трусики женские украина

На головну

Радіоактивність і аналіз речовин - Фізика

ТЕМА

РАДІОАКТИВНІСТЬ І АНАЛІЗ РЕЧОВИН

Зміст

1. Радіохімічний аналіз

1.1 Аналіз природних радіоактивних речовин

1.2 Аналіз штучних радіоактивних речовин

2. Радиоиндикаторные методи аналізу

3. Активаційний аналіз

4. Методи аналізу, засновані на взаємодії випромінювання з речовинами

4.1 Метод аналізу, заснований на пружному розсіянні заряджених частинок

4.2 Метод аналізу, заснований на поглинанні і розсіянні Р-частинок

4.3 Метод аналізу, заснований на поглинанні і розсіянні γ-випромінювання

1. РАДІОХІМІЧНИЙ АНАЛІЗ

Відкриття радіоактивності дало поштовх до появи і розвитку нових напрямів досліджень. Саме ж явище знайшло застосування як в промисловості, так і в науці. Зокрема, в аналітичній хімії (науці, яка займається визначенням якісного і кількісного складу речовини) явище радіоактивності застосовується для аналізу складу і кількості речовин. Виявилося, що характер випромінювання, що випускається є настільки індивідуальним для кожного атома, що його можна використати для ідентифікації елементів. Розроблена велика кількість методів, що дозволяють провести аналіз будь-якого елемента і багатьох з'єднань. Існують методи, які дозволяють провести визначення не тільки в лабораторії, але і в польових умовах, наприклад активаційний аналіз, який застосовується для розвідування родовищ корисних копалин. У основі радіохімічного аналізу лежить використання ядерних властивостей радіонуклідів. З його допомогою можна проаналізувати радіонукліди, що зустрічаються в природі (аналіз природних радіоактивних речовин) і дослідити природні матеріали (грунт, повітря, руду і т. д.) на наявність в них радіоактивних ізотопів. Крім того, метод радіохімічного аналізу дозволяє вивчати системи штучних радіонуклідів: виявляти і ідентифікувати радіонукліди, визначати продукти розпаду і ядерного синтезу трансуранових елементів і т. д.

1.1. Аналіз природних радіоактивних речовин

Аналізуючи природні радіоактивні речовини, звичайно в них визначають наявність вже відомого радіонукліда і його кількість. Визначення звичайно проводять відносним методом, т. е. досліджуваний зразок порівнюється зі стандартним, в якому кількість визначуваного радіонукліда точно встановлена. Природні радіонукліди визначають шляхом вимірювання їх активність. Особливо широко цей спосіб застосовується для визначення природних радіоактивних елементів, вмісних радіонукліди з невеликим періодом напіврозпаду, які зустрічаються в нікчемно малих кількостях. Ніяким іншим способом їх визначити не можна. Для довгоживучих радіонуклідів вимірювання їх радіоактивності є не дуже ефективним, оскільки не дає високої точності результатів. Накопичена на сьогоднішній день інформація про характер радіоактивності природних речовин дозволяє вибрати найбільш результативні методики їх аналізу. Такі природні матеріали, як руди (за винятком уранових), гірські породи і мінерали, як правило, володіють слабою радіоактивністю. Вимірювання їх активності дозволяє визначити сліди радію або торію, які знаходяться або в стані, близькому до рівноваги з продуктами розпаду, або після досягнення такої рівноваги. Кількість радіоактивних компонентів звичайна невелико, тому часто вдаються до їх виділення і концентрування. Предва- рительно зразок переводять в розчин. Природна радіоактивність повітря обумовлюється наявністю в ньому радону, торона або актинона і їх активними осадками, які утворять радіоактивні аерозолі. Потрібно відмітити, що над поверхнею океанів концентрація радіонуклідів значно менше, ніж в повітрі над континентами, наприклад, концентрація радону над континентами має порядок 10-6Бк/см3, а над океанами 10-8Бк/см3. Радіоактивність грунтового повітря значно вище, ніж радіоактивність повітря вільної атмосфери (10-3Бк/см3), а найбільш велика радіоактивність повітря шахт, особливо якщо там добують уранову руду.

Природна вода може містити до 0,5 кБк/л радію идо 30 мкг урану. У області уранових родовищ концентрації радіонуклідів значно вище: до 0,8 кБк/л радію і до 90 мг урану.

1.2. Аналіз штучних радіоактивних речовин

Аналіз штучних радіоактивних речовин (т. е. тих, які виникли внаслідок ядерних реакцій, продуктів реакцій ділення і ядерного синтезу трансуранових елементів) набагато складніше, ніж аналіз природних радіоактивних матеріалів. Справа в тому, що, аналізуючи природні речовини, частіше за все доводиться визначати кількість зазделегідь відомого радіонукліда. На відміну від цього, зразки штучних радіоактивних речовин звичайно складаються з радіонуклідів різних видів (як відомих, так і невідомих; і їх необхідно додатково ідентифікувати. Тому якісний аналіз штучних радіоактивних речовин включає два етапи:

1) виявлення випромінювання і опис його властивостей;

2) розпізнавання радіонукліда, якому належить виявлене випромінювання. Вигляд випромінювання радіонукліда визначається в процесі вивчення його проходження через повітря і інші матеріали.

Енергію випромінювання визначають, вимірюючи пробіг або величину шара поглинання в речовині, через яку проходить випромінювання. Крім того, для ідентифікації радіонукліда використовується період напіврозпаду. Якщо треба розпізнати невідомий радіонуклід, то насамперед встановлюють характеристики випромінювання, що спостерігається (його вигляд, енергію, період напіврозпаду). Метою розпізнавання є визначення заряду Z і атомної маси А радіонукліда Встановивши ці характеристики, можливо з'ясувати, якому саме хімічному елементу відповідає активність, що спостерігається. Це робиться таким чином: з всіх елементів відбирається той, який хоч би водної хімічної реакції виявляє аналогічну активність. Його називають носієм.

2. РАДИОИНДИКАТОРНЫЕ МЕТОДИ АНАЛІЗУ

Радиоиндикаторные методи використовуються для того, щоб дослідити якісний склад системи в ході реакції. У систему (, що аналізується т. е. ту, яка містить визначуваний елемент або з'єднання) вводиться мічена сполука (радіонуклід або неізотопний радіоактивний реагент), після чого вимірюється питома активність системи і встановлюється зміна питомої активності, а також зміна ізотопного складу і інш. характеристики системи.

Метод мічених атомів

В основі методу мічених атомів лежить той факт, що хімічні властивості радіоактивних і нерадіоактивних ізотопів однакові Его означає, що в хімічних реакціях з початкових речовин в продукти будуть переходити рівні частини обох типів ізотопів. Але це можна використати на практиці тільки в тому випадку, якщо радіоактивний і стабільний ізотопи знаходяться в стані ідеального однорідного розподілу в хімічній системі, причому на протяжениивсех досліджуваних процесів однорідність розподілу (ізотопний склад) не змінюється. Тоді можна прослідити, по-перше, як міняється концентрація досліджуваного з'єднання в ході реакції, а по-друге - на яких етапах протікання реакції з ним починають відбуватися зміни. Якісне дослідження міченого елемента або його з'єднання проводять, виявляючи радіоактивність, а кількісне заміряючи величину радіоактивності.

З величезної безлічі радіонуклідів, відомих на сьогоднішній день, тільки деякі з них можна використати як індикатори. При цьому до уваги приймаються як фізичні і хімічні властивості радіонукліда, так і економічні характеристики (доступність, дешевизна).

Основні показники, які беруть до уваги при виборі індикатора:

- період напіврозпаду;

- вигляд і енергія випромінювання;

- доступність радіонукліда;

- хімічна і радіоактивна чистота:

- хімічна форма.

Період напіврозпаду радіонукліда, який мають намір використати як індикатор, не повинен бути дуже маленьким. Якщо тривалість експерименту перевищує період напіврозпаду в 10 і більше за рази, то такий радіонуклід використати в тривалому експерименті не можна. Непридатні для радиоиндикаторного методу і довгоживучі радіонукліди, т. до. в більшості випадків вони випускають випромінювання з низькою енергією. Найбільш відповідними є радіонукліди з періодом напіврозпаду від декількох годин до декількох місяців.

Вигляд випромінювання радіонукліда має не менше значення, ніж період напіврозпаду, а-випромінювання має дуже малий пробіг, а випромінювання - дуже велику проникаючу здатність, що робить роботу з ним небезпечною. Тому найбільш широко застосовують радіонукліди, що випускають Р-випромінювання. При роботі з ними легко забезпечити безпеку людини. Крім того, існує безліч приладів, що дозволяють виміряти активність р-випромінювання. Найбільш ефективні радіонукліди, що випускають коротковолнокое Р-випромінювання з енергією Е > 0,3 МЭВ. Для довгохвильового р-випромінювання застосовуються спеціальні лічильники. Радіонукліди, що використовуються як індикатори, повинні бути доступні в приготуванні. Насамперед це радіонукліди, які отримують в ядерному реакторі.

Хімічна форма і міра очищення речовини також впливають на те, наскільки доступний буде радиоиндикатэр, в тому числі і по вартості.

Хімічна і радіохімічна чистоті радиоиндикатора повинна бути дуже високою, т. е. речовину повинно мати мінімум сторонніх хімічних елементів або з'єднань, що випускають випромінювання. Якщо немає можливості забезпечити відсутність сторонніх радіоактивних речовин і елементів, то треба, щоб ці забруднення були відомі і їх вплив можна було б оцінити і врахувати. Якщо ж розпізнати радіоактивне забруднення не можна, то радиоиндикаторный метод дасть помилковий результат.

Хімічна форма радіоактивного індикатора і визначуваної речовини повинна бути однакова, т. е. індикатор і досліджувана речовина повинні мати однаковий кількісний і якісний склад молекули (хімічну формулу). Це особливо важливе для елементів, які можуть знаходитися в декількох мірах окислення і утворювати декілька різних з'єднань з одним і тим же елементом.

3. АКТИВАЦІЙНИЙ АНАЛІЗ

Активаційний аналіз є методом, який найбільш широко використовується для виявлення і ідентифікації хімічних елементів. Уперше він був застосований в 1936 г, коли Хевеши і Леві за допомогою активації нейтронами визначили сліди диспрозия (Dy) і иттрии (Y).

Суть методу полягає в тому, що досліджуваний (нерадіоактивний) зразок зазнає опромінювання, а потім, заміряючи активність отриманого радіонукліда, встановлюють його кількість, відповідну кількості досліджуваної речовини. Опромінювання проводиться потоком бомбардуючих частинок, частіше за все - нейтронів, хоч іноді активація проводиться зарядженими частинками або γ-квантами. Якщо зразок бомбардується нейтронами, то метод носить назву нейтронно актиоационного аналізу. Інші способи активації не мають окремих назв і використовуються тільки в спеціальних випадках, коли досліджуваний елемент але активується нейтронами або активується з дуже малим виходом.

Активність, а значить, і кількість радіонукліда, що утворюється внаслідок ядерної реакції при активації зразка, прямо пропорційна масі визначуваного елемента в зразку. Отже, по виміряній інтенсивності випромінювання даного радіонукліда в зразку можна встановити колитгетво досліджуваної речовини, підданого активізації.

Звичайно при опромінюванні зразка виникає суміш радіоактивних ізотопів різних інших елементів, крім визначуваного. Їх треба розділити таким чином, щоб радіоізотоп досліджуваної речовини не мав домішок. Для радіохімічного розділення компонентів опромінений зразок переводять в розчин.

Крім кількісного аналізу зразка, активаційний аналіз дозволяє провести і якісні дослідження, т. е. ідентифікувати радіонукліди, що утворилися. Це можна зробити, спираючись на три ядерно-фізичні характеристики: тип випромінювання, що випускається, період напіврозпаду і енергія випромінювання, що випускається. Деякі труднощі з'являються, коли треба провести розпізнавання складу складних сумішей. У цьому випадку суміш спочатку розділяють на компоненти, а потім ідентифікують кожний з них окремо.

радіоактивний речовина радиоиндикаторный аналіз

4. МЕТОДИ АНАЛІЗУ, ЗАСНОВАНІ НА ВЗАЄМОДІЇ ВИПРОМІНЮВАННЯ З РЕЧОВИНОЮ

Провести аналіз нерадіоактивної речовини можна без його активації. Часто використовуються реакції взаємодії ядерного і рентгенівського випромінювань з речовиною, яка їх поглинає або розсіює, але активація досліджуваної речовини не відбувається. У основі методів, що базуються на цьому явищі, лежать наступні принципи:

- пружне розсіяння α-частинок;

- поглинання і розсіяння β-частинок і γ-квантів;

- виникнення рентгенівського характеристичного випромінювання;

- поглинання і уповільнення нейтронів і інш.

4.1 Метод аналізу, заснований на пружному розсіянні заряджених частинок

Важкі заряджені частинки (24Не (γ)(-частинки), 73Li) проходять через середу, що аналізується, взаємодіючи з атомами речовини. При цьому найбільш важливими видами взаємодії є пружне розсіяння на ядрах визначуваного елемента, іонізація (обрив електрона,) і збудження атомів визначуваного елемента, а також гальмування заряджених частинок. Однак пружне розсіяння відбувається частіше за все. Треба сказати, що виникає воно внаслідок кулонівської взаємодії ядра і зарядженої частинки.

Метод аналізу, що Розглядається заснований на тому, що кінетична енергія падаючої частинки не рівна кінетичній енергії розсіяної частинки. Для ідентифікації речовини використовують відношення кінетичної енергії частинки Е після пружного зіткнення до її початкової енергії Ео. У результаті отримують спектр, розташування піків на якому є індивідуальною характеристикою речовини. По величині піків судять про кількість досліджуваної речовини (чим списів вище, тим більше концентрація). Отримані списи порівнюють зі стандартними списами відомих речовин.

Після ідентифікації речовини встановлюють його концентрацію, порівнюючи висоту експериментального піку з піком тієї ж речовини відомої концентрації.

4.2 Метод аналізу, заснований на поглинанні і розсіянні β-частинок

Проходячи через речовину, що аналізується, β-частииы вступають в реакції взаємодії як на атомних ядрах, так і в електронних оболонках атомів. При цьому енергія β-частинок меншає, а напрям їх руху змінюється, т. е. відбувається розсіяння.

Втрата енергії β-частинок відбувається внаслідок непружних зіткнень з ядрами атомів і електронами. При цьому β-частинка буде завжди відхилятися від початкового напряму руху на кут, який залежить від початкової энергиичастицы, і від енергії, втраченої нею при взаємодії

При пружному розсіянні β-частинка змінює напрям руху, але повна енергія системи не міняється. Кут, на який відхиляється частинка, залежить від її швидкості і від масового числа елемента. Маса β-частинки і атомного ядра дуже розрізнюються, тому частинка відхиляється сильно, особливо якщо β випромінювання має низьку енергію. Крім того, відхилення на великий кут виникає і тоді, коли β частинка пролітає поблизу ядра. Але частіше за все β частинки рухаються на великій відстані від ядра і відхиляються на менші кути. Аналіз по β-поглинанню заснований па тому, що поглинання β-випромінювання залежить від відношення заряду до масового числа досліджуваного елемента (Z/А) Звичайно це відношення коливається в межах від 0,4 до 0,5, але виключення складає водень (Z/А=1), тому його поглинаюча здатність вдвоє більше, ніж у інших елементів, т е якщо в речовині, що аналізується разом з воднем знаходиться ще який-небудь один елемент, то, вимірюючи поглинання β-випромінювання в зразку, що аналізується, можна визначити його з високою точністю.

Інший спосіб використання аналізу по поглинанню (β-випромінювання заснований на тому, що із зміною хімічного складу речовини змінюється його густина. У разі двухкомпонентной системи можна, вимірюючи поглинання, визначати концентрації розчинів і склади сумішей (т. е. здійснювати кількісний аналіз). Однак це можливе тільки у разі абсолютної відсутності домішок в досліджуваній системі.

У методі β-розсіяння вимірюють інтенсивність β-випромінювання, розсіяного зразком, що аналізується. Ця інтенсивність є індивідуальною характеристикою елемента.

4.3 Метод аналізу, заснований на поглинанні і розсіянні γ випромінювання

При взаємодії γ-квантів, енергія яких мала, з речовинами велику роль грає фотоелектричний ефект (фотоефект). Це явище складається в тому, що практично вся енергія γ-кванта передається одному з електронів атома, який через надлишок енергії відривається від атома. Електрон, що Випускається придбаває кінетичну енергію, рівну різниці енергії початкового γ-кванта і енергія електрона в атомі.

Після вивільнення електрона відбувається миттєве заповнення електронного рівня, що супроводилося характеристичним рентгенівським випромінюванням. Енергія цього випромінювання часто відразу ж передається найбільш слабо пов'язаному зовнішньому електрону, який вилітає з этома. Такі електрони називаються електронами Оже. Фотоэлектроны втрачають свою енергію в тих же процесах, що і β-випромінювання.

Аналіз по поглинанню γ-квантів заснований на зміні густини потоку γ- або рентгенівського випромінювання при проходженні через речовину. Міра поглинання фотонного випромінювання є основною характеристикою речовини в цьому методі.

Методи аналізу, засновані на розсіянні γ-випромінювання, використовуються в тих випадках, коли до досліджуваного зразка немає доступу з двох сторін. У основі методу лежить той факт, що інтенсивність розсіяного γ-випромінювання залежить від енергії падаючого випромінювання, атомного номера визначуваного елемента, товщини зразка і схем дослідження. При зростанні заряду визначуваного елемента в зразку, що аналізується збільшується густина потоку розсіяного γ-випромінювання.

Авіація і космонавтика
Автоматизація та управління
Архітектура
Астрологія
Астрономія
Банківська справа
Безпека життєдіяльності
Біографії
Біологія
Біологія і хімія
Біржова справа
Ботаніка та сільське господарство
Валютні відносини
Ветеринарія
Військова кафедра
Географія
Геодезія
Геологія
Діловодство
Гроші та кредит
Природознавство
Журналістика
Зарубіжна література
Зоологія
Видавнича справа та поліграфія
Інвестиції
Інформатика
Історія
Історія техніки
Комунікації і зв'язок
Косметологія
Короткий зміст творів
Криміналістика
Кримінологія
Криптологія
Кулінарія
Культура і мистецтво
Культурологія
Логіка
Логістика
Маркетинг
Математика
Медицина, здоров'я
Медичні науки
Менеджмент
Металургія
Музика
Наука і техніка
Нарисна геометрія
Фільми онлайн
Педагогіка
Підприємництво
Промисловість, виробництво
Психологія
Психологія, педагогіка
Радіоелектроніка
Реклама
Релігія і міфологія
Риторика
Різне
Сексологія
Соціологія
Статистика
Страхування
Будівельні науки
Будівництво
Схемотехніка
Теорія організації
Теплотехніка
Технологія
Товарознавство
Транспорт
Туризм
Управління
Керуючі науки
Фізика
Фізкультура і спорт
Філософія
Фінансові науки
Фінанси
Фотографія
Хімія
Цифрові пристрої
Екологія
Економіка
Економіко-математичне моделювання
Економічна географія
Економічна теорія
Етика

8ref.com

© 8ref.com - українські реферати


енциклопедія  бефстроганов  рагу  оселедець  солянка