219 között van. Ezek közül a legfontosabbak a hosszú élettartamú izotópok, amelyek felezési ideje 8,3 és 7,2 óra. Az asztatinnak nincsenek hosszú élettartamú izotópjai. Ebben a tekintetben csak ultra kis mennyiségben elem. A vizsgálatokat általában 10 -11 -10 -15 mol/l asztatinkoncentrációval, 7,4·10 13 Bq/mg tömegfajlagos aktivitással végezzük. Az asztatinnak nincs sem izotóphordozója, sem kellően kielégítő specifikus hordozója.

Az asztatin a halogéncsoport legnehezebb eleme. A molekuláris asztatin tulajdonságai hasonlítanak a molekuláris jód tulajdonságaira, de mint minden nehéz elem, számos fémes tulajdonsággal rendelkezik. A semleges asztatin atom 4f 14 5f 10 6s 2 6p 5 elektronikus konfigurációjú.

Az oxidációs állapotok –1, +1, +3, +5 és valószínűleg +7. A legstabilabb közülük a -1. A bizmuthoz és a polóniumhoz hasonlóan az asztatin radiokolloidokat képezhet, és adszorbeálódhat üvegen és más anyagokon.

Az asztatin előállítási módszereivel összhangban annak lennie kell különálló nagy mennyiségű besugárzott bizmutból, uránból, tóriumból és hasadási termékekből. Az alfa-részecskékkel besugárzott bizmut céltárgy gyakorlatilag nem tartalmaz más elemek radioaktív szennyeződéseit. Ezért az asztatin izolálásának fő feladata a bizmut makromennyiségeinek desztillációval történő eltávolítása az olvadt tárgyból. Az asztatin a jóddal analóg módon szublimál, ami az alapja a célponttól való elválasztásának. Ebben az esetben az asztatin vagy adszorbeálódik a gázfázisból platinán vagy ezüstön, vagy üvegen kondenzálódik, vagy szulfit- vagy lúgoldat abszorbeálja.

Az egyetlen meghatározási módszer az asztatin radiometrikus. A 209, 210, 211 At izotópok a-sugárzással és g- vagy röntgensugárzással K, L-sugárzással is meghatározhatók.

Az elemi asztatin jól oldódik szerves oldószerekben, és jóddal mint hordozóanyaggal könnyen kivonható. Az asztatin eloszlási együtthatója magasabb, mint a jódé. Erős oxidálószerek (HClO 4, K 2 S 2 O 8, HIO stb.) hatására az asztatin salétromsavas és perklórsavas oldataiban nyilvánvalóan képződik az AtO asztatin ion, amely izomorf módon kicsapódik AgIO 3-mal. Asztatid ion formájában az At - izomorf módon kicsapódik AgI-vel és TlI-vel. A szervezetben az asztatin jódként viselkedik (a pajzsmirigyben halmozódik fel). Erre épül használat mint radiofarmakon pajzsmirigybetegségek kezelésére. Mivel az asztatin egy alfa-sugárzó, e célra történő alkalmazása előnyösebb, mint a jód-131 használata, amely a kemény béta-sugárzás forrása. A szervezetből tiocianát ion segítségével ürül ki, amely erős komplexet képez az asztatinnal.

11,5 RADON (86 Rn)

1899-ben M. Curie felfedezte, hogy a rádiumvegyületeket körülvevő levegő elektromos áramvezetővé válik. Az urán-238, tórium-232 és urán-235 radioaktív bomlási folyamatainak tanulmányozásával R. B. Owens, W. Ramsay, J. Rutherford és F. Dorn egymástól függetlenül megállapították, hogy az izotópok rádium - 226 Ra, 224 Ra, 223 Ra az a-részecskék kibocsátása következtében egy rendszámú elem izotópjaivá alakulnak át 86-radon (222 Rn), toron (220 Rn) , aktinon (219 Rn).Általában a radon nevet ennek az elemnek a leghosszabb élettartamú 222 Rn izotópja után alkalmazzák, amelynek T 1/2 = 3,8 nap. Mivel az urán, a tórium és a rádium széles körben elterjedt a természetben (ércek, talaj, víz), a radon megtalálható a talajban és a föld légkörében.

A radon természetes izotópjain kívül mára több mint 10 rövid élettartamú, 202 és 224 közötti tömegszámú izotópot sikerült mesterségesen előállítani tórium célpontok protonok magas energiák.

A radon molekulatömegének meghatározása azt mutatta, hogy egy atomos gáz.

Radon a legnehezebb a nulla csoport eleme. Radon színtelen,-61,8 0 C forráspontú foszforeszkáló folyadékká cseppfolyósodik, -71 0 C-on megszilárdul. A szilárd radon élénk kék színnel világít, ami az elektromos radonhoz hasonlítható.

Kutatás kémiai A radon tulajdonságai kimutatták, hogy a radon és izotópjai kémiaiak inert gázok analógjai. Elektronikus konfigurációja 5s 2 5p 6 5d 10 6s 2 6p 6, azok. külső elektronikus szintjei teljesen feltöltődnek, ami meghatározza a radon tehetetlenségét. Ugyanakkor annak ellenére, hogy a radon az inert gázok csoportjába tartozik, nagyon specifikus vegyületcsoportokat alkot. Így a radon klatrátvegyületeket képez vízzel, fenollal, toluollal stb. A radon klatrátvegyületeiben a kapcsolat a van der Waals-erők hatására jön létre.

A radon, mint más inert gázok, erős oxidálószerek, például folyékony fluor, fluoridok, O 2 F 2 hatására bizonyos körülmények között fluoridokat képez. RnF 2, valamint a komplex ionok, mint RnF ×MeF 6 , RnF 2 × 2Sb F 5 , RnF 2×2Bi F 5És RnF 2 × I F 5.

A radont az oldatban lévő rádium bomlása során speciális vákuumberendezésben történő felhalmozódás útján nyerik.

Történelmileg az első és legelterjedtebb módszer a radiometriás módszer a radon bomlástermékeinek radioaktivitása alapján történő meghatározására. A 222 Rn közvetlenül is meghatározható saját alfa-sugárzásának intenzitásából. A radon meghatározására alkalmas módszer a toluolos extrakció, majd a toluolos oldat aktivitásának mérése folyadékszcintillációs számláló segítségével.

A radon fő alkalmazási területe az orvostudomány. Radon alkalmaz hogy mesterséges radon fürdők reuma, radikulitisz, szív- és érrendszeri, bőr- és számos egyéb betegség kezelésében.

A radon alkalmazásra is talált roncsolásmentes vizsgálati módszerek csővezeték szivárgások felderítésére, kutatásra gáz mozgási sebessége stb.

Mivel a radon rendkívül veszélyes, ha a szervezetbe kerül, célszerű minden olyan eljárást speciális körülmények között végrehajtani, amelyek megakadályozzák, hogy a légzőrendszerbe kerüljön. Nem maga a radon veszélyes, hanem a bomlástermékei. Minden kutató, aki szilárd radonnal dolgozott, hangsúlyozza ennek az anyagnak az átlátszatlanságát. Az átlátszatlanság oka a szilárd radon bomlástermékek azonnali lerakódása, amelyek b-, c-, d- emitterek. Ugyanakkor a radon terápiás hatása nem magának a radonnak köszönhető, hanem annak bomlástermékeinek a szervezetben való lerakódásának.

A radonnal kapcsolatban sokszor megismételhető a „legtöbb” jelző: a legnehezebb, legritkább, legdrágább az összes ismert gáz közül a Földön.

11,6 FRANCIAORSZÁG (87 Fr)

A D. I. Mengyelejev periódusos táblázatának végén vannak olyan elemek, amelyekről a nem szakemberek sokat hallottak és tudnak, de vannak olyanok is, amelyekről még egy szakember is keveset tud mondani. Az előbbiek közé tartozik például a rádium és a radon. A második csoportba tartozik a periódusos rendszer szomszédja, a francium. 1879-ben Mengyelejev az általa létrehozott periodikus rendszer alapján megjósolta a létezést és leírta a tulajdonságokat. a legerősebb lúgos elem-ekatsiya.

Csak 1939-ben fedezte fel Margarita Perey, Marie Skladovskaya-Curie tanítványa a 87-es sorozatszámú elemet, és kémiailag izolálta a 235 U sorozat bomlástermékeitől. Az Ac b-bomlása során keletkezik. M. Perey ezt az elemet franciumnak (Fr) nevezte el hazája tiszteletére:

Az aktínium bomlástermékei közül a franciumot cézium-perklorátos koprecipitációval izoláltuk. A természetben a francium minden uránércben elhanyagolható mennyiségben található (1 atom Fr 235 U 7,7 × 10 14 atomra vagy 3 × 10 18 természetes uránatomra).

Jelenleg a franciumnak 27 izotópja ismert 203-229 tömegszámmal, amelyek közül két 223 és 224 tömegszámú izotóp fordul elő a természetben, a 235 U és 232 Th radioaktív családok tagjai. A francium összes ismert izotópja közül csak a 223 Fr érdekes, mivel ez a leghosszabb élettartamú (felezési ideje 22 perc).

Az aktínium bomlástermékeitől való elkülönítés mellett 223 Fr-t kapunk 226 Ra neutronokkal történő besugárzásával a következő séma szerint:

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

A francium két okból is érdekes: egyrészt a legnehezebb és legaktívabb alkálifém; másodszor, a francium tekinthető a periódusos rendszer első száz eleme közül a leginstabilabbnak. A semleges francium atom alapállapotában 7s 1 elektronkonfigurációval rendelkezik. A frank egyetlen oxidációs állapota +1.

A franciumot nem lehet jelentős mennyiségben izolálni, mert az összes jelenleg ismert izotóp felezési ideje túl rövid. A leghosszabb életű izotóp, a francium, 223 Fr, felezési ideje mindössze 22 perc.

Az elemek periódusos rendszerében elfoglalt helye szerint a francium az egyik legelektropozitívabb fém. Kémiailag a francium a cézium legközelebbi analógja. Ebből következik, hogy a céziumra jellemző összes kémiai formának a franciumban is léteznie kell. A legtöbb franciumsó jól oldódik vízben. A gyengén oldódó sók közé tartozik a perklorát, a klórplatinát, a pikratokobaltinitrit és néhány más só, amelyek izomorf módon kicsapódnak hasonló céziumsókkal. Mivel a legaktívabb alkálifém, a francium csökkentett komplexképző- és hidrolízis-képességet mutat.

Ultramikrokoncentrációban (10-9-10-13 g) oldatban lévén a francium könnyen „elveszhet”, adszorbeálódik az edények falán, az üledékek felszínén és az esetleges szennyeződéseken.

Mivel a franciumot nem lehet jelentős mennyiségben beszerezni, fizikai-kémiai jellemzőit számítással találtuk meg.

Kémiai tulajdonságok Franciaország csak tanult radiokémiai módszerek céziumot használnak specifikus hordozóként. A francium tömege ezekben a kísérletekben nem haladja meg a 10-15 g-ot (a 223 Fr tömegaktivitása 1,7 · 10 15 Bq/mg). Meglehetősen nehéz probléma a francium elválasztása a specifikus hordozó céziumtól. A periódusos rendszerben elfoglalt helye szerint a franciumnak negatívabb standardpotenciállal kell rendelkeznie, mint a céziumnak. Szóval lehet, hogy ő kiemelt csak rajta higany katód.

A francium könnyen adszorbeálható a KU-1 és Dauex-50 ioncserélő gyantákon (szulfon-kationcserélők) semleges vagy enyhén savas oldatokból. Ezen gyanták segítségével a francium könnyen elválasztható a legtöbb kémiai elemtől.

A franciumot az orvostudományban és a biológiában használják az alkálifémek szervezetben való eloszlásának tanulmányozására. Főleg rosszindulatú daganatokban mutatják ki, ami ígéretessé teszi a szarkómák korai diagnosztizálásában.

11,7 RÁDIUM (88 Ra)

A 88-as elemet Marie és Pierre Curie fedezte fel 1898-ban, a kátrány-urán néven ismert ásványi polóniumot követően. M. Curie felfedezte, hogy a gyantaérc sugárzási intenzitása többszöröse, mint az uránfémből nyert U 3 O 8. Curie azt javasolta, hogy az érc egy ismeretlen anyagot tartalmaz, amelynek sugárzása erősebb, mint az uráné. A bizmut-szulfidot és bárium-szulfátot tartalmazó frakciókat radioaktívnak találták. Ez megerősítette azt a feltételezést, hogy az új elem a bárium analógja. A további munka során bárium-klorid frakcionált kristályosításával 90 mg nagy tisztaságú rádium-kloridot izoláltunk. A 88-as sorozatszámú új kémiai elemet Curieék rádiumnak nevezték el.

A rádiumnak jelenleg 13 izotópja ismert, amelyek közül három a természetben előforduló radioaktív családok tagja. A leghosszabb élettartamú természetes rádium izotóp a 226 Ra, felezési ideje 1622 év. A 226 Ra a-g-kibocsátó, és minden uránércben megtalálható. 1 tonna urángyanta érc körülbelül 400 mg 226 Ra-t tartalmaz. A földkéreg felső, 1,6 km vastag rétege 1,8×10 7 t 226 Ra-t tartalmaz. Egyes természetes vizekben meglehetősen sok a rádium - akár 10 -8 g/l is. A világ óceánjai körülbelül 2·10 4 tonna rádiumot tartalmaznak.

A frissen nyert fémes rádium fehér, fényes fém, amely levegőn sötétedik, Bp = 1140 C 0 és Olvadék = 960 C 0. Fémes rádiumot először M. Curie és A. Debierne nyert higanykatódon végzett izolálással RaCl 2 oldat elektrolízise során, majd ezt követte a rádium-amalgám hidrogénáramban történő lebontása 700 C 0 -ra melegítve.

A rádium az alkáliföldfémek képviselője, és a periódusos rendszer 11. csoportjának fő alcsoportjának legnehezebb féme. A rádium egyetlen oxidációs állapota +2. Kémiai tulajdonságait tekintve a rádium hasonló a báriumhoz, de kémiailag aktívabb. Erőteljesen bontja a vizet, Ra(OH)2-hidroxidot eredményez, amely jobban oldódik, mint a Ba(OH)2.

Ra + 2H 2O = Ra (OH) 2 + H 2

A rádium legfontosabb vegyületei halogenidjei: a klorid és a bromid. Minden rádium és bárium só izomorf. Minden frissen készített rádiumsó rendelkezik fehér szín, jellegzetes kék izzással Sötétben. A rádium vizes oldatokban való kémiáját ennek az elemnek nyomokban történő felhasználásával tanulmányozták nagy tömegű radioaktivitása miatt (1 g rádium radioaktivitása 3,7 × 10 10 Bq). Az oldatokban lévő rádium Ra 2+ ionok formájában van. Az alkáliföldfémek közül a rádium a legkevésbé hajlamos komplexképződésre és hidrolízisre.

A rádium nagymértékben hajlamos az üvegedények és szűrőpapírok felületén lévő oldatokból történő szorpcióra, ami megnehezíti fizikai-kémiai állandóinak (például a rádiumsók oldhatóságának) meghatározását. A rádium komplexeket képez citromsavval, tejsavval és borkősavval.

A fő probléma a kiosztás A rádium uránércekből történő kinyerése abból áll, hogy elválasztják azt nagy mennyiségű urántól és rádium bomlástermékeitől. A bárium és ólom izomorf sóival végzett kokristályosítási módszerek mellett a rádium izolálására kromatográfiás és extrakciós módszereket is alkalmaznak. A rádium izolálására ígéretes a szervetlen, nem specifikus szorbensek, például az Al 2 O 3 alkalmazása.

A rádium óriási szerepet játszott az atommag szerkezetének, a radioaktivitás jelenségének, valamint a radiokémia és magfizika fejlődésének vizsgálatában. Azt lehet állítani, hogy ha a rádium elemet nem fedezték volna fel 100 évvel ezelőtt, akkor a múlt századot aligha nevezték volna atomnak. A radioaktivitás és a rádium jelenségének felfedezéséért Maria Sklodowska-Curie kétszer kapott Nobel-díjat (először 1903-ban fizikai, 1911-ben másodszor kémiai).

Fő területek alkalmazások rádiumot annak g-sugárzása okozza az öntvényhibák meghatározására szolgáló roncsolásmentes vizsgálati módszerekben, vastagságmérőkben, uránlelőhelyek feltárása során. A rádium alfa-sugárzása lehetővé teszi, hogy fényes festékek előállítására és a statikus töltések eltávolítására használják. Berilliummal keverve a rádiumot neutronforrások előállítására használják. BAN BEN gyógyszer e rádiumot úgy használják radonforrás. A rádium a természetben rendkívül mozgékony, és meglehetősen erősen kilúgozható a kőzetekből. Ezért a legtöbb urán ásvány a rádium jelentős részét veszíti el (néha ez a veszteség eléri a 85%-ot), amely könnyen bejut a természetes vizekbe.

11.8 AKTÍNIUM (89 Ac) ÉS AKTINOIDOK

1899 alkalmazott Curie Debierne hulladékban feldolgozástól uránércekúj radioaktív anyagot fedeztek fel. A kémiai analitikai elválasztás során ez a radioaktív anyag ammóniával, ritkaföldfémekkel és tóriummal együtt kicsapódott. A radioaktivitást egy új radioaktív elemnek tulajdonították, amelyet elneveztek aktínium (kibocsátó). Jelenleg az aktinium 24 izotópja ismert, ezek közül három előfordul a természetben (Ac, Ac Ac). A fennmaradó izotópokat mesterségesen állítják elő.

táblázat Az aktinium egyes izotópjainak radioaktív tulajdonságai:

Aktinium izotóp	Reakció fogadása	Bomlás típusa	Fél élet
221ac	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 mp.
223 Ak	232 Th(d,7n) 227 Pa(b)→ 223 ac	b	2,2 perc.
224 Ak	232 Th(d,6n) 228 Pa(b)→ 224 ac	b	2,9 óra
225ac	232 Th(n,g) 233 Th(in -) → 233 Pa(in -) → 233 U(b) → 229 Th(b) → 225 Ra(in -) 225 Ac	b	10 nap
226 Ak	226 Ra(d,2n) 226 ac	b vagy c - vagy elektronikus rögzítés	29 óra
227ac	235 U(b) → 231 Th(c -) → 231 Pa(b) → 227 Ac Ra (n,g) Ra → Ac	b vagy c - c - , b	21,7 év 22 év
228ac	232 Th(b)→ 228 Ra(c -)→ 228 Ac	V -	6.13 óra
229ac	228 Ra(n,g) 229 Ra(in -)→ 229 Ac	V -	66 perc.
230 ac	232 Th(d,b) 230 Ak	V -	80 mp.
231 Ak	232 Th(g,p) 231 Ak	V -	7,5 perc.
232 Ak	232 Th(n,p) 232 Ak	V -	35 mp.

Egyetlen oka van annak, hogy a 89-es számú elem, a tengeri kökörcsin ma sokakat különösen érdekel. Ez az elem a lantánhoz hasonlóan egy nagy elemcsalád ősének bizonyult, amely magában foglalja az atomenergia mindhárom pillérét - urán, plutónium és tórium.

Az aktinium fő és hosszú élettartamú izotópja - Ac (felezési idő 22 év) 235 U leányterméke. Az uránércekben az aktinium mikrokoncentrációban van 1 természetes uránnal egyensúlyban kb. 10-10 g AC. Aktínium Lehet urán- és tóriumércekből izolálva az érc savas lebontásával, majd az urán és a tórium bomlástermékeinek szétválasztásával és szétválasztásával, valamint az aktinium lantanidokkal történő elválasztásával a szennyeződésektől. Az aktinium elválasztható a lantántól kromatográfiásan kationgyantán ammónium formában. Aktínium jól elválik tőle lantán elektroforézissel. A kapott aktinium mennyisége olyan kevés hogy ez az elem a tíz legritkább elem közé tartozik.

Az ércek nagyon alacsony aktíniumtartalma miatt előszeretettel nyerik azt mesterségesen. A 227 Ac izotópot úgy nyerik, hogy a rádiumot erős neutronfluxussal reaktorban sugározzák be.

Ra (n,g) Ra → Ak

Ily módon tiszta aktiniumkészítményeket kaptak, amelyeken meghatározták fő tulajdonságait. A hozam általában nem haladja meg a rádium kezdeti mennyiségének 2,15% -át. Az aktinium mennyiségét ezzel a szintézis módszerrel grammban számítják ki. A tengeri kökörcsin a rádiumtól és leánybomlástermékeitől egészen egyszerűen a cél HCl-ban való feloldása után - tiofenilkarbonil-trifluor-aceton kloroformos oldatába történő extrakcióval ~ 3,6 pH-n - válik le. Ezután az aktíniumot Ac 2 (C 2 O 4) 3 formájában kicsapják, sósavban oldják, és hidrogén-fluoriddal AcF 3 -má alakítják. Ezután 1200 0 C-os vákuumban a keletkező sót fémes lítiummal fémmé redukáljuk. Az aktínium izolálása és tisztítása rádiumból, tóriumból és leánybomlási termékekből extrakciós és ioncserélő módszerekkel történik.

A fémes aktíniumot az aktinium-trifluorid lítiumgőzzel történő redukálásával állítják elő

Az elemi tengeri kökörcsin egy meglehetősen nehéz ezüstös-fehér fém, amely könnyen oxidálódik a levegőben, és oxidfilmet képez, amely megvédi a fémet a további korróziótól. Actinium elem harmadik csoport periodikus rendszer. Legközelebbi kémiai analógja lantán. A lantánhoz hasonlóan ennek is azonos vegyértéke (+ 3), atomi sugarai hasonlóak (1,87 nm a lantánnál és 2,03 nm az aktiniumnál), és a legtöbb vegyület szerkezete majdnem azonos. Az aktinium hasonló a lantánhoz reaktív levegőben gyorsan oxidálódó elem. Ugyanakkor alapvetőbb tulajdonságai vannak, mint a lantánnak. Savas oldatokban az aktinium ionok formájában van jelen. pH > 3 esetén kolloid oldatok képződnek. Tengeri kökörcsin mikrokoncentrációiban ittrium-, alumínium- és vas-hidroxiddal együtt kicsapódik.

Tengeri kökörcsin használata

227 A berilliummal kevert ac neutronforrás. Az Ac-Be forrásokat alacsony gamma-sugárzás jellemzi, és aktiválási analízisben használják ércekben lévő Mn, Si, Al meghatározására.

A 225 Ac-t 213 Bi előállítására, valamint radioimmunterápiában való felhasználásra használják.

A 227 Ac radioizotópos energiaforrásokban használható.

A 228 Ac-t nagyenergiájú β-sugárzása miatt radioaktív nyomkövetőként használják a kémiai kutatásokban.

A 228Ac-228Ra izotópok keverékét az orvostudományban intenzív g-sugárzásforrásként használják.

Az aktinium az egyik veszélyes radioaktív méreg, magas fajlagos b-aktivitással. Bár az aktinium felszívódása az emésztőrendszerből a rádiumhoz képest viszonylag csekély, az aktinium legfontosabb tulajdonsága, hogy szilárdan meg tudja tartani a szervezetben a csontszövet felszíni rétegeiben. Kezdetben a tengeri kökörcsin nagy mértékben felhalmozódik a májban, és a szervezetből való eltávolításának sebessége sokkal nagyobb, mint a radioaktív bomlás sebessége. Ráadásul bomlási leányterméke a nagyon veszélyes radon, amely elleni védekezés az aktíniummal végzett munka során külön komoly feladat.

Az Actinium óriási szerepet játszott a híres aktinida elmélet G. Seaborg, javasolta 1944-ben. Ennek az elméletnek megfelelően a 90-103 sorszámú elemek az 5f családot alkotják, és a lantanidok analógiájára a periódusos rendszerben a következő formában helyezkednek el. külön csoport. Kémiai viselkedésüket tekintve az aktinidák köztes helyet foglalnak el az f- és d-sorozat elemei között. Ide tartozik a tórium, protaktinium, urán, neptunium, plutónium, americium, curium, berkelium, kalifornium, ensteinium, fermium, mendeleevium, nobelium, lawrencium.

táblázat Az aktinidák legfontosabb izotópjai

Izotóp	Fél élet	Izotóp	Fél élet	Izotóp	Fél élet
227ac	22	244 Pu	7,6×10 7 év	248 Bk	314 nap
232 Th	1,39×10 10 év	241 am	458 év	251 Vö	660 év
231 Pa	34300 év	241 am	433 év	254 Es	280 nap
233U	1,62×10 5 év	243 am	7600 év	253 Es	20,47 nap
235U	7,13×10 8 év	242 cm	162,5 nap
238 U	4,5×10 9 év	244 cm	19 év
235 Np	410 nap	247 cm	³4×10 7 év
237 Np	2,2×10 6 év	248 cm	4,7×10 5 év
238 Pu	86,4 év	250 cm	2×10 4 év
239 Pu	24360 év	247 Bk	1300 év
242 Pu	3,79×10 5 év

Az elmélet szerint az 5f rétegben összesen 14 elektron lehet. Ezért a 103. elemnek az utolsó aktinidának kell lennie, mivel ennek teljesen felépített 5f, 6s és 6p szintje lesz. Arra viszont számítanunk kell, hogy a 104. elem 6d 2 7s 2 állapotban lesz, azaz. a periódusos rendszer negyedik csoportjába tartozik, ezért tulajdonságaiban hasonlónak kell lennie a tóriumhoz.

2. Fejezet Állami szociális segély az állampolgárok szociális szolgáltatási körének biztosítása formájában 15. oldal

2. Fejezet Állami szociális segély az állampolgárok szociális szolgáltatási körének biztosítása formájában 16. oldal

2. Fejezet Állami szociális segély az állampolgárok szociális szolgáltatási körének biztosítása formájában 17. oldal

2. Fejezet Állami szociális segély az állampolgárok szociális szolgáltatási körének biztosítása formájában 18. oldal

2. Fejezet Állami szociális segély az állampolgárok szociális szolgáltatási körének biztosítása formájában 19. oldal

2.2.2. Természetes (természetes) radioaktív anyagok

A természetben előforduló radioaktív elemeket általában ún természetes. Legtöbbjük 81-től 96-ig terjedő atomszámú nehéz elem. A természetes radioaktív elemek alfa- és béta-bomlás útján más radioaktív izotópokká alakulnak. A radioaktív átalakulásoknak ezt a láncát ún radioaktív szám vagy család.

A nehéz természetes radioizotópok négy radioaktív családot alkotnak: urán-rádium; tórium; tengeri kökörcsin; neptunia. Tömeges tagsági számok urán-rádium sorozat mindig párosak, és betartják a törvényt: A = 4n + 2, ahol n 51 és 59 között változik. tórium sorozat A tömegszámok párosak, és a következő képlettel határozzák meg: A = 4n, ahol n 52 és 58 között változik. aktínium sorozat az elemek tömegszáma mindig páratlan, és a következő képlettel határozható meg: A = 4n + 3, ahol n 51 és 58 között változik. A neptúnium sorozat elemeinek tömegszámai páratlanok, és a következő képlettel határozzák meg: A = 4n + 1, ahol n 52 és 60 között változik.

Az egyes családok őseit nagyon hosszú felezési idők jellemzik (lásd 2. táblázat), amelyek a Föld és az egész Naprendszer élettartamához hasonlíthatók.

2. táblázat - Természetes radioaktív családok ősei

A tórium felezési ideje a leghosszabb (14 milliárd év), így a Föld felszaporodása óta szinte teljesen megőrződött. Az urán-238 nagymértékben elbomlott, az urán-235 túlnyomó többsége, a neptunium-232 izotóp pedig teljesen lebomlott. Emiatt sok tórium van a földkéregben (majdnem 20-szor több urán), és az urán-235 140-szer kevesebb, mint az urán-238. Mivel a negyedik család őse (neptunium) a Föld felszaporodása óta teljesen szétesett, szinte hiányzik a kőzetekből. A neptúniumot kis mennyiségben találták az uránércekben. Eredete azonban másodlagos, és az urán-238 atommagok kozmikus sugárneutronok általi bombázásának köszönhető. A neptúniumot ma mesterséges nukleáris reakciók segítségével állítják elő. Egy ökológus számára ez nem érdekes.

A természetes radioaktív sorozat tagjainak felezési idejét és bomlási típusait a 2. táblázat tartalmazza.

A természetes radioaktív családoknak számos közös jellemzője van, amelyek a következők:

1. Az egyes családok őseit hosszú felezési idő jellemzi, 10 8 és 10 10 év között.

2. Minden családban az átalakulási lánc közepén található a nemesgázok csoportjába tartozó elem izotópja (emanáció).

3. A radioaktív gázokat szilárd, rövid élettartamú elemek követik.

4. A három radioaktív család összes izotópja kétféle módon bomlik: alfa és béta bomlás útján. Ezenkívül a családok rövid életű magjai egymással versengő alfa- és béta-bomlást tapasztalnak, ezáltal elágazó sorozatokat alkotnak. Ha az alfa- és béta-bomlás során a magok nem kerülnek azonnal normál állapotba, akkor ezeket a cselekményeket gamma-sugárzás kíséri.

A sorozat az ólom 206, 208 és 207 tömegszámú stabil izotópjaival zárul az urán, tórium és aktinourán sorozat esetében.

Az urán-rádium és a tórium család aktív gamma-sugárzó az aktinium családhoz képest, amelynek gamma dózisteljesítménye nagyon alacsony.

Így a radioaktív családokban vannak alfa-, béta- és gamma-sugárzók, és az egyes sugárzások dózisteljesítménye nem azonos a különböző családokban. Az ilyen vagy olyan típusú kibocsátók teljes számát a különböző családoknál a 3. táblázat tartalmazza.

asztal3 – A természetes sorsugárzók száma

Név sor	Alfa-sugárzók		Béta kibocsátók		Gamma-sugárzók
	teljes	számos fontos	teljes	számos fontos	teljes	számos fontos
Urán-rádium

Az urán-238 sorozatban csak 19 radionuklid és egy stabil izotóp található - az ólom-206. Ennek a családnak a legfontosabb alfa-kibocsátói az urán-238, urán-234, tórium-230, rádium-226, radon-222, polónium-218, polónium-214 és polónium-210. A sorozat többi alfa-sugárzójának relatív száma kicsi, ezért gyakorlati szempontból nem érdekesek.

Az urán-rádium sorozat jelentős béta-kibocsátói a következők: protaktinum-234, ólom-214, bizmut-214 és bizmut-210. Ezenkívül a protactinium-234 béta-sugárzása körülbelül 50%-a
a család összes izotópjából származó béta-sugárzás.

Ennek a családnak a gamma-sugárzás erejének fő részét (97,9%) a rádium-226 (ólom-214 és bizmut-214) és a radon-218 (polónium-214) bomlástermékei adják. A tórium-234 és a protaktinium-234, a családalapító bomlástermékei (urán-238) a teljes gamma-sugárzási teljesítmény mintegy 2,1%-át adják. A sorozat többi tagjának hozzájárulása a gamma-sugárzás teljes intenzitásához elhanyagolható.

Az aktinium sorozatban 14 radioizotóp és egy stabil izotóp található - az ólom-207. Mivel a természetes uránban nagyon kevés aktinourán (urán-235) van, az aktíniumcsalád alfa-sugárzása nem haladja meg az 5%-ot, a gammasugárzás pedig körülbelül 1,25%-a az urán-rádium sorozat megfelelő sugarainak intenzitásának.

A tórium sorozat 12 radionuklidot és egy stabil izotópot, az ólom-208-at tartalmaz. A fő alfa-sugárzók itt a következők: tórium-232,
tórium-228, rádium-224, radon-220, polónium-216, bizmut-212 és polónium-212.

A tórium sorozat fő béta-kibocsátói a következők: aktinium-228, ólom-212, bizmut-212 és tallium-208.

A tórium sorozat gamma-sugárzásához a fő hozzájárulás a tórium-228 bomlástermékeiből származik (polónium-216, ólom-212, bizmut-212 és tallium-208). Részesedésük a gammasugárzás teljes intenzitásának 60,2%-a. A fennmaradó gamma-sugárzási teljesítmény (39,8%) a rádium-228 (aktinium-228) bomlási szorzatához tartozik. A többi gamma-sugárzó részaránya a teljes gamma-sugárzási teljesítményben elhanyagolható.

Az alábbiakban röviden ismertetjük a természetes családokba tartozó legfontosabb radioizotópokat.

Urán (U). 92-es sorozatszámú kémiai elem. Három természetes izotópja van: 238 U, 235 U és 234 U. Az első felezési ideje 4,5 × 10 9 év, a második 7,13 × 10 8 év, a harmadiké 2,52 × 10 5 év. Relatív mennyiségük ércekben a következőképpen fejezhető ki: 99,28; 0,71; 0,006%-kal.

Ezt az ezüstös-fehér fémet Klaproth fedezte fel 1789-ben. Megjelenésében az uránfém a vasra hasonlít. A levegőben addig oxidálódik, amíg spontán meg nem gyullad, és erős lánggal ég. Az urán sűrűsége 19 g/cm 3, olvadáspontja 1133°C. Jól oldódik ásványi savakban.

Az urán széles körben elterjedt a földkéregben. Kőzetekben, talajban, tavak, folyók és tengerek vizében található.

Az urán-238 az uráncsalád alapítója. Az elsődleges ásványokban szinte mindig egyensúlyban van rövid felezési idejű bomlástermékeivel, valamint hosszú élettartamú izotópjával, az urán-235-tel.

Az urán-235 (actinourán) az aktinourán család alapítója, amely a természetben mindig az urán-238 családdal együtt jár. Az aktinouránt viszonylag nemrég fedezték fel (1935-ben), i.e. sokkal később, mint bomlástermékei, ami megmagyarázza az aktiniumcsalád és őse neve közötti eltérést.

Az urán-235 atommagnak figyelemre méltó tulajdonsága van. A spontán bomláson kívül neutron befogásakor képes a hasadásra kolosszális energia felszabadulásával, ezért az egyik nukleáris üzemanyagok.

Az ércekből kémiailag izolált urán (természetesen ez az urán mindhárom természetes izotópjának keveréke) és oxid (U 3 O 8) formájában előállítva az alfa-sugárzás stabil forrása. Körülbelül egy évvel a felszabadulása után radioaktív egyensúly jön létre az urán-238 és bomlásából származó rövid élettartamú béta-aktív termékei között. Ez a gyógyszer azután a béta-sugárzás stabil forrásaként szolgálhat.

Az urán üledékes, hidrotermális és magmás eredetű ércekhez kötődik. Több mint 100 ásványban található. Közülük a legelterjedtebbek az urán-oxidok, a foszfor-, vanádium-, szilícium-, arzén-, titán- és nióbsav sói. A legfontosabb ipari uránérceket az elsődleges ásványi uraninit (uránszurok) képviseli, amely egy fekete urán-oxid. Ezen kívül számos másodlagos urán ásvány, úgynevezett uráncsillám. A leggyakoribbak a következők:
torburnit – Cu(UO 2) 2 (PO 4) 2 × nH 2 O, fülgyulladás – Ca(UO 2) 2 (PO 4) 2 × nH 2 O,
karnotit – K 2 (UO 2) 2 (VO 4) 2 × 3H 2 O, tyuyamunit – Ca(UO 2) 2 (VO 4) 2 × 8H 2 O.
Az uráncsillámok közül csak a karnotit és a tyuyamunit képez nagy ipari felhalmozódást. Ezek is ércek vanádium és rádium előállítására.

Az oroszországi uránt és rádiumot először a ferganai Tyuya-Muyun lelőhelyből származó ércből nyerték. Ezen fémek hordozói itt az uráncsillámok csoportjába tartozó két ásvány - a tyuyamunit és ferganit Az első ásványt K.A. fedezte fel. Nenadkevich 1912-ben, a második pedig I.A. Antipov 1899-ben.

tórium (Th) . 90-es sorozatszámú kémiai elem. 11,72 g/cm 3 sűrűségű, 1750 °C olvadáspontú világosszürke fém, amelyet Berzelius fedezett fel 1828-ban. Savak nehezen támadják meg. 6 izotópja van, amelyek közül csak kettő hosszú életű: tórium-232 (T fizikai = 1,39 × 10 10 év) és ionium-230 (T fizikai = 8 × 10 4 év).

A tórium bomlási sebessége nagyon alacsony. 14 milliárd év alatt a tórium-232 atomok száma csak kétszeresére csökken. Mivel a Föld mindössze 4,5 milliárd éves, feltételezhetjük, hogy ennek az elemnek jelentős része megmaradt bolygónk felszaporodása óta.

A tóriumércek keletkezésük szerint az tüzes. Amikor az ilyen lerakódások megsemmisülnek, tórium ásványokban dúsított telepek keletkeznek. A tórium fő forrása az ásványt tartalmazó homok monacita –(Ce, La, Nd, Th) PO 4. A tengeri helytartók különösen gazdagok monacitban. Az ásvány ipari jelentőségű is Thorit – ThSiO 4.

Actinium (Ac) . 89-es sorozatszámú kémiai elem. Ezüstfehér fém, olvadáspontja 1050 °C, két izotópja van: aktinium-227 (T fizikai = 21,8 év) és mezotórium-228 (T fizikai = 6,13 óra).

Az alfa- és béta-bomláson áteső aktinium az aktinium-sorozat egyik ágát alkotja. Alapvetően béta-kibocsátó. Ez a radionuklid nem rendelkezik nukleáris gamma-sugárzással. Berilliummal keverve az aktiniumot neutronforrások előállítására használják. Az aktinium az urán- és tóriumércekben található.

rádium (Ra) . 88-as sorozatszámú kémiai elem. Ez egy ezüstösen fehér fényes fém, amelynek sűrűsége 6 g/cm 3 és olvadáspontja 700 °C, amelyet a 20. század elején fedeztek fel a Curie házastársak, és 4 izotópja van. : rádium-226 (T fizikai = 1602 év), mezotórium-228 (T fizikai = 6,7 év), aktinium X-223 (T fizikai = 11,4 nap) és tórium X-224
(T fizikai = 3,64 nap). Kémiai tulajdonságait tekintve a rádium közel áll a báriumhoz, és izomorf módon az utóbbit helyettesíti az ásványokban: a baritban (bárium-szulfát) és a witheritben (bárium-karbonát). A természetes vizekben a rádium klorid formájában fordul elő.

A rádium-226 alfa-bomlása során gamma-sugárzás kíséretében radioaktív gáz képződik – radon(emanáció). Zárt edényben a radon 40 nap múlva eléri a radioaktív egyensúlyi állapotot az edényben lévő rádiummal. Ezen időszak után a gyógyszer referencia gamma-sugárzás forrásként használható.

A radon 3 óra elteltével egyensúlyba kerül rövid életű bomlástermékeivel (Ra A, Ra B és Ra C). A rádium másik izotópja, a mezotórium-1 lágy béta-sugárzással rendelkezik, és a gamma-sugárzás intenzitása alacsony.

A rádium izotópjai széles körben elterjedtek kőzetekben és ércekben, de rendkívül alacsony koncentrációban. 3 tonna uránhoz 1 g egyensúlyi rádium tartozik. Mivel a rádium különböző koncentrációkban található meg a különböző kőzetekben, ezt a tulajdonságot használják a kőzettani különbségek gamma-sugárzással történő diagnosztizálására. A rádiumot uránércekből vonják ki. Az orvostudományban széles körben használják sugárterápiára.

Radon (Rn) . 86-os sorozatszámú vegyi elem. Nehéz inert radioaktív gáz, 9,73 g/l sűrűséggel. Színtelen, vízben jól oldódik. 4 izotópja van: radon-222
(T fizikai = 3,823 nap), radon-218 (T fizikai = 1,9´10 -2 s), toron-220 (T fizikai = 54,5 s) és aktinon-219 (T fizikai = 3,92 s). Mindegyik a nemesgázok csoportjába tartozik, alfa aktivitású, és nem bocsát ki egyéb kibocsátást. A radon emanáció a forrás aktív csapadék. A berilliummal kevert radont a tudományos kutatásban és az orvostudományban neutronforrásként használják.

Asztatin (Nál nél) . A halogéncsoport 85-ös sorozatszámú kémiai eleme. Görögül az „asztatin” jelentése „instabil”, mert ez az egyetlen halogén, amelynek nincsenek stabil izotópjai. Az asztatin mind a négy izotópja radioaktív: az asztatin-210 (T fizikai = 8,3 óra), asztatin-218 (T fizikai = 2 s), asztatin-215 (T fizikai = 1 × 10 -4 s) és az asztatin 216 (T fizikai =
= 3×10 -4 s).

Kis mennyiségben az asztatin mindhárom természetben előforduló radioaktív családban megtalálható. Izotópjai alfa-aktívak. Az asztatin egy kis része béta-bomláson megy keresztül.

Polónium (Po) . 84-es sorozatszámú kémiai elem. Ez egy puha ezüstfehér fém, amelynek sűrűsége 9,3 g/cm 3, olvadáspontja 254 °C. A polóniumnak 8 radioaktív izotópja van: polónium-209 (T fizikai = 103 év) , polónium-210 (T fizikai = 140 nap), rádium A-218 (T fizikai = 3,05 perc), tórium A-216 (T fizikai = 0,158 s), aktinium Ac-215 (T fizikai = 1, 83 × 10 - 3 s), rádium-214 (T fizikai = 1,55 × 10 -4 s), tórium (T fizikai = 3 × 10 -7 s), aktinium (T fizikai = 5 × 10 - 3 s).

A polónium tiszta alfa-sugárzó, amely lehetővé teszi széles körben történő felhasználását laboratóriumi kutatásokban. Berilliummal keverve ez a legjobb neutronforrás.

Ólom (Pv) . Vegyi elem 82-es sorozatszámmal. Kékesszürke lágy formázható fém, 11,34 g/cm 3 sűrűséggel és 327,4 °C olvadásponttal, vegyszerálló. Az ólomnak 3 stabil izotópja van: ólom-206 (rádium G), ólom-207 (aktinium D), ólom-208 (tórium D), és 4 radioaktív: ólom-210 (rádium D, T = 22 év), ólom- 212 (tórium B, T = 10,6 óra), ólom-211 (aktinium B, T = 36,1 perc), ólom-214 (rádium B, T = 26,8 perc).

Az ólom 206, 207 és 208 tömegszámú stabil izotópjai három természetben előforduló radioaktív sorozat bomlásának végtermékei. Ezek az izotópok nem radioaktívak, de mindig jelen vannak a radioaktív ércekben. A kőzetekben és ércekben a nem radioaktív ólom mennyiségének a radioaktív elemek (urán, tórium) tartalmához viszonyított aránya lehetővé teszi a geológiai képződmények abszolút korának meghatározását. Az ólom másik négy izotópja radioaktív. A béta-sugárzás hatására mind elbomlanak. A D rádium bomlástermékei a béta-sugarak mellett alfa-sugarakat bocsátanak ki, ezért az ólom-210-ből szabványos béta- és alfa-sugárzásforrásokat nyernek.

Az ólmot képernyőként és szűrőként használják a gamma-sugárzáshoz. Alkalmazása az alfa- és béta-sugárzás árnyékolására nem praktikus, mivel az ólom mindig tartalmaz bizonyos mennyiségű radioaktív izotópot, különösen rádium-D-t. Az ólom egyéb radioaktív izotópjai (200-as, 201-es és 203-as tömegszámmal) szintén megtalálhatók a természetben, de számuk elhanyagolható.

A természetben előforduló radioizotópok, amelyek nem tartoznak a radioaktív családba. A természetes radioaktív elemeken kívül, amelyek a fent tárgyalt három természeti sorozat tagjai, a természetben vannak egymással genetikailag nem rokon, de radioaktív izotópok. Az ilyen radioizotópok száma meghaladja a 200-at, felezési idejük a másodperc töredékétől az évmilliárdokig terjed.

Az ökológus számára érdekesek a hosszú felezési idejű izotópok: kálium-40, rubídium-87, szamárium-147, szén-14, lutécium-176 és rénium-187. Ezen elemek magjainak radioaktív bomlása izolált aktus, i.e. bomlás után stabil leányizotóp keletkezik. Amint a 4. táblázatból látható, az összes felsorolt ​​mag béta-bomlásnak van kitéve, kivéve a szamáriumot, amely alfa-bomláson megy keresztül.

4. táblázat – Természetes radioaktív izotópok, amelyek nem tartoznak a családokba

		Atomszám	Tömegszám	Fél élet	típus szétesés
				1,3×10 9 év
Szén-14
Rubídium-87				5,8×10 10 év
Szamária-147				6,7×10 11 év
Lutécium-176				2,4×10 10 év
				4×10 12 év

A felsorolt ​​hat természetes radionuklid közül a legérdekesebb az kálium-40, a földkéregben való nagy elterjedtsége miatt. A természetes kálium három izotópot tartalmaz: a kálium-39-et, a kálium-40-et és a kálium-41-et, amelyek közül csak a kálium-40 radioaktív. E három izotóp mennyiségi aránya a természetben így néz ki: 93,08; 0,012; 6,91%.

A kálium-40 kétféleképpen bomlik le. Atomjainak körülbelül 88%-a béta-sugárzást szenved, és kalcium-40 atommá válik. A kálium-40 egy bomlási eseménye átlagosan 0,893 béta-részecskét termel 1311 keV energiával és 0,107 gamma-kvantumot 1461 keV energiával. Az atomok fennmaradó 12%-a tapasztalható K-markolat, argon-40 atomokká alakulnak. A kőzetek és ásványok abszolút korának meghatározására szolgáló kálium-argon módszer a kálium-40 ezen tulajdonságán alapul.

Rubídium. A természetes rubídium két izotópból áll: rubídium-85-ből és rubídium-87-ből. A második izotóp radioaktív, 0,275 MeV maximális energiájú lágy béta-sugarakat és 0,394 MeV energiájú gamma-sugarakat bocsát ki.

Így a 87 Rb a legnagyobb értékű, mennyiségileg a második helyet a 40 K radioizotóp foglalja el, de a földkéregben a 40 K radioaktivitás meghaladja az összes többi természetes radioaktív elem összegének radioaktivitását, mivel a A 40 K-es bomlás kemény béta- és gamma-sugárzással jár, a 87 Rb-t pedig lágy béta-sugárzás jellemzi, és hosszú felezési ideje van.

5. táblázat– Egyes radionuklidok koncentrációja és teljesítménye
elnyelt dózisok különböző típusú talajokban

Talajtípusok	Koncentráció, pCi/g					Erő elnyelt dózisok, mrad/h
Tópszín
gesztenye
csernozjom
Szürke erdő
Gyep-podzolos
Podzolic
Tőzeges
Oszcillációs határok

Szamárium. Ennek az elemnek a hét ismert izotópja közül csak a szamárium-147 radioaktív. Részesedése a természetes szamáriumban körülbelül 15%. 2,11 MeV energiájú alfa-sugarakat bocsát ki, amelyek hatótávolsága levegőben 11,6 mm.

Lutetium. Több izotópja ismert, de csak a lutécium-176 radioaktív. A káliumhoz hasonlóan kétféleképpen bomlik le: béta-bomlás és K-befogás. A béta-sugarak maximális energiája körülbelül 0,4 MeV. A gammasugárzás energiája 0,270 MeV.

Rénium. A radioaktív izotóp a rénium-187, amelynek aránya a természetes réniumban 63%. 0,04 MeV energiájú béta sugarakat bocsát ki.

A szén különleges helyet foglal el a természetes radioizotópok között. A természetes szén két stabil izotópból áll, amelyek között a szén-12 dominál (98,89%). A többi szinte teljes egészében szén-14 (1,11%).

A szén stabil izotópjain kívül még öt radioaktív izotóp ismert. Ezek közül négynek (szén-10, szén-11, szén-15 és szén-16) nagyon rövid felezési ideje van (másodpercek és a másodperc töredékei). Az ötödik radioizotóp, a szén-14 felezési ideje 5730 év.

A természetben a szén-14 koncentrációja rendkívül alacsony. Például a modern növényekben ennek az izotópnak egy atomja van minden 109 szén-12 és szén-13 atomra. Az atomfegyverek és a nukleáris technológia megjelenésével azonban a szén-14 mesterségesen, lassú neutronok és a légköri nitrogén kölcsönhatásával keletkezik, így mennyisége folyamatosan nő.

A természetes sugárforrások közül a legjelentősebb
egy láthatatlan, szagtalan és íztelen, nehéz (a levegőnél 7,5-szer nehezebb) radongáz, amely más bomlástermékekkel együtt a lakosság földi sugárforrásból kapott éves egyéni effektív egyenértékdózisának 75%-áért és 50%-áért felelős. az összes természetes sugárforrásból származó dózis %-a. A földkéregből mindenhol 222 Rn és 220 Rn formájában szabadul fel radon, de az ember a fődózist zárt, szellőzetlen helyiségben kapja (a sugárzás szintje 8-szor magasabb, mint a külső levegőben) a következők miatt: források: beszívás a talajból, alapozás, mennyezet ; A lakóhelyiségek építőanyagaiból történő kibocsátás 60 kBq/nap, a külső levegőből 10 kBq/nap behatol, háztartási vízből felszabaduló - 4 kBq/nap, földgázból égéskor felszabaduló - 3 kBq/nap .

A radon beltérben magasabb koncentrációt ér el, ha a ház magas radionuklid tartalmú talajon található, vagy ha megnövelt radioaktivitású anyagokat használtak felépítéséhez.

6. táblázat– Építőanyagok átlagos fajlagos radioaktivitása

Jegyzet. A táblázat az 1982-es UNSCEAR anyagait mutatja be.

A Mari Állami Egyetem tudósai szerint (Novoselov G.N., Leukhin A.V., Sitnikov G.A., 1997) a szénsalaknak volt a legmagasabb fajlagos aktivitása (A eff. =
= 437 Bq/kg), gránit. Alacsonyabb fajlagos radioaktivitással rendelkezett a márvány, a kerámiatégla (A eff. = 335 Bq/kg), a szilikáttégla (A eff. = 856 Bq/kg) és az építési homok (A eff. = 114 Bq/kg). A betont a fajlagos radioaktivitás meglehetősen széles skálája jellemzi.

A földi sugárzás egyéb forrásai közé tartozik a szén, a foszfát- és foszforműtrágyák, a víztestek stb.

Általánosságban elmondható, hogy az éves effektív ekvivalens sugárdózis hozzávetőleg 90%-áért a természetes sugárforrások felelősek, ennek 5/6 részét a földi források teszik ki (főleg a belső besugárzás miatt), a kozmikus források az 1/6 részét (főleg külső besugárzás révén).

2.2.2.1. A Föld héjainak radioaktivitása

A talajok és kőzetek radioaktivitásának első megfigyelései a 20. század legelején történtek. A későbbi vizsgálatok kimutatták, hogy a földrajzi burok minden objektumának van bizonyos radioaktivitása. A talajban, növényekben, a földkéregben és a hidroszférában leggyakrabban megfigyelt természetes radioaktivitási értékek sorrendjének általános elképzelése a 7. táblázatban látható.

7. táblázat- Természetes radionuklidok átlagos tartalma a Föld földrajzi burkának különböző objektumaiban (A.P. Vinogradov, L.A. Pertsov szerint)

2.2.2.2. Kőzetek radioaktivitása

A radioaktív elemek eloszlása ​​a földkéreg vastagságában és a litoszféra egészében, a közvetlen megfigyelésre hozzáférhetetlen mélységekben, csak közvetett tények és a Föld szerkezetére vonatkozó általános elképzelések alapján ítélhető meg. Jelenleg a legszélesebb körben elfogadott koncepció az, hogy a kőzetek radioaktivitása a mélységgel csökken, de továbbra is nagyon jelentős mélységekig mérhető marad. A radioaktív elemek kifejezett felhalmozódása gránitréteg A kontinentális kéreg, amelyet Strett alapított még 1906-ban, a későbbi vizsgálatok megerősítették.

A kőzetekben található radioaktív elemek átlagos koncentrációját a 8. táblázat tartalmazza, a 9. táblázat pedig a kőzetek fajlagos aktivitását mutatja a természetes radionuklidokhoz viszonyítva a VNIIFTRI (1996) adatai szerint. Ezekből az adatokból jól látható a magmás kőzetek bázikusságának növekedésével járó radioizotóp-tartalom csökkenésének alapvető geokémiai mintázata. A természetes radionuklidok legmagasabb tartalma a savas és lúgos összetételű, káliumban gazdag magmás kőzetekben figyelhető meg. Ezekben a kőzetekben a radioaktív elemek fő hordozói tartozékásványok: cirkon, monacit, xenotime, ortit, apatit és szfén . Ami a fő kőzetképző ásványokat illeti, megállapították, hogy a szikás ásványok (elsősorban a földpátok) átlagosan háromszor nagyobb radioaktivitásúak, mint femic. Ezért a gyakorlatban alapszabály, hogy a világos színű magmás kőzetek radioaktívabbak, mint a sötét színűek.

8. táblázat – A radioaktív elemek bősége a kőzetekben,
wt. % (A.P. Vinogradov szerint)

9. táblázat – Természetes radionuklidok fajlagos aktivitása kőzetekben

Sziklák	Fajlagos aktivitás, Bq/kg
Tüzes:
Alapvető
Ultrabázikus
Üledékes:
Mészkövek
Homokkövek
Agyagpalák

Az üledékes kőzetek közül a palák és agyagok radioaktivitása a legmagasabb. A bennük lévő radionuklidok tartalma megközelíti a savas magmás kőzetekben - gránitokban. Számos mélykutak gamma-logging diagramjának elemzése és nagyszámú üledékes kőzetminta laboratóriumi radiometriai vizsgálatának eredményei alapján kiderült, hogy ezek közül a tiszta kémiai és szerves üledékek radioaktivitása a legkisebb. (kősó, gipsz, mészkövek, dolomitok, kvarchomok, kovás pala, jáspis). A tengeri üledékek általában radioaktívabbak, mint a kontinentálisak.

2.2.2.3. A talaj radioaktivitása

A talajban található radioaktív elemek fő forrásának a talajképző kőzeteket kell tekinteni. Ezért a savas magmás kőzeteken kialakult talajok radioaktív elemekkel (urán, rádium, tórium, kálium) viszonylag gazdagok, míg a bázikus és ultrabázikus kőzeteken kialakult talajok szegények bennük. Az agyagos talajok szinte mindenhol radioizotópokban gazdagabbak, mint a homokos talajok.

A talajok, mint laza képződmények anyagösszetételükben közel állnak az üledékes kőzetekhez, ezért nagymértékben ki vannak téve az ilyen eredetű üledékekben található természetes radionuklidok eloszlási mintáinak. A talajok finom kolloid frakciója, amelyhez társul csere- és szorpciós folyamatok, radioaktív elemekkel dúsított a nagyobb részecskékkel szemben. Ugyanez vonatkozik a talaj szerves összetevőire is. A talajok radioaktivitása és a bennük lévő szerves anyagok mennyisége között azonban nincs közvetlen kapcsolat. A 10. táblázat a főbb talajtípusok fajlagos aktivitását mutatja a VNIIFTRI (1996) adatai szerint. Az A.P. Vinogradov szerint a felső talajhorizont rádiumtartalma 2,8 és 9,5×10 -10% között mozog. Ezenkívül a legtöbb talajban az urán és a rádium közötti radioaktív egyensúly élesen eltolódik az utóbbi irányába, ami az urán talajvíz általi kimosódásával függ össze.

10. táblázat– Természetes radionuklidok fajlagos aktivitása a talajban

Főbb talajtípusok	Fajlagos aktivitás, Bq/kg
Serozems
Tópszín
gesztenye
Csernozjomok
Szürke erdő
Gyep-podzolos
Podzolic
Tőzeges

Így a talaj radioaktivitása elsősorban a 40 K és 87 Rb természetes radioizotópoknak köszönhető. A kálium-40 radioisztóp különböző mértékben halmozódik fel a növényi és állati eredetű élelmiszerekben (11. táblázat).

11. táblázat– 40 K tartalom élelmiszerekben

rozskenyér		Marhahús
Tészta		Sertészsír
Hajdina
		Aszalt gyümölcsök
		Burgonya
Búzaliszt
Friss tej
Vaj

A nukleáris fegyverkísérletek és az ember alkotta tényezők hatására a talaj mindenhol mesterséges radionuklidokkal szennyezett. Például az északi félteke felső talajrétegeinek radioaktív céziummal való szennyezettségének átlagos sűrűsége 0,12 Ci/km 2 .

2.2.2.4. Természetes vizek radioaktivitása

A folyó- és tavavizek radioaktivitása táplálkozásuk forrásától függ. Az eső, a hó és a jeges vizek kis mennyiségű sókat tartalmaznak, így a magas szélességi körök hegyvidéki régióiban található víztestek, amelyek ilyen táplálékforrással rendelkeznek, gyakorlatilag sterilek a természetes radionuklidokhoz képest.

A természetes radionuklidok elsősorban a talajvízzel jutnak a nyílt víztestekbe szárazföldön. A talajvíz és a rétegközi vizek, amelyek a tavakat és folyókat táplálják, meghatározzák a természetes radioaktivitás szintjét e tározók vizében. Ezért a folyók és tavak vizének radioaktivitása jelentős ingadozásoknak van kitéve. Ez közvetlenül függ az általuk lecsapolt kőzetek kémiai és ásványi összetételétől, amelyben a tavak vagy folyók vízgyűjtői találhatók. Egy másik fontos tényező, amely befolyásolja a víz radioaktivitásának mértékét a nyílt tározókban, az éghajlat, amely meghatározza a kőzetek kémiai mállásának mértékét, amelyek a természetes radionuklidok fő szállítói.

Végül a radioizotópok koncentrációja a tavakban a vízcsere mértékétől függ. A száraz éghajlatú területek endorheikus tavai az állóvíz erős párolgása miatt radioaktív elemekkel jelentősen feldúsulhatnak.

Ha kizárjuk az uránérc területeket lecsapoló folyókat, akkor feltételezhetjük, hogy a folyóvizeket alacsonyabb urán-, rádium-, tórium-, kálium- és radontartalom jellemzi a tengervizekhez képest, bár e szabály alól vannak kivételek (például Syr Darya ). A táblázat a D.S. szerint egyes folyók urántartalmát mutatja. Nikolaev.

asztal 12 – Egyes folyók vizének urántartalma

Árvízi időszakban a folyóvizek radioaktivitása csökken, kisvízi időszakban pedig nő. Télen, amikor a folyókat jég borítja, a vízben megnövekedett radioaktív gázok - radon és toron - tartalma.

A felszín alatti vizek a felszíni vizekhez képest jelentősen dúsíthatók uránban, rádiumban, tóriumban és radonban. A bennük lévő radioaktív elemek mennyisége a befogadó kőzetek anyagösszetételétől és maguknak a vizek kémiájától függ. A hidrogeológiában szokás megkülönböztetni a radon-, rádium- és uránvizeket, attól függően, hogy összetételükben melyik vagy másik radioaktív elem túlsúlya van. Vannak vegyes vizek is: radon-rádium, urán-rádium, rádium-mezotórium. A talajvízben a rádium koncentrációja elérheti a 2,5´10 -11%-ot, az uránium pedig a 3´10 -5%-ot.

Még a 20. század harmincas éveiben V.G. Khlopin megnövekedett rádiumkoncentrációt észlelt az olajmezők vizében. Jelenleg a szénhidrogén-lelőhelyek intenzív kiaknázása következtében ez természetes radionuklidok felhalmozódásához vezet az olaj- és gázmezők technológiai berendezésein és csővezetékein. Egyes lelőhelyeken a berendezésekből származó expozíciós dózisteljesítmény eléri a 6 mR/h-t, az iszapban lévő természetes radionuklidok fajlagos aktivitása pedig meghaladja a 10 5 Bq/kg-ot. Ennek következménye a személyzet és a lakosság ellenőrizetlen expozíciója.

2.2.2.5. A légköri levegő radioaktivitása

A Föld légköre mindig tartalmaz gáznemű radioaktív anyagokat inert gázok formájában - radon, toron és aktinon, amelyek forrása a kiáramló kőzetek. Radioaktív kisugárzások a talajból a légköri levegőbe jutva, majd vízszintes és függőleges légáramlatok szállítják. A bomlás alatt álló radioaktív gázok viszont szilárd radioizotópokká alakulnak, amelyek aktív csapadék formájában a Föld felszínére esnek.

Az aktinon és a toron nem hosszú életűek. Az első emanáció felezési ideje mindössze 3,92 s, a másodiké pedig 54,5 s, így kis mennyiségben csak a légkör legalsó rétegeiben találhatók meg a földfelszín közelében. Jelentősebb a radon felezési ideje (3,82 nap), aminek következtében magát az emanációt és annak bomlástermékeit a szél nagy távolságra szállítja a kibocsátás helyétől.

A megfigyelések azt mutatják, hogy a kontinensek feletti légkör alsó rétegei 1 cm 3 levegőnként 1-2 atom radont tartalmaznak. A toron koncentrációja általában 10 000-szer kisebb. Az óceán feletti légköri levegő 100-szor kevesebb radont tartalmaz, mint a szárazföldön. A radon koncentrációja gyorsan csökken a magassággal. Már 1 km-es magasságban a mennyisége kétszerese, 4 km-es magasságban pedig 14-szer kisebb, mint a Föld felszínén.

A radioaktív kisugárzások bomlástermékeinek eloszlása ​​teljesen más. A természetes radioaktív sorozatok emanációit követő szilárd radioizotópok közül sok szinte egyenletesen oszlik el a légkör alsó rétegeiben. Például az Ra D koncentrációja a talajszinten és a 10 km-es magasságban közel azonos.

A levegőben lévő szilárd radioaktív részecskéket kondenzálódó vízcseppek rögzítik, és a csapadékkal a Föld felszínére hullanak. Heves esőzések és havazás után a levegő radioaktivitása csökken.

A radioaktív kisugárzások és bomlásuk szilárd termékei mellett a légkör kozmikus sugarak hatására keletkező radioizotópokat is tartalmaz. Ilyen radionuklidok elsősorban a szén-14-et tartalmazzák, amelynek a levegőben lévő mennyisége elhanyagolható.

Az egyes természetes források hozzájárulását az effektív humán dózisegyenértékek kialakulásához a 13. táblázat mutatja be.

13. táblázat– Emberi effektív ekvivalens dózisok természetes forrásokból

Sugárforrások	Világátlag adatok
Kozmikus sugárzás
Gamma sugárzás a Földről
Belső expozíció
Építőanyagokból származó sugárzás (radon)

Előző

A radioaktív elemek (radionuklidok) széles körben jelen vannak a talajban és a talajképző kőzetekben. A (természetes) radioaktivitás az egyik kémiai elem instabil izotópjainak spontán átalakulásának (bomlásának) egy másik izotópjává, ά-, β- és γ-sugárzás kíséretében. A talajok radioaktivitása a bennük lévő természetes és antropogén eredetű radioaktív elemeknek köszönhető. Ebben a tekintetben különbséget kell tenni a természetes és a mesterséges radioaktivitás között. Ezt az egységnyi idő alatt bekövetkező nukleáris bomlások számával fejezik ki, és becquerelben (1 Bq = 1 bomlás/s) vagy radioaktív izotópok - curiék aktivitási egységeiben (1 Ci = 3,7 10 10 Bq) mérik.

Természetes radioaktivitás. Természetes radionuklidoknak azokat tekintjük, amelyek emberi beavatkozás nélkül keletkeztek és folyamatosan újraképződnek.

A természetes radioaktivitást a radioaktív elemek két csoportja okozza: az elsődleges, amelyek az anyakőzetekben találhatók és a talajban vannak, és a kozmogén - a légkörből a talajba kerülő, amelyek kialakulása a kozmikus sugárzás és az atommagok kölcsönhatása során következik be. stabil elemekből.

Az összes elsődleges természetes radioaktív elem többnyire hosszú élettartamú, felezési ideje 10 8 -10 17 év, ami valószínűleg a Föld kialakulásával egyidőben keletkezett. A talajok természetes radioaktivitásához a legnagyobb mértékben a 40 K radioaktív izotóp járul hozzá, amely a talajok természetes radioaktivitásának több mint 50%-át adja, valamint a kalcium (48 Ca), rubídium (87 Rb), urán (238). U), rádium (226 Ra), tórium (232 Th). Ezen elemek fő forrása a talajban a talajképző kőzetek. Jelentősen különböznek a természetes radioaktív elemek koncentrációjában.

A nagyszámú kozmogén radioaktív elem sugárdózisához a legnagyobb mértékben a trícium (3 H), a berillium (7 Be, 10 Be), a szén (14 C, 13 C), a foszfor (32 P, 33 P) járul hozzá. kén (35 S), klór (35 Cl) és nátrium (22 Na). A talajok természetes radioaktivitását a következő kozmogén izotópok befolyásolják: radiokarbon (14 C) és trícium (3 H) - a hidrogén szupernehéz izotópja, amely a légkörből kerül a talajba. Ezek a radioizotópok viszonylag rövid életűek. A radiokarbon felezési ideje 5760 év, a trícium felezési ideje 12,3 év. Mivel a légkörből kerülnek a talajba, tartalmuk viszonylag állandó szinten marad.

Összesen több mint 300 természetes radionuklidot ismerünk, amelyeknek a talajban való jelenléte meghatározza annak természetes radioaktivitását. A természetes radionuklidok koncentrációja a természetben igen változatos. Az összes radioaktív anyag közül a földkéreg tartalmazza a legtöbb káliumot (kb. 2,5%), míg az urán- és tóriumtartalma több tíz és száz, a rádium pedig milliószor kevesebb a radioaktív kálium (40 K) tartalmához képest. Ezt az elemet a természetben három izotóp keveréke képviseli: 39 K, 40 K és 41 K, amelyek közül kettő (39 K és 41 K) stabil és egy (40 K) hosszú élettartamú radioaktív, a felezési idő amelynek mértéke több száz millió évben (Annenkov B N., Yudintseva E.V., 1991).

A talajok radionuklidjainak bruttó tartalma elsősorban az anyakőzetektől függ. Maximális radioaktivitást a savas magmás kőzeteken kialakult talajokban találtunk, mint a bázikus és ultrabázikus kőzeteken kialakult talajokban, a legmagasabb radionuklidkoncentráció pedig a talajok finom frakciójában - agyagszemcsékben - figyelhető meg. Például a foszforral dúsított kőzeteken kialakult talajok magas koncentrációban tartalmaznak uránt.

A fedő- és löszszerű vályog, lösz és öv agyag 2-4-szer több radioaktív elemet tartalmaz, mint a homokos és homokos-agyagos fluvioglaciális lerakódások. A karbonátos kőzetek eluviumán kialakult talajokban a radioaktív elemek tartalma többszöröse, mint a kőzetekben. Ezek az elemek a karbonátos kőzetek átalakulása (mállása) során felhalmozódnak a talajban.

A talajban a természetes radioaktív elemek n10 -4 - n10 -12% közötti ultramikrokoncentrációban vannak jelen. A világon vannak olyan területek, ahol magas a talaj természetes radioaktivitása. A természetesen radioaktív anyagok gyártásuk, műszaki felhasználásuk és eltemetésük helyén fokozott koncentrációban találhatók.

33. táblázat

A fő természetes radioizotópok koncentrációja a talajban (Kovrigo V.P., 2008)

A radioaktivitás fajlagos eloszlása ​​a függőleges síkban (a genetikai horizontokon át) a talajképző folyamat természetétől függ.

A szikes-karbonátos talajokban a legmagasabb természetes radionuklidtartalom a humuszhorizontokban figyelhető meg, és a talajképző kőzetbe való átmenet során fokozatosan csökken.

A csernozjomok, sötétszürke erdő-, gesztenye-, félsivatagi és sivatagi talajokban, amelyek kialakulása nem jár szilárd fázisú komponensek aktív átalakulásával és mozgásával, a természetes radioaktív elemek talajszelvény mentén történő eloszlását gyenge differenciálódás jellemzi. Erdő-sztyepp talajokon és sztyeppvidéki talajokon a radioelem-tartalom profildifferenciálódása egybeesik a granulometrikus összetételük, a vas- és alumínium-oxidok változásának jellemző profilmintázataival.

A podzolizáció, a szolodizáció, a kiszáradás és a szolonetzáció a természetes radionuklidok eltávolításához vezet az eluviális (felső) horizontokból az illuviális horizontokba, majd akkumulációval, ahol a radionuklidok koncentrációja az anyakőzethez képest 1,5-3-szorosára nő. Az urán a gley akadályokon rakódik le, ami a hidromorf talajok feldúsulását eredményezi ezzel az elemmel.

Mesterséges radioaktivitás. Jelenleg több mint 1300 mesterséges radionuklid ismeretes, amelyek közül a 90 Sr, 137 Cs, 144 Ce izotópok a legveszélyesebbek. A stroncium felezési ideje 28 év, a céziumé 30 év. Magas sugárzási energia jellemzi őket, és képesek aktívan részt venni a biológiai ciklusban. A mesterséges (ember által előállított) radionuklidokat hagyományosan három csoportba osztják: radioaktív hasadási termékek (melyek közül a legjelentősebbek a 89 Sr, 90 Sr, 137 Cs, 134 Cs, 131 I, 131 Ce, 144 Ce); az indukált aktiválás termékei (beleértve az 54 Mn, 60 Co, 55 Fe, 59 Fe, 65 Zn); transzurán elemek (amelyek közül a leghosszabb élettartamúak a 237 Np, 239 Np, 239 Pu, 244 Pu, 241 Am, 242 Cm, 243 Cm, 244 Cm).

A mesterséges radioaktivitást az atom- és termonukleáris robbanások eredményeként keletkezett radioaktív izotópok talajba jutása, nukleáris iparból származó hulladék formájában, nukleáris üzemi balesetek, foszforműtrágyák (gyakran tartalmaz uránizotópok), szénnel működő hőerőművek hamukibocsátása és uránt, rádiumot, tóriumot, polóniumot tartalmazó éghető palák. A radioelemeket szél, eső és olvadékáramok szállítják, kiterjesztve a talaj és a természetes vizek radioaktív szennyezettségi zónáit, kitéve az élő szervezeteket radioaktív besugárzásnak. Az atomerőmű működése során intenzíven vándorló hasadási termékek - 90 Sr, 137 Cs, 131 I -, valamint indukált aktivitású nuklidok - 54 Mn, 60 Co, 65 Zn - kerülnek a külső környezetbe.

A talaj radionuklidtartalma melioránsok, radioaktív anyagokat tartalmazó szerves és ásványi műtrágyák kijuttatásával nő. Így 1 kg foszforműtrágya aktivitása: szuperfoszfát - 120 Bq, dúsított koncentrátum - 70 Bq. Ezen műtrágyák átlagos dózisainál (60 kg/ha) a talajban járulékosan radionuklidok is jelen vannak, amelyek aktivitása 60 kg műtrágyában 1,35 10 6 Bq. A talaj radioaktivitása meszezéskor növekszik a 48 Ca miatt, melynek koncentrációja a természetes kalcium-izotóp-elegyben 0,19%.

A talaj radioaktív szennyezettsége nem befolyásolja a termékenység szintjét, de radionuklidok felhalmozódásához vezet a növényi termékekben. A termékenységi szint növekedésével azonban a termésben a radionuklidok koncentrációja csökken a növényi biomassza növekedése miatt. A radionuklid ionok és a bevitt sók (Ca - Sr, K - Cs) közötti fokozott antagonizmus megakadályozza a stroncium és a cézium bejutását a növényekbe.

Jelenleg a talaj a mezőgazdasági termékekben található radionuklidok fő forrása. (Ajánlások, 1991). A legtöbb mesterséges radionuklidot a talaj szilárd fázisának komponensei rögzítik, aminek következtében felhalmozódnak a talajszelvény felső részében. A könnyű granulometrikus összetételű talajokban a radionuklidok mélyebben hatolnak be, mint a nehéz talajokban, aminek következtében elérhetik a talaj-talajvíz szintjét és bejuthatnak velük a folyóhálózatba.

A radionuklidok megkötését a humusztartalom, a granulometriai és ásványi összetétel, valamint a környezet reakciója befolyásolja. A szervesanyag-tartalom és a talajszemcsék diszperziós fokának növekedésével a 90 Sr szorpciója nő. A 137 Cs szorpciójában az agyagásványok, különösen az illit és a vermikulit játsszák a főszerepet. A környezet savasodásakor a mesterséges radionuklidok mobilitása általában megnő, semleges és lúgos talajban pedig csökken. A növénybe kerülő stroncium és cézium fő mennyisége a föld feletti tömegében halmozódik fel, a maradék radionuklidok pedig a gyökerekben halmozódnak fel.

Általánosságban elmondható, hogy a radionuklidok legnagyobb szorpciója a nehéz granulometrikus összetételű, magas humusz- és ásványianyag-tartalmú talajokban figyelhető meg, mint például a vermikulit, montmorillonit és a hidromica. Az ilyen talajokban a mesterséges radionuklidokat a PPC-komponensek szilárdan rögzítik, ami megakadályozza a migrációs folyamatokban való részvételüket és a növényekbe való bejutást.

A radionuklidok vándorlása a talajban lassan megy végbe, és ezek fő mennyisége jelenleg a 0-5 cm-es rétegben helyezkedik el. A formáció-forgalommal járó szántás a radionuklidok mélyen a talajba való bejutását idézi elő, a műtrágya és a mész kijuttatása pedig jelentősen (4-5-ször) csökkenti a termesztett növényekbe jutását.