Cho đến cuối thế kỷ 19, tất cả các nguyên tố hóa học dường như không đổi và không thể phân chia được. Không có câu hỏi nào về cách các phần tử bất biến có thể được chuyển đổi. Nhưng việc phát hiện ra chất phóng xạ đã cách mạng hóa thế giới như chúng ta biết và mở đường cho việc khám phá ra các chất mới.
Sự phát hiện ra chất phóng xạ
Vinh dự phát hiện ra sự biến đổi của các nguyên tố thuộc về nhà vật lý người Pháp Antoine Becquerel. Đối với một thí nghiệm hóa học, ông cần các tinh thể uranyl-kali sunfat. Anh ta bọc thứ đó trong giấy đen và đặt gói hàng gần tấm ảnh. Sau khi rửa phim, nhà khoa học nhìn thấy đường viền của các tinh thể uranium trong ảnh. Mặc dù lớp giấy dày nhưng chúng vẫn có thể phân biệt được rõ ràng. Becquerel lặp lại thí nghiệm này nhiều lần, nhưng kết quả vẫn như nhau: đường viền của các tinh thể chứa uranium hiện rõ trên các tấm ảnh.
Becquerel đã công bố kết quả khám phá này tại một cuộc họp thường kỳ do Viện Hàn lâm Khoa học Paris tổ chức. Báo cáo của ông bắt đầu bằng những từ về “bức xạ vô hình”. Đây là cách ông mô tả kết quả thí nghiệm của mình. Sau đó, khái niệm bức xạ được các nhà vật lý sử dụng.
Thí nghiệm của Curie
Kết quả quan sát của Becquerel khiến các nhà khoa học Pháp Marie và Paul Curie quan tâm. Họ tin tưởng đúng đắn rằng không chỉ uranium mới có thể có đặc tính phóng xạ. Các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng phần còn lại của quặng mà chất này được chiết xuất vẫn có tính phóng xạ cao. Việc tìm kiếm các nguyên tố khác với nguyên tố ban đầu đã dẫn đến việc phát hiện ra một chất có tính chất tương tự như uranium. Nguyên tố phóng xạ mới được đặt tên là poloni. Marie Curie đã đặt tên này cho chất này để vinh danh quê hương cô - Ba Lan. Sau đó, radium được phát hiện. Nguyên tố phóng xạ hóa ra là sản phẩm phân rã của uranium nguyên chất. Sau đó, kỷ nguyên của các chất hóa học mới chưa từng được tìm thấy trong tự nhiên bắt đầu trong hóa học.
Yếu tố
Hầu hết hạt nhân của các nguyên tố hóa học được biết đến ngày nay đều không ổn định. Theo thời gian, các hợp chất như vậy tự phân hủy thành các nguyên tố khác và các hạt nhỏ khác nhau. Phần tử gốc nặng hơn được gọi là vật liệu gốc trong cộng đồng vật lý. Các sản phẩm được hình thành trong quá trình phân hủy một chất được gọi là các nguyên tố con hoặc sản phẩm phân hủy. Bản thân quá trình này đi kèm với việc giải phóng các hạt phóng xạ khác nhau.
đồng vị
Tính không ổn định của các nguyên tố hóa học có thể được giải thích là do sự tồn tại của các đồng vị khác nhau của cùng một chất. Đồng vị là dạng biến thể của một số nguyên tố trong bảng tuần hoàn có cùng tính chất nhưng có số nơtron khác nhau trong hạt nhân. Nhiều chất hóa học thông thường có ít nhất một đồng vị. Việc những nguyên tố này phổ biến rộng rãi và được nghiên cứu kỹ lưỡng xác nhận rằng chúng vẫn ở trạng thái ổn định vô thời hạn. Nhưng mỗi nguyên tố “tồn tại lâu dài” này đều chứa các đồng vị. Các nhà khoa học thu được hạt nhân của họ thông qua các phản ứng được thực hiện trong điều kiện phòng thí nghiệm. Một nguyên tố phóng xạ nhân tạo được sản xuất tổng hợp không thể tồn tại ở trạng thái ổn định trong thời gian dài và phân hủy theo thời gian. Quá trình này có thể diễn ra theo ba cách. Cả ba loại phân rã đều có tên từ các hạt cơ bản là sản phẩm phụ của phản ứng nhiệt hạch.
Phân rã alpha
Một nguyên tố hóa học phóng xạ có thể được biến đổi theo sơ đồ phân rã thứ nhất. Trong trường hợp này, một hạt alpha được phát ra từ hạt nhân, năng lượng của nó đạt tới 6 triệu eV. Một nghiên cứu chi tiết về kết quả phản ứng cho thấy hạt này là nguyên tử helium. Nó mang đi hai proton khỏi hạt nhân, do đó nguyên tố phóng xạ thu được sẽ có số nguyên tử trong bảng tuần hoàn thấp hơn số nguyên tử của chất mẹ hai vị trí.
phân rã beta
Phản ứng phân rã beta đi kèm với sự phát xạ của một electron từ hạt nhân. Sự xuất hiện của hạt này trong nguyên tử có liên quan đến sự phân rã của tế bào thần kinh thành electron, proton và neutrino. Khi electron rời khỏi hạt nhân, nguyên tố hóa học phóng xạ tăng số nguyên tử của nó lên một và trở nên nặng hơn nguyên tố mẹ.
phân rã gamma
Trong quá trình phân rã gamma, hạt nhân giải phóng một chùm photon có năng lượng khác nhau. Những tia này thường được gọi là bức xạ gamma. Trong quá trình này, nguyên tố phóng xạ không bị biến đổi. Anh ta đơn giản là mất đi năng lượng của mình.
Bản thân sự không ổn định mà một nguyên tố phóng xạ cụ thể sở hữu không có nghĩa là khi có một lượng đồng vị nhất định, chất của chúng ta sẽ đột ngột biến mất, giải phóng một năng lượng khổng lồ. Trên thực tế, sự phân rã của hạt giống gợi nhớ đến việc làm bỏng ngô - sự chuyển động hỗn loạn của các hạt ngô trong chảo rán, và hoàn toàn không biết hạt nào sẽ mở ra trước. Định luật phản ứng phân rã phóng xạ chỉ có thể đảm bảo rằng, trong một khoảng thời gian nhất định, một số hạt tỉ lệ với số nucleon còn lại trong hạt nhân sẽ bay ra khỏi hạt nhân. Trong ngôn ngữ toán học, quá trình này có thể được mô tả bằng công thức sau:
Ở đây có sự phụ thuộc tỷ lệ giữa số nucleon dN rời khỏi hạt nhân trong chu kỳ dt vào số lượng tất cả các nucleon N có trong hạt nhân. Hệ số λ là hằng số phóng xạ của chất phân rã.
Số nucleon còn lại trong hạt nhân tại thời điểm t được mô tả bằng công thức:
N = N 0 e -λt ,
trong đó N 0 là số nucleon có trong hạt nhân khi bắt đầu quan sát.
Ví dụ, nguyên tố phóng xạ halogen có số nguyên tử 85 chỉ được phát hiện vào năm 1940. Thời gian bán hủy của nó khá dài - 7,2 giờ. Hàm lượng halogen phóng xạ (astatin) trên toàn hành tinh không vượt quá một gam chất nguyên chất. Do đó, trong 3,1 giờ, về mặt lý thuyết, lượng của nó trong tự nhiên sẽ giảm đi một nửa. Nhưng quá trình phân rã liên tục của uranium và thorium làm phát sinh ngày càng nhiều nguyên tử atatin mới, mặc dù với liều lượng rất nhỏ. Vì vậy, số lượng của nó trong tự nhiên vẫn ổn định.
Nửa đời
Hằng số phóng xạ được sử dụng để xác định nguyên tố đang nghiên cứu sẽ phân rã nhanh như thế nào. Nhưng đối với các bài toán thực tế, các nhà vật lý thường sử dụng giá trị gọi là chu kỳ bán rã. Chỉ báo này cho bạn biết sẽ mất bao lâu để một chất mất đi chính xác một nửa số nucleon của nó. Đối với các đồng vị khác nhau, khoảng thời gian này thay đổi từ những phần rất nhỏ của một giây đến hàng tỷ năm.
Điều quan trọng là phải hiểu rằng thời gian trong phương trình này không được cộng thêm mà được nhân lên. Ví dụ, nếu trong một khoảng thời gian, một chất đã mất đi một nửa số nucleon của nó, thì trong khoảng thời gian 2t, nó sẽ mất thêm một nửa số nucleon còn lại - tức là một phần tư số nucleon ban đầu.
Sự xuất hiện của các nguyên tố phóng xạ
Các chất phóng xạ được hình thành tự nhiên ở các tầng trên của bầu khí quyển Trái đất, trong tầng điện ly. Dưới tác động của bức xạ vũ trụ, khí ở độ cao trải qua nhiều biến đổi khác nhau biến đổi một chất ổn định thành nguyên tố phóng xạ. Khí phổ biến nhất trong bầu khí quyển của chúng ta là N2, ví dụ, từ đồng vị ổn định nitơ-14 biến thành đồng vị phóng xạ carbon-14.
Ngày nay, nguyên tố phóng xạ xuất hiện thường xuyên hơn trong chuỗi phản ứng phân hạch nguyên tử do con người tạo ra. Đây là tên của các quá trình trong đó hạt nhân của một chất gốc phân rã thành hai hạt nhân con và sau đó thành bốn hạt nhân “cháu” phóng xạ. Một ví dụ kinh điển là đồng vị uranium 238. Chu kỳ bán rã của nó là 4,5 tỷ năm. Hành tinh của chúng ta đã tồn tại gần như lâu rồi. Sau mười giai đoạn phân rã, uranium phóng xạ biến thành chì 206 ổn định. Một nguyên tố phóng xạ được tạo ra nhân tạo không có đặc tính khác biệt so với nguyên tố tự nhiên.
Ý nghĩa thực tiễn của hoạt độ phóng xạ
Sau thảm họa Chernobyl, nhiều người bắt đầu nói chuyện nghiêm túc về việc cắt giảm các chương trình phát triển nhà máy điện hạt nhân. Nhưng trong cuộc sống đời thường, phóng xạ lại mang lại lợi ích vô cùng to lớn cho nhân loại. Khoa học chụp X quang nghiên cứu khả năng ứng dụng thực tế của nó. Ví dụ, phốt pho phóng xạ được tiêm vào bệnh nhân để thu được hình ảnh hoàn chỉnh về tình trạng gãy xương. Năng lượng hạt nhân cũng phục vụ để tạo ra nhiệt và điện. Có lẽ trong tương lai chúng ta sẽ tìm thấy những khám phá mới trong lĩnh vực khoa học tuyệt vời này.
Bức xạ, phóng xạ và phát xạ vô tuyến là những khái niệm nghe có vẻ khá nguy hiểm. Trong bài viết này bạn sẽ tìm hiểu tại sao một số chất có tính phóng xạ và điều đó có nghĩa là gì. Tại sao mọi người lại sợ bức xạ và nó nguy hiểm như thế nào? Chúng ta có thể tìm thấy chất phóng xạ ở đâu và điều này đe dọa chúng ta điều gì?
Khái niệm phóng xạ
Khi nói đến tính phóng xạ, ý tôi là “khả năng” các nguyên tử của một số đồng vị nhất định phân tách và do đó tạo ra bức xạ. Thuật ngữ “phóng xạ” không xuất hiện ngay lập tức. Ban đầu, bức xạ như vậy được gọi là tia Becquerel, để vinh danh nhà khoa học đã phát hiện ra nó khi làm việc với đồng vị uranium. Bây giờ chúng ta gọi quá trình này là thuật ngữ “bức xạ phóng xạ”.
Trong quá trình khá phức tạp này, nguyên tử ban đầu được biến đổi thành nguyên tử của một nguyên tố hóa học hoàn toàn khác. Do sự phóng ra của các hạt alpha hoặc beta, số khối của nguyên tử thay đổi và do đó, điều này làm nó chuyển động theo bảng của D.I. Điều đáng chú ý là số khối thay đổi, nhưng bản thân khối lượng vẫn gần như giữ nguyên.
Dựa trên thông tin này, chúng ta có thể diễn đạt lại một chút định nghĩa của khái niệm này. Vì vậy, phóng xạ còn là khả năng hạt nhân nguyên tử không ổn định có thể biến đổi độc lập thành hạt nhân khác ổn định và ổn định hơn.
Chất - chúng là gì?
Trước khi nói về chất phóng xạ là gì, chúng ta hãy định nghĩa khái quát những gì được gọi là chất. Vì vậy, trước hết, nó là một loại vật chất. Cũng hợp lý khi vật chất này bao gồm các hạt, và trong trường hợp của chúng ta, chúng thường là các electron, proton và neutron. Ở đây chúng ta đã có thể nói về các nguyên tử, bao gồm các proton và neutron. Vâng, các phân tử, ion, tinh thể, v.v. đều được tạo ra từ các nguyên tử.
Khái niệm về một chất hóa học cũng dựa trên những nguyên tắc tương tự. Nếu không thể tách biệt hạt nhân trong vật chất thì nó không thể được phân loại là chất hóa học.
Về chất phóng xạ
Như đã đề cập ở trên, để thể hiện tính phóng xạ, một nguyên tử phải tự phân rã và biến thành nguyên tử của một nguyên tố hóa học hoàn toàn khác. Nếu tất cả các nguyên tử của một chất không đủ ổn định để phân rã theo cách này thì bạn có chất phóng xạ. Theo ngôn ngữ kỹ thuật hơn, định nghĩa sẽ như sau: các chất có tính phóng xạ nếu chúng chứa hạt nhân phóng xạ và ở nồng độ cao.
Các chất phóng xạ nằm ở đâu trong bảng của D.I.
Một cách khá đơn giản và dễ dàng để biết một chất có tính phóng xạ hay không là nhìn vào bảng của D.I. Mọi thứ đứng sau nguyên tố chì đều là nguyên tố phóng xạ, cũng như promethium và technetium. Điều quan trọng là phải nhớ chất nào có tính phóng xạ vì nó có thể cứu sống bạn.
Ngoài ra còn có một số nguyên tố có ít nhất một đồng vị phóng xạ trong hỗn hợp tự nhiên của chúng. Đây là danh sách một phần của chúng, hiển thị một số yếu tố phổ biến nhất:
- Kali.
- Canxi.
- Vanadi.
- Germani.
- Selen.
- Rubidi.
- zirconi.
- Molypden.
- Cadimi.
- Indi.
Chất phóng xạ bao gồm những chất có chứa đồng vị phóng xạ.
Các loại bức xạ phóng xạ
Có một số loại bức xạ phóng xạ sẽ được thảo luận ngay bây giờ. Bức xạ alpha và beta đã được đề cập, nhưng đây không phải là toàn bộ danh sách.
Bức xạ Alpha là bức xạ yếu nhất và nguy hiểm nếu các hạt xâm nhập trực tiếp vào cơ thể con người. Bức xạ như vậy được tạo ra bởi các hạt nặng, và đó là lý do tại sao nó dễ dàng bị ngăn chặn ngay cả bởi một tờ giấy. Vì lý do tương tự, tia alpha không truyền đi quá 5 cm.
Bức xạ beta mạnh hơn bức xạ trước. Đây là bức xạ từ các electron, nhẹ hơn nhiều so với hạt alpha nên có thể xuyên qua da người vài cm.
Bức xạ gamma được tạo ra bởi các photon, chúng thậm chí còn dễ dàng thâm nhập sâu hơn vào các cơ quan nội tạng của con người.
Bức xạ mạnh nhất về khả năng xuyên thấu là bức xạ neutron. Rất khó để che giấu nó, nhưng trên thực tế, nó không tồn tại trong tự nhiên, ngoại trừ có lẽ ở gần các lò phản ứng hạt nhân.
Tác động của bức xạ tới con người
Các chất độc hại phóng xạ thường có thể gây tử vong cho con người. Ngoài ra, tiếp xúc với bức xạ có tác dụng không thể đảo ngược. Nếu bạn tiếp xúc với bức xạ, bạn sẽ phải chịu số phận. Tùy thuộc vào mức độ thiệt hại, một người sẽ chết trong vòng vài giờ hoặc trong nhiều tháng.
Đồng thời, phải nói rằng con người liên tục bị nhiễm phóng xạ. Cảm ơn Chúa, nó đủ yếu để gây tử vong. Ví dụ: xem một trận bóng đá trên tivi, bạn nhận được 1 microrad bức xạ. Lên tới 0,2 rad mỗi năm nói chung là phông bức xạ tự nhiên của hành tinh chúng ta. Món quà thứ 3 - phần bức xạ của bạn khi chụp X-quang nha khoa. Chà, việc tiếp xúc với hơn 100 rads đã tiềm ẩn nguy hiểm rồi.
Các chất phóng xạ có hại, ví dụ và cảnh báo
Chất phóng xạ nguy hiểm nhất là Polonium-210. Do bức xạ xung quanh nó, thậm chí có thể nhìn thấy một loại “hào quang” màu xanh lam phát sáng. Điều đáng nói là có một định kiến cho rằng tất cả các chất phóng xạ đều phát sáng. Điều này hoàn toàn không đúng, mặc dù có những biến thể như Polonium-210. Hầu hết các chất phóng xạ có vẻ ngoài không đáng ngờ chút nào.
Livermorium hiện được coi là kim loại có tính phóng xạ cao nhất. Đồng vị Livermorium-293 của nó mất 61 mili giây để phân rã. Điều này được phát hiện vào năm 2000. Ununpentium kém hơn nó một chút. Thời gian phân rã của Ununpentia-289 là 87 mili giây.
Một sự thật thú vị khác là cùng một chất có thể vừa vô hại (nếu đồng vị của nó ổn định) vừa có tính phóng xạ (nếu hạt nhân của đồng vị của nó sắp sụp đổ).
Các nhà khoa học nghiên cứu về phóng xạ
Các chất phóng xạ không được coi là nguy hiểm trong một thời gian dài và do đó được nghiên cứu tự do. Thật không may, những cái chết đau buồn đã dạy chúng ta rằng cần phải thận trọng và tăng cường mức độ an toàn với những chất như vậy.
Một trong những người đầu tiên, như đã đề cập, là Antoine Becquerel. Đây là một nhà vật lý vĩ đại người Pháp, người được biết đến là người phát hiện ra chất phóng xạ. Vì những cống hiến của mình, ông đã được vinh danh là thành viên của Hiệp hội Hoàng gia Luân Đôn. Vì những đóng góp cho lĩnh vực này nên ông qua đời khá trẻ, thọ 55 tuổi. Nhưng công việc của ông được nhớ đến cho đến ngày nay. Bản thân đơn vị đo phóng xạ cũng như các miệng hố trên Mặt Trăng và Sao Hỏa đều được đặt tên để vinh danh ông.
Một người vĩ đại không kém là Marie Sklodowska-Curie, người đã làm việc với các chất phóng xạ cùng với chồng là Pierre Curie. Maria cũng là người Pháp, mặc dù có gốc gác Ba Lan. Ngoài vật lý, cô còn tham gia giảng dạy và thậm chí là các hoạt động xã hội tích cực. Marie Curie là người phụ nữ đầu tiên đoạt giải Nobel ở hai lĩnh vực: vật lý và hóa học. Việc phát hiện ra các nguyên tố phóng xạ như Radium và Polonium là công lao của Marie và Pierre Curie.
Phần kết luận
Như chúng ta thấy, phóng xạ là một quá trình khá phức tạp và không phải lúc nào con người cũng có thể kiểm soát được. Đây là một trong những trường hợp mà con người có thể thấy mình hoàn toàn bất lực trước nguy hiểm. Đây là lý do tại sao điều quan trọng cần nhớ là những thứ thực sự nguy hiểm có thể rất dễ bị đánh lừa khi nhìn bề ngoài.
Bạn thường có thể biết liệu một chất có tính phóng xạ hay không khi nó đã tiếp xúc với nó. Vì vậy, hãy cẩn thận và chú ý. Phản ứng phóng xạ giúp ích cho chúng ta về nhiều mặt, nhưng chúng ta cũng không nên quên rằng đây thực tế là một lực nằm ngoài tầm kiểm soát của chúng ta.
Ngoài ra, cần ghi nhớ sự đóng góp của các nhà khoa học vĩ đại trong việc nghiên cứu về phóng xạ. Họ đã truyền lại cho chúng ta một lượng kiến thức hữu ích đáng kinh ngạc hiện đang cứu sống nhiều mạng sống, cung cấp năng lượng cho cả quốc gia và giúp điều trị những căn bệnh khủng khiếp. Hóa chất phóng xạ là mối nguy hiểm và là phúc lành cho nhân loại.
Uranium, thorium và một số nguyên tố khác có khả năng liên tục và không có bất kỳ ảnh hưởng bên ngoài nào (tức là dưới tác động của các nguyên nhân bên trong) phát ra bức xạ vô hình, giống như tia X, có thể xuyên qua màn hình mờ đục và có hiệu ứng chụp ảnh và ion hóa.
Tính chất phát xạ tự phát của bức xạ đó được gọi là tính phóng xạ. Các nguyên tố có đặc tính này được gọi là nguyên tố phóng xạ và bức xạ chúng phát ra được gọi là bức xạ phóng xạ. Tính chất phóng xạ lần đầu tiên được phát hiện vào năm 1896 trong uranium bởi nhà vật lý người Pháp Antoine Henri Becquerel (1852-1908).
Việc phát hiện ra chất phóng xạ theo sau việc phát hiện ra tia X. Sự phát xạ tia X lần đầu tiên được quan sát thấy khi thành thủy tinh của ống phóng điện bị bắn phá bằng tia âm cực. Kết quả hiệu quả nhất của sự bắn phá như vậy là ánh sáng xanh lục mãnh liệt của thủy tinh, sự phát quang (xem Tập II, § 102). Tình huống này gợi ý rằng bức xạ tia X là sản phẩm của sự phát quang và đi kèm với mọi sự phát quang, đồng thời đi kèm với việc “bị ánh sáng kết án”.
Becquerel bắt đầu thử nghiệm giả định này. Ông kích thích các chất phát quang bằng ánh sáng, rồi đưa chúng vào một tấm ảnh bọc trong giấy đen. Sự phát xạ của bức xạ xuyên thấu phải được phát hiện bằng cách làm đen tấm ảnh sau khi tráng ảnh. Trong số tất cả các chất phát quang mà Becquerel đã thử nghiệm, chỉ có muối uranium mới gây ra hiện tượng đen hóa nhựa qua giấy đen. Nhưng hóa ra mẫu trước đây bị kích thích bởi sự phát triển mạnh mẽ lại có màu đen tương tự như mẫu không bị kích thích. Theo đó, bức xạ phát ra từ muối uranium không liên quan đến sự phát quang mà được phát ra bất kể ảnh hưởng từ bên ngoài. Kết luận này đã được xác nhận bằng các thí nghiệm với các hợp chất uranium không phát quang - tất cả chúng đều cho bức xạ xuyên thấu.
Sau khi Becquerel phát hiện ra tính phóng xạ của uranium, nhà vật lý người Ba Lan và người Pháp Marie Skłodowska-Curie (1867-1934), người thực hiện công trình khoa học chính với sự cộng tác của chồng bà là Pierre Curie (1859-1906), đã kiểm tra hầu hết các nguyên tố đã biết. và nhiều hợp chất của chúng để xác định. Có chất nào trong số chúng có đặc tính phóng xạ không? Trong thí nghiệm của mình, M. Curie đã sử dụng khả năng ion hóa không khí của các chất phóng xạ như một dấu hiệu của tính phóng xạ. Dấu hiệu này nhạy hơn nhiều so với khả năng tác động của chất phóng xạ lên tấm ảnh. Hiệu ứng ion hóa của thuốc phóng xạ có thể dễ dàng được phát hiện bằng thí nghiệm ở hình 2. 376 (x. Tập II, § 92). Các thí nghiệm của M. Curie đã dẫn đến kết quả như sau.
Cơm. 376. Đo dòng ion hóa: 1 – thân buồng ion hóa, 2 – điện cực cách nhau 1 bằng phích cắm cách điện 3.4 – thuốc đang nghiên cứu, 5 – điện kế. Sức chống cự 
. Ở điện áp pin đủ cao, tất cả các ion hình thành trong thể tích buồng bằng bức xạ ion hóa sẽ được thu thập trên các điện cực và qua buồng điểm có một dòng điện tỷ lệ thuận với tác dụng ion hóa của thuốc. Khi không có chất ion hóa, không khí trong buồng không dẫn điện và dòng điện bằng không
1. Độ phóng xạ được phát hiện không chỉ bởi uranium mà còn bởi tất cả các hợp chất hóa học của nó. Ngoài ra, tính chất phóng xạ còn được phát hiện ở một nguyên tố nữa - thori và tất cả các hợp chất hóa học của nó.
2. Độ phóng xạ của một loại thuốc có bất kỳ thành phần hóa học nào đều bằng độ phóng xạ của uranium hoặc thorium nguyên chất, tính theo lượng chúng có trong loại thuốc này.
Kết quả sau có nghĩa là tính chất của phân tử chứa nguyên tố phóng xạ không ảnh hưởng đến khả năng phóng xạ. Như vậy, phóng xạ không phải là một hiện tượng phân tử mà là một tính chất bên trong của các nguyên tử của nguyên tố phóng xạ.
Ngoài các nguyên tố tinh khiết và các hợp chất của chúng, Curie còn nghiên cứu nhiều loại khoáng chất tự nhiên khác nhau. Tính phóng xạ của các khoáng chất hóa ra là do sự hiện diện của uranium hoặc thorium trong chúng. Tuy nhiên, cùng lúc đó, một số khoáng chất lại có độ phóng xạ cao bất ngờ. Do đó, quặng nhựa uranium cho độ ion hóa lớn hơn bốn lần so với uranium chứa trong nó.
Hoạt động tăng lên của quặng nhựa chỉ có thể được giải thích bằng việc trộn lẫn một nguyên tố phóng xạ chưa xác định với một lượng nhỏ đến mức khó có thể phân tích hóa học. Mặc dù có hàm lượng thấp nhưng nguyên tố này phát ra nhiều bức xạ phóng xạ hơn lượng uranium dồi dào. Do đó, độ phóng xạ của nguyên tố này phải mạnh hơn nhiều lần so với độ phóng xạ của uranium.
Dựa trên những cân nhắc này, Pierre và Marie Curie đã tiến hành phân lập hóa học một nguyên tố giả định từ quặng nhựa urani. Yếu tố kiểm soát sự thành công của các hoạt động hóa học là độ phóng xạ trên một đơn vị khối lượng của sản phẩm thu được, được cho là sẽ tăng khi hàm lượng nguyên tố mới trong đó tăng lên. Sau nhiều năm làm việc chăm chỉ, họ thực sự đã thành công trong việc thu được vài phần mười gam nguyên tố nguyên chất, độ phóng xạ của nó lớn hơn một triệu lần so với uranium. Nguyên tố này được gọi là radium (tức là bức xạ).
Theo tính chất hóa học của nó, radium thuộc nhóm kim loại kiềm thổ. Khối lượng nguyên tử của nó hóa ra bằng 226. Dựa trên tính chất hóa học và khối lượng nguyên tử, radium được đặt trong ô trống số 88 của hệ thống tuần hoàn Mendeleev.
Radium là bạn đồng hành thường xuyên của uranium trong quặng, nhưng được chứa với số lượng không đáng kể - xấp xỉ radium trên mỗi uranium; Theo quan điểm này, việc khai thác radium là một quá trình tốn rất nhiều công sức. Radium là một trong những kim loại hiếm nhất và đắt nhất. Nó được đánh giá là nguồn bức xạ phóng xạ tập trung.
Nghiên cứu sâu hơn của Curie và các nhà khoa học khác đã mở rộng đáng kể số lượng các nguyên tố phóng xạ đã biết.
Tất cả các nguyên tố có số sê-ri lớn hơn 83 đều có tính phóng xạ. Chúng được tìm thấy dưới dạng tạp chất nhỏ trong uranium, radium và thorium.
Các đồng vị phóng xạ của các nguyên tố thallium, chì và bismuth cũng được tìm thấy theo cách tương tự. Cần lưu ý rằng chỉ có các đồng vị hiếm của các nguyên tố này trộn với uranium, radium và thorium mới có tính phóng xạ. Thallium, chì và bismuth thông thường không có tính phóng xạ.
Ngoài các nguyên tố hình thành nên những con ngựa trong bảng tuần hoàn của Mendeleev, các nguyên tố sau đây cũng có tính phóng xạ: samarium, kali, rubidium. Độ phóng xạ của các nguyên tố này yếu và khó phát hiện.
Tất cả các nguyên tố phóng xạ đã biết nên được chia thành 2 nhóm (Bảng 2.1): tự nhiên Và nhân tạo (công nghệ).
Giữa nguyên tố phóng xạ tự nhiên tồn tại lâu (U, Th, K-40, Rb-87, v.v.), sản phẩm phân rã tồn tại trong thời gian ngắn của các đồng vị tồn tại lâu (radium, radon, v.v.) và các hạt nhân liên tục được hình thành trong môi trường tự nhiên do phản ứng hạt nhân (C-14) được phân biệt, H-3, Be-7, v.v.).
Hạt nhân phóng xạ nhân tạo có thể được chia thành:
- sự phân mảnh(sản phẩm phân hạch của hạt nhân urani-235 dưới tác dụng của neutron nhiệt theo sơ đồ):
90 Sr, 134 Cs, 137 Cs, 140 La, 131 I, 129 I, 99 Tc, 106 Ru, 141 Ce
- nguyên tố phóng xạ transurani
- sản phẩm kích hoạt– do sự tương tác của neutron, lượng tử gamma, v.v. với chất:
56 Fe, 22 Na, 60 Co, 65 Zn, 32 P
8 Liều lượng bức xạ tối đa cho phép đối với cơ thể con người. Xu hướng chính trong việc thay đổi các tiêu chuẩn này là gì?
Liều tối đa cho phép (MAD) của bức xạ ion hóa- tiêu chuẩn vệ sinh quy định giá trị cho phép cao nhất của liều tương đương trên toàn bộ cơ thể con người hoặc trong các cơ quan riêng lẻ, không gây ra những thay đổi bất lợi đối với sức khỏe của những người làm việc với nguồn bức xạ ion hóa. Nó được sử dụng trong lĩnh vực an toàn bức xạ và được thành lập theo pháp luật. Ở Liên bang Nga, văn bản pháp luật có tên là “Tiêu chuẩn an toàn bức xạ”. SDA phụ thuộc vào sự chiếu xạ của toàn bộ cơ thể, một số nhóm nhất định được gọi là. các cơ quan quan trọng và dao động từ 5 đến 30 rem (50-300 mSv) mỗi năm.
Liên quan đến việc tiếp xúc với bức xạ, dân số được chia thành 3 loại.
Loại A người hoặc nhân viên bị phơi nhiễm (công nhân chuyên nghiệp) - những người làm việc thường xuyên hoặc tạm thời trực tiếp với các nguồn bức xạ ion hóa.
Loại B những người bị phơi nhiễm hoặc một bộ phận dân cư hạn chế - những người không làm việc trực tiếp với nguồn bức xạ ion hóa, nhưng do điều kiện sống hoặc vị trí nơi làm việc của họ có thể bị phơi nhiễm bức xạ ion hóa.
Vì loại A Liều tối đa cho phép được đưa ra - giá trị cao nhất của liều tương đương của từng cá nhân trong một năm dương lịch, tại đó mức phơi nhiễm đồng đều trong 50 năm không thể gây ra những thay đổi bất lợi về sức khỏe mà các phương pháp hiện đại có thể phát hiện được. Vì loại B giới hạn liều được xác định.
Ba nhóm cơ quan quan trọng được thành lập:
1 nhóm- toàn thân, tuyến sinh dục và tủy xương đỏ.
nhóm thứ 2- cơ, tuyến giáp, mô mỡ, gan, thận, lá lách, đường tiêu hóa, phổi, thấu kính mắt và các cơ quan khác, ngoại trừ những cơ quan thuộc nhóm 1 và 3.
nhóm 3- Da, mô xương, bàn tay, cẳng tay, cẳng chân và bàn chân.
Ngoài các giới hạn liều chính, các tiêu chuẩn phái sinh và mức tham chiếu được sử dụng để đánh giá tác động của bức xạ. Các tiêu chuẩn được tính toán có tính đến việc không vượt quá giới hạn liều MDA (liều tối đa cho phép) và PD (giới hạn liều). Việc tính toán hàm lượng cho phép của hạt nhân phóng xạ trong cơ thể được thực hiện có tính đến độc tính phóng xạ của nó và không vượt quá giới hạn tối đa cho phép trong một cơ quan quan trọng. Mức tham chiếu phải cung cấp mức phơi nhiễm thấp nhất có thể đạt được trong giới hạn liều cơ bản.
Lượng hạt nhân phóng xạ hấp thụ tối đa hàng năm qua hệ hô hấp;
Hàm lượng hạt nhân phóng xạ cho phép trong cơ quan quan trọng DS A;
suất liều bức xạ cho phép DMD A;
Mật độ thông lượng hạt cho phép DPP A;
Hoạt độ thể tích (nồng độ) cho phép của hạt nhân phóng xạ trong không khí vùng làm việc của DK A;
Sự nhiễm bẩn có thể chấp nhận được của da, quần áo bảo hộ và bề mặt làm việc của DZ A.
Giới hạn lượng hạt nhân phóng xạ GWP hấp thụ hàng năm qua cơ quan hô hấp hoặc tiêu hóa;
Hoạt độ thể tích cho phép (nồng độ) của hạt nhân phóng xạ DK B trong không khí và nước trong khí quyển;
suất liều cho phép DMD B;
Mật độ thông lượng hạt cho phép DPP B;
Sự nhiễm bẩn có thể chấp nhận được đối với da, quần áo và bề mặt của DZ B.
Các trị số về mức cho phép đều có đầy đủ trong “Tiêu chuẩn an toàn bức xạ”.
Giới hạn liều phơi nhiễm có thể chấp nhận được đã thay đổi qua nhiều năm và nói chung, khi hiểu biết ngày càng tăng về nguy cơ ung thư do bức xạ cho thấy mối đe dọa do bức xạ gây ra lớn hơn nhiều so với suy nghĩ trước đây, đã có xu hướng giảm chúng. Để đảm bảo rằng nhân viên không bị phơi nhiễm vượt quá giới hạn bình thường, các đường phơi nhiễm quan trọng nhất phải được kiểm soát hợp lý. Cũng phải tính đến việc bức xạ ion hóa ảnh hưởng đến con người theo những cách khác nhau.
9 Nguyên tố siêu urani - có nguy cơ bức xạ
Các nguyên tố phóng xạ chuyển tiếp uranium- các nguyên tố hóa học có số nguyên tử lớn hơn uranium-92:
240 Pu, 239 Pu, 239 U, 239 Np, 247 Cm, 241 Am
Wikipedia:
Các nguyên tố có số nguyên tử lớn hơn 100 được gọi là nguyên tố transfermium. Mười một nguyên tố siêu urani đã biết (93-103) thuộc về Actinua. Các nguyên tố transuranium có số nguyên tử lớn hơn 103 được gọi là transactinoid.
Tất cả các đồng vị đã biết của các nguyên tố siêu urani đều có chu kỳ bán rã ngắn hơn đáng kể so với tuổi của Trái đất. Do đó, các nguyên tố transuranium thực tế không có trong tự nhiên và thu được một cách nhân tạo thông qua các phản ứng hạt nhân khác nhau. Các nguyên tố lên tới và bao gồm cả fermium được hình thành trong các lò phản ứng hạt nhân là kết quả của việc bắt neutron và phân rã beta sau đó. Các nguyên tố transfermi chỉ được hình thành do phản ứng tổng hợp hạt nhân.
Nguyên tố siêu uranium đầu tiên, neptunium Np (bp 93), thu được vào năm 1940 bằng cách bắn phá uranium bằng neutron. Tiếp theo đó là việc phát hiện ra plutonium (Pu, bn 94), americium (Am, bn 95), curium (Cm, bn 96), berkelium (Bk, bn 97), californium ( Cf, bp 98), einsteinium (Es , bp 99), fermium (Fm, bp 100), mendelevium (Md, bp 101), nobelium (No, bp 102) và Lawrencia (Lr, bp 103). Transactinoid có số sê-ri 104-118 cũng thu được; trong loạt bài này, tên được gán cho các nguyên tố 104-112: rutherfordium (Rf, 104), dubnium (Db, 105), seaborgium (Sg, 106), bohrium (Bh, 107), hassium (Hs, 108), meitnerium ( Mt, 109 ), darmstadti (Ds, 110), roentgenium (Rg, 111), copernicium (Cn, 112). Các nguyên tố 113-118 vẫn có tên tạm thời bắt nguồn từ các chữ số Latinh tương ứng: ununtrium (Uut, 113), ununquadium (Uuq, 114), ununpentium (Uup, 115), unungexium (Uuh, 116), ununseptium (Uus, 117), ununoctium (Uuo, 118).
Các tính chất hóa học của Actinide chuyển urani nhẹ thu được theo khối lượng đã được nghiên cứu ít nhiều đầy đủ; các nguyên tố transfermium (Md, No, Lr, v.v.) chưa được nghiên cứu kỹ do khó thu được và thời gian tồn tại ngắn. Các nghiên cứu về tinh thể học, nghiên cứu quang phổ hấp thụ của dung dịch muối, tính chất từ của các ion và các tính chất khác đã chỉ ra rằng các nguyên tố có p.n. 93-103 - chất tương tự của lanthanide. Trong số tất cả các nguyên tố siêu uranium, hạt nhân plutonium 239Pu được sử dụng nhiều nhất làm nhiên liệu hạt nhân.
nguyên tố siêu uranium(Thứ 3).
tất cả các hạt nhân phóng xạ này đều trải qua quá trình phân rã α và tồn tại lâu dài.
Các hạt nhân phóng xạ transuranium (các nguyên tố) được hình thành do kết quả của các hoạt động bắt neutron (n, γ) lặp đi lặp lại tuần tự và phân rã β tiếp theo:
1. 235 U(n,γ) 236 U(n,γ) 237 U 237 Np(n,γ) 238 Np 238 Pu
2. 238 U(n,γ) 239 U 239 Np 239 Pu
3. 239 Pu(n,γ 240 Pu
4. 240 Pu(n,γ) 241 Pu 241 Am
5. 241 Pu(n,γ) 242 Pu
Ở đây chỉ đưa ra những biến đổi chính, do đó các hạt nhân phóng xạ có ý nghĩa quan trọng đối với sinh thái phóng xạ được hình thành.
Với sự gia tăng Z và A của hạt nhân tổng hợp, năng suất của nó giảm mạnh. Không giống như vụ nổ hạt nhân, trong đó quá trình tổng hợp TUE diễn ra trong thời gian 10 -6 10 -8 giây với dòng neutron tích phân rất cao (lên tới 10 23 10 23 nn/cm 2), trong lò phản ứng hạt nhân, thời gian tổng hợp có thể kéo dài nhiều năm ở cường độ dòng neutron thấp hơn. Phản ứng 2 có hiệu suất cao nhất là 239 Np và 239 Pu ở mật độ dòng neutron trong lò phản ứng 10 13 nn/cm 2 s là 0,1 Ci/1 g U.
Phản ứng 238 U(n,γ) 239 U → 239 Np → 239 Pu cũng có thể xảy ra trong điều kiện tự nhiên dưới tác dụng của neutron từ sự phân hạch tự phát U(s,f) và neutron từ phản ứng (α,n) trên urani chứa trong quặng urani. Hiệu suất thu được 239 hạt nhân Pu trong trường hợp này vào khoảng (0,4 ÷ 15)·10 -12 so với hàm lượng 238 hạt nhân U trong quặng.
Các nguyên tố chuyển hóa uranium được sản xuất nhiều nhất trong các lò phản ứng hạt nhân (bao gồm cả lò phản ứng điện) và là một trong những sản phẩm có giá trị nhất trong quá trình xử lý nhiên liệu hạt nhân bị đốt cháy. Ngoài chu trình nhiên liệu hạt nhân và chất nổ hạt nhân, tai nạn Chernobyl còn là nguồn phát thải nhiên liệu.
Tất cả các nguyên tố transuranium đều có hoạt tính hóa học rất mạnh. Đặc điểm đặc trưng của chúng là khả năng tạo thành các hợp chất với hydro, nitơ, oxy, halogen, cũng như các hợp chất phức tạp. Trạng thái oxy hóa của chúng dao động từ 2+ đến 7+.
Hóa trị của các hạt nhân phóng xạ plutonium là từ 2 + đến 7 + (2 + là ít đặc trưng nhất). Trong hầu hết các trường hợp, các hạt nhân phóng xạ plutonium tạo thành các hợp chất không hòa tan. Các oxit plutoni PuO, Pu 2 O 3, PuO 2 và các pha có thành phần biến đổi từ Pu 2 O 3 đến Pu 4 O 7. Trong dung dịch nước nó tạo thành các ion (từ 3 + đến 7 +) và tất cả các ion đều có thể ở trong dung dịch cùng một lúc (trừ 7 +). Chúng dễ bị thủy phân (khả năng này tăng lên ở dòng PuO Hóa trị của 241 Am là từ 2+ đến 7+, ít đặc trưng nhất là 2+ và 7+, ổn định 3+, ở trạng thái rắn và ở dạng phức trong dung dịch - 4+. Oxit AmO, Am 2 O 3 và AmO 2. Tạo thành AmN nitrit, Am 2 S sulfua, cũng như hợp chất hữu cơ kim loại Am(C 5 H 5) 3. Americi tạo thành các hợp chất hòa tan với halogen (AmCl 2, AmBr, AmJ 3). Tạo thành các hợp chất phức tạp với axit khoáng và hữu cơ. Không giống như plutonium, các hợp chất của Mỹ có độ hòa tan cao hơn và do đó khả năng di chuyển cao hơn. Ở trạng thái oxy hóa 3+, tính chất của TUE tương tự như tính chất của lanthanide, nhưng có khả năng hình thành phức chất rõ rệt hơn (tăng trong dãy U Ở trạng thái oxy hóa 4+ chúng tạo thành oxit, florua, ổn định trong dung dịch nước (U, Np, Pu) và tạo thành phức chất trong dung dịch nước. Các hợp chất (hydroxit, florua, iodua, phốt phát, cacbonat) ít tan. Các chất tạo phức mạnh (xu hướng tăng từ U đến Am). Ở trạng thái oxi hóa 5+ tồn tại ở dạng dioxit MeO 2+. Dạng ion này quyết định tính chất hóa học - ít có xu hướng thủy phân và hình thành phức chất. Ở trạng thái oxy hóa 6+ ở dạng ion MeO 2 2+. Một số lượng đáng kể các hợp chất phức tạp đã được biết đến. Ở trạng thái oxy hóa 7+, Pu ổn định nhất. Ở trạng thái rắn, nó tồn tại ở dạng ion MeO 5 5-, MeO 5 3-, 4- và MeO 4 - và trong dung dịch - ở dạng hydrat hóa của anion MeO 5 3+. Nhìn chung, kiểu di chuyển của plutonium và Americaium là tương tự nhau. Vì vậy, chỉ cần xem xét các đặc thù của sự di chuyển của các hạt nhân phóng xạ plutonium là đủ. Chúng được xác định bởi độ hòa tan của các hợp chất plutonium trong môi trường tự nhiên và đặc biệt là bởi dạng hóa học ban đầu. Trong các vụ nổ hạt nhân, dạng này thực tế là các oxit không hòa tan và chủ yếu là các nguyên tử riêng lẻ xuất hiện trên bề mặt trái đất với bụi phóng xạ toàn cầu và chỉ ở đây mới có thể tạo thành các hợp chất hòa tan. Phát thải chu trình nhiên liệu hạt nhân chủ yếu là các hợp chất plutonium hòa tan, cũng như các hợp chất phức tạp của nó với các phối tử hữu cơ. Khí thải từ vụ tai nạn Chernobyl có thành phần đặc biệt phức tạp. Chúng có thể được chia thành 4 nhóm
: MỘT- các hạt nhiên liệu được phân tán mịn được đẩy ra khỏi lõi một cách cơ học, có thành phần hạt nhân phóng xạ tương tự như nhiên liệu đã qua sử dụng; định cư trên bề mặt trái đất ở vùng gần (R ≤ 60 – 70 km). B– nhiên liệu mịn và các sản phẩm khác được làm giàu vừa phải các hạt nhân phóng xạ dễ bay hơi; hàm lượng hạt nhân phóng xạ plutonium cao hơn ~ 2 lần so với dự kiến; định cư trên bề mặt trái đất ở vùng R ≤ 100 km. TRONG– phát thải rất giàu các hạt nhân phóng xạ dễ bay hơi, kể cả plutonium; định cư trên bề mặt trái đất ở vùng R ≤ 150 km và xa hơn. G– lượng phát thải được làm giàu bằng hạt nhân phóng xạ plutonium lên tới 200 lần, bao gồm cả các hợp chất plutonium hòa tan một phần; định cư trên bề mặt trái đất ở vùng xa. Sự khác biệt trong các nhóm phát thải này chủ yếu là do sự chênh lệch nhiệt độ trong lò phản ứng khẩn cấp tại thời điểm xảy ra vụ nổ. Hàm lượng các dạng plutonium hòa tan trong oxy tăng từ nhóm A và B lên nhóm C, D gấp 4 – 15 lần và đạt 55 85%. Hiện nay, nguồn chứa plutonium và hạt nhân phóng xạ 241 Am chính là bề mặt đất và trầm tích đáy (hơn 99% trong số đó đến từ bụi phóng xạ toàn cầu và Chernobyl cũng như từ khí thải từ các doanh nghiệp chu trình nhiên liệu hạt nhân). Trong các đối tượng sinh học, các nguyên tố siêu uranium này không quá 1% (chủ yếu ở thực vật và ở động vật khác, ít hơn 5 10 4 lần). Các hạt nhân phóng xạ plutonium chủ yếu ở dạng 4+ không hòa tan. Hệ số khuếch tán trong đất là ~ 10 -9 cm/s. Chỉ có khoảng ~10% các hạt nhân phóng xạ này có thể ở dạng hòa tan được trong thực vật. Trong số các loài thực vật, thực vật phát triển thấp (cỏ, rêu, địa y) có nồng độ hạt nhân phóng xạ plutonium cao nhất. Đây là hệ quả của thực tế là các hạt nhân phóng xạ plutonium được phân phối lại trên bề mặt trái đất chủ yếu do sự truyền gió và xói mòn. Hệ số tích lũy nguyên tố transuranium của thực vật rất thấp (10 -1 10 -3). Tỷ lệ đồng vị của các hạt nhân phóng xạ plutonium có trong đất ở các vùng khác nhau khác nhau đáng kể do sự khác biệt về nguồn cung cấp chúng (toàn cầu, từ chu trình nhiên liệu hạt nhân, tai nạn Chernobyl). Như vậy tỉ số 240 Pu/239 Pu từ vụ nổ hạt nhân là (0,05 0,06); từ bụi phóng xạ toàn cầu - khoảng 0,176; từ phát thải chu trình nhiên liệu hạt nhân cùng với bụi phóng xạ toàn cầu – (0,049 0,150) và từ bụi phóng xạ Chernobyl – (0,30 0,35). Tỷ lệ đồng vị ở các vùng khác nhau khác nhau trong giới hạn sau: Có thể thấy hạt nhân phóng xạ plutonium chính trong khí thải là 239 Pu. Lượng khí thải 238 Pu và 242 Pu rất nhỏ. Mặc dù lượng phát thải 241 Pu tương đối thấp nhưng chúng vẫn đóng một vai trò đặc biệt, vì sự phân rã của hạt nhân phóng xạ này tạo ra 241 Am tồn tại lâu dài. Vì vậy, hàm lượng 241 Am trong môi trường không ngừng tăng lên. Vì vậy, trong giai đoạn 1940 - 1990. hàm lượng 241 Am trong khí quyển tăng gấp 2 lần. Hàm lượng tuyệt đối của hạt nhân phóng xạ plutonium trong đất và sol khí trong khí quyển rất khác nhau, đặc biệt tùy thuộc vào khoảng cách tới nhà máy điện hạt nhân Chernobyl. Như vậy, trong các sol khí khí quyển, hàm lượng plutonium giảm đi 104 lần khi di chuyển từ vùng gần đến vùng xa (trong đó hàm lượng plutonium ở mức 19 Bq/l), mật độ lắng đọng giảm ~ 170 lần (đến ở mức 1,25 10 5 Bq/ m2), hàm lượng trên bề mặt đất giảm ~ 370 lần (đến mức ~ 10 Bq/m2). Nói chung, khi bạn di chuyển ra khỏi nhà máy điện hạt nhân Chernobyl, mức độ ô nhiễm sẽ tiến đến mức ô nhiễm toàn cầu - đối với bề mặt trái đất (10 60) Bq/m 2. Hoạt độ riêng trung bình của các hạt nhân phóng xạ plutonium trong đất ở khu vực châu Âu của Nga là ~ 140 Bq/kg, trong bối cảnh ô nhiễm toàn cầu khoảng 60 Bq/kg.