Предмет и задачи радиохимии

 

Термин «радиохимия» был впервые введен английским химиком А. Камероном в 1910г. Камерон определял радиохимию как раздел науки изучающий природу и свойства радиоактивных элементов и продуктов их распада.

В 1911 г. выдающийся английский радиохимик Ф. Содди дал радиохимии определение как науки, которая «занимается преимущественно свойствами продуктов радиоактивных превращений, их разделением и идентификацией». Как следует из истории развития радиохимии, определения А. Камерона и Ф. Содди отвечали уровню ее развития в то время.

В 50-е годы советским ученым Н. Е. Стариком была предложена формулировка: «Радиохимия есть область химии, в которой изучаются химические и физико-химические свойства радиоактивных изотопов».

Современное определение радиохимии: «Радиохимия - область химии, изучающая химию радиоактивных изотопов, элементов и веществ, их физико-химические свойства, ядерные превращения и сопутствующие им физико-химические процессы».

Из этого определения следует, что одной из основных задач радиохимии является исследование химических свойств радиоактивных элементов, не имеющих стабильных изотопов.

С одной стороны, эта задача является общехимической, поскольку каждый элемент обладает индивидуальными химическими свойствами, определяемыми его электронной структурой.

С другой стороны целый ряд особенностей поведения и исследования элементов, не имеющих стабильных изотопов, делает необходимым выделение этой области химии в самостоятельную область знаний

В настоящее время можно выделить четыре основных раздела радиохимии:

1. Общая радиохимия,

2. Химия ядерных превращений,

3. Химия радиоактивных элементов,

4. Прикладная радиохимия.

Общая радиохимия изучает физико-химические закономерности поведения радиоактивных изотопов и элементов.

К этому разделу радиохимии относится изучение состояния радиоактивных изотопов в ультрамалых концентрациях в растворе, газе и твердой фазе, распределение их между фазами в процессах соосаждения, адсорбции, ионного и изотопного обмена, электрохимия радиоактивных элементов.

Химия ядерных превращений (ядерная химия) изучает продукты ядерных превращений и ядерных реакций на изотопном, элементном и молекулярном уровнях. Ядерная химия включает также методы получения, концентрирования и выделения радиоактивных нуклидов, а также химических превращений под действием собственного излучения (авторадиолиз).

Химия радиоактивных элементов - это химия технеция, прометия, астата, урана, тория и продуктов их распада - полония, родона, франция, радия, актиния и протактиния, трансурановых элементов, а также мезоатомов и водородоподобных атомов - мюония, позитрония. К этому разделу условно можно отнести технологию ядерного оружия.

Прикладная радиохимия занимается широким кругом вопросов и включая: химию ядерного горючего, радиохимию АЭС, получение естественных и искусственных активных элементов, изотопов, и синтез меченых ими соединений, применение радиоактивных нуклидов в науке и промышленности в качестве радиоактивных индикаторов и в приборах неразрушающего контроля, экологические проблемы.

Радиационная химия изучает химические превращения в системах при воздействии на них ионизирующих излучений. Радиационная химия близко соприкасается с радиохимией, но не составляет предмета последней. Но поскольку радиохимики и радиоэкологи имеют дело с радиоактивными системами, рассмотрение основных вопросов радиационной химии вполне уместно в курсе радиохимии и радиоэкологии.

Особенности радиохимии

 

Характерные особенности радиохимии, отличающие ее от других разделов химии, вытекают из общего свойства всех объектов ее изучения- радиоактивности. Это свойство делает неприменимым одно из фундаментальных положений классической химии- неизменяемость природы химического элемента.

Наиболее важные аспекты явления радиоактивности, обусловливающие особенности радиохимии:

1. Ограниченность времени существования подавляющего большинства радиоактивных элементов и радиоактивных нуклидов;

2. Принципиально иная природа процессов, происходящих в радиоактивных нуклидах, и обусловленные этим огромные масштабы энергетических изменений;

3. Изменение химической природы элемента в результате радиоактивных превращений.

В отличие от объектов исследования классической химии, часть объектов, изучаемых в радиохимии, существует кратковременно. Отсюда в ходе радиохимических исследований исключительно важной становится роль фактора времени (необходимость тщательного планирования эксперимента и отработки всех стадий исследования, использование экспрессных методик и т. д.) С этой особенностью связано также акцентирование внимания на определенных изотопах исследуемого элемента.

Ограниченность времени существования объектов радиохимии влечет за собой необходимость проводить исследования с исключительно малыми количествами и концентрациями радиоактивных веществ.

Необходимость работы с малыми концентрациями диктуется не только не невозможностью получения ряда некоторых радиоактивных элементов в сколько-нибудь значительных количествах, но чрезвычайно большими энергетическими эффектами, сопутствующими радиоактивным превращениям. Эти эффекты на 5-6 порядков превышают соответствующие изменения при обычных химических реакциях.

Характерной особенностью радиохимии является то, что она изучает состояния и законы поведения ультрамалых количеств вещества и имеет свои собственные методы исследования.

Необходимость проведения исследований с ничтожно малыми количествами вещества влечет, в свою очередь за собой целый ряд следствий и прежде всего подверженность радиоактивных элементов сильнейшему влиянию процессов, которые при работе с весовыми количествами веществ не играют сколько - нибудь заметной роли (адсорбция, коллоидообразование).

Физико-химические процессы, происходящие в системах, включающих радиоактивные элементы, несравнимо более сложны, чем в случае стабильных элементов.

Возможность проведения радиохимических исследований с чрезвачайно малыми количествами вещества определяется очень высокой чувствительностью методов детектирования радиоактивных нуклидов

Значение радиохимии

 

Значение радиохимии, как и любой науки, определяется влиянием, которое она оказала и оказывает на научно- технический прогресс. Прежде всего, радиохимия сыграла огромную роль в разработке теоретических и экспериментальных основ ядерной промышленности. На основе радиохимических исследований, сделан целый ряд открытий, таких как естественная радиоактивность, превращаемость элементов, ядерная изомерия, изотопия, искусственная радиоактивность и деление тяжелых ядер. Значительная роль принадлежит радиохимии в открытии и получении новых элементов.

Бурное развитие радиохимических исследований, связанное с работами по использованию ядерной энергии, применением радиоактивных изотопов в качестве индикаторов во многих областях науки и техники, а также в приборах неразрушающего контроля вывело радиохимию из ограниченной области знания в разряд ведущих дисциплин.

Одной из важных особенностей радиохимии как пограничной науки является ее высокая продуктивность, обусловленная синтезом идей и методов химии и физики.

 

Радиохимия и экология

 

Радиактивные элементы естественного происхождения присутствуют повсюду в окружающей человека среде. В больших количествах образуются искусственные радионуклиды, главным образом в качестве побочного продукта на предприятиях ядерной энергетики и оборонной промышленности. Попадая в окружающую среду они оказывают воздействия на живые организмы, в чем и заключается их опасность.

Определение содержания радиоактивных веществ в окружающей среде, наблюдение за путями распространения в ней различных радионуклидов, изучение миграции их по пищевым цепям и проникновения в организм животных и человека, составляют задачу одного из разделов экологии– радиационной экологии.

Радионуклиды, попадающие в окружающую среду, в основном находятся в ультрамалых концентрациях. Поэтому для определения, и в особенности для выделения радиоактивных компонентов, требуется предварительное концентрирование исследуемых радиоактивных веществ, иногда из очень больших объемов первоначального материала. Так, для определения ⁹⁰Sr, ¹³⁷Cs, ²³⁸U, ²³² Th в морской воде требуется отбирать пробы объемом 200-500 л. Изучение концентрации продуктов деления в воздухе нередко требует фильтрации 10⁵ м³ воздуха для получения одной пробы.

Одной из задач радиохимии является исследование форм нахождения радионуклидов в изучаемых объектах.

Поэтому очень важны исследования состояния радионуклидов в почвах, в различных организмах, в воде, особенно в океане, который постепенно становится источником пищевых ресурсов человека.

Радиохимия дает в руки радиоэкологов методы определения малых концентраций радионуклидов.