Типы актиноидов

Также перспективным в ядерной энергетике является использование ядерного цикла, основанного на применении тория-232 и полезного продукта, образующегося при его делении - урана-233.

Основой любого ядерного реактора является активная зона, набранная из тепловыделяющих сборок, которые в свою очередь состоят из тепловыделяющих элементов - металлических стержней, в которых внутри оболочки, обычно выполненной из сплавов циркония, находится ядерное топливо - чаще всего в виде диоксида урана. Также ядерное топливо может использоваться в виде карбидов, нитридов и моносульфидов урана, а также в виде различных соединений плутония, урана

и тория (так называемое MOX-топливо).

Для замедления быстрых нейтронов в реакторах на тепловых нейтронах используют замедлители, которые содержат углерод, дейтерий, бериллий. Самым простым и широко используемым замедлителем является вода. Тепловые нейтроны, получаемые таким образом, взаимодействуют с ядрами урана-235 на несколько порядков чаще, чем с быстрыми. Для регулирования скорости деления ядер в реактор вводят поглотители - специальные стержни, выполненные из бора, кадмия и / или используют жидкий поглотитель, чаще всего в виде раствора борной кислоты, концентрацией которого регулируют реактивность реактора. Реакторы для производства плутония конструируют специально, они принципиально отличаются по приципу действия (работают, в основном, на быстрых нейтронах) и называются реакторами-размножителями или бридерами (от англ. breed - размножать). Их использование позволяет нарабатывать значительные количества плутония.

Выделение нейтронов при вынужденном делении урана важно не только для поддержания цепной ядерной реакции и получения большого количества энергии, но и для синтеза более тяжёлых актиноидов. Уран-239 распадается посредством в-распада и образует плутоний-239, который подобно урану-235 способен к спонтанному делению. Первые в мире ядерные реакторы предназначались не для мирных нужд энергетики, а для наработки плутония-239, с целью использования его для создания ядерного оружия.

Торий применяется в качестве легирующего компонента сплавов магния с цинком. Магниевые многокомпонентные сплавы с примесью тория из-за лёгкости и прочности, высокой температуры плавления и пластичности широко используются в авиационной промышленности и в производстве снарядов. Металлический торий имеет хорошую способность в электронной эмиссии. Лампы с ториевыми электродами имеют малый начальный потенциал и долго не выходят из строя. Относительное содержание изотопов тория и урана часто применяется для оценки возраста звёзд.

В перспективе изотоп плутоний-238 рассматривается исследователями в качестве автономного источника энергии, поскольку его ядерные превращения сопровождаются выделением большого количества тепла. В теории его применение может распространиться и на костюмы космонавтов и водолазов. Но в виду его высокой цены (1 г изотопа стоит примерно 1000 долларов) его применение ограничено. Этот изотоп был использован на некоторых спутниках Земли в термобатареях и для дистилляции воды на космических кораблях. На американском космическом корабле «Аполлон-11» был размещён маленький нагреватель, источником энергии которого являлся плутоний-238; он включался при облетании затемнённой части Луны.

Для тех же целей, что и для плутония-238, можно применять кюрий-242. Также некоторые изотопы калифорния имеют способность к спонтанному делению. Поскольку критическая масса калифорния мала, то считается, что в будущем из него можно будет изготовлять заряды для атомных пуль.

Отделение плутония от урана, которое происходит с помощью химических реакций, намного проще, чем разделение изотопов урана, что делает перспективным использование оружейного плутония из боеголовок, отработавших свой срок, в качестве топлива в смешанном с торием и ураном виде, так называемом MOX-топливе.

Актиний-227 применяется для изготовления нейтронных источников. Высокое удельное энерговыделение - 14,5 вт/г, возможность получения значительных количеств термически устойчивых соединений актиния - ценные свойства, открывающие хорошие перспективы для использования в термоэлектрических генераторах длительного действия, которые являются пригодными для космических целей. 228Ac применяется в качестве индикатора радиоактивности при химических исследованиях, так как обладает высокоэнергетическим в-излучением с энергией 2,18 МэВ, которое легко регистрируется. Равновесная смесь изотопов 228Ac-228Ra широко используется в качестве источника интенсивного г-излучения в промышленности и медицине.

Америций-241, будучи источником мягких г-лучей, применяется в медицинской диагностике и в приборах контроля толщины стальной ленты и листового стекла. На основе кюрия-242 делают генераторы для питания бортовой аппаратуры космических станций, а калифорний-252 используют в нейтронной радиографии в качестве чрезвычайно мощного источника нейтронов.

Широкое применение актиноиды, такие как плутоний, уран, нашли и в ядерном оружии. В 20-м веке было проведено большое количество испытаний ядерных бомб. К концу 20-го века (см. изображение) массовые испытания ядерного оружия прекратились в связи с улучшением международной обстановки и массовым сокращением количества ядерных вооружений в мире.

8. Токсичность

Радиоактивные вещества могут оказывать вредное воздействие на человеческий организм вследствие:

- местного загрязнения кожи, которое было вызвано, например, проливанием или рассыпанием радиоактивного вещества;

- внутреннего облучения вследствие попадания в организм радиоактивных изотопов;

- внешнего чрезмерного облучения наиболее сильными типами - в- и г-излучением.

Вместе с радием и трансурановыми элементами актиний относится к числу опасных радиоактивных ядов с высокой удельной б-активностью. Наиболее важной особенностью актиния является его способность к накапливанию и удержанию в скелете в качестве поверхностного слоя. На начальном этапе отравления актинием он накапливается в печени. Ещё одна опасность актиния в том, что он подвергается радиоактивному распаду быстрее, чем выводится из организма. Адсорбция актиния из пищеварительного тракта по сравнению с адсорбцией радия незначительна (>0,05%). Опасность, связанная с загрязнением кожи и попаданием внутрь, объясняется тем, что в процессе распада актиния образуются газообразные радиоактивные вещества (изотопы радона).

При попадании протактиния в организм он склонен к накоплению в почках и костях. Было установлено, что максимальная безопасная доза протактиния при попадании внутрь организма человека составляет 0,03 мкКи; данная доза соответствует 0,5 мкг 231Pa. Данный изотоп, который содержится в воздухе в виде аэрозолей, в 2,5·108 раз токсичнее синильной кислоты (при одинаковых концентрациях).

Периодическая система химических элементов с элементами, раскрашенными в соответствии с периодом полураспада их наиболее стабильных изотопов (следует отметить, что удельная активность элемента обычно определяется не наиболее стабильным, а наименее стабильным изотопом):

- Элементы, содержащие как минимум один стабильный изотоп;

- Радиоактивные элементы: наиболее стабильный изотоп имеет очень большой период полураспада, более 4 млн лет;

- Радиоактивные элементы: наиболее стабильный изотоп имеет период полураспада от 800 до 34 000 лет;

- Радиоактивные элементы: наиболее стабильный изотоп имеет период полураспада от одного дня до 103 лет;

- Высокорадиоактивные элементы: наиболее стабильный изотоп имеет период полураспада от нескольких минут до одного дня;

- Экстремально радиоактивные элементы: наиболее стабильный изотоп имеет период полураспада менее нескольких минут. Ввиду их нестабильности и, как следствие, радиоактивности об этих элементах известно очень мало.

Плутоний при поступлении с воздухом, пищей или в кровь через рану оседает в лёгких, печени и костях. Лишь примерно 10% попадает в другие органы. Атомы плутония задерживаются в организме десятилетиями. Это объясняется биохимическими свойствами плутония и тем, что у изотопов плутония большие периоды полураспада. Отчасти долгое выведение плутония из организма обьясняется плохой растворимостью в воде. Все изотопы плутония имеют высокую радиотоксичность, в частности, вследствие того, что часть ядер плутония испускает ионизирующее б-излучение, которое повреждает окружающие клетки. Радиотоксичность находится в обратном отношении с периодом полураспада данного изотопа плутония. Исследования на животных показали, что летальной дозой плутония-244 (наименее радиотоксичного, период полураспада 80 млн лет) является несколько миллиграмм на килограмм ткани. ЛД50 в течение 30 дней для собак после внутривенного введения плутония-244 составляет примерно 0,32 миллиграмма на 1 кг ткани. На основании этих исследований была получена примерная оценка летальной дозы для человека весом 70 кг - 22 мг. При поступлении через органы дыхания поглощение должно быть примерно в 4 раза больше. Этот долгоживущий изотоп плутония проявляет в основном химическую токсичность, подобно нерадиоактивным тяжёлым металлам. Робертом Стоуном, были сделаны расчёты безопасной дозы более короткоживущих изотопов плутония в человеческом организме. Плутоний-239 (период полураспада 24 тыс. лет) в 50 раз менее токсичен, чем радий, и поэтому допустимое содержание плутония-239 в организме, по его расчётам, должно составлять 5 мкг, или 0,3 мкКи. Примечательно, что такое количество плутония трудно рассмотреть даже в современном микроскопе. Вскоре, после испытаний таких доз на животных, данная доза была уменьшена в 5 раз и стала составлять 1 мкг, или 0,06 мкКи. Однако и эта доза была уменьшена, и стала составлять 0,65 мкг, или 0,04 мкКи.

Также были проведены исследования путей попадания плутония в организм человека.

Поступление плутония через органы дыхания - наиболее вероятный (и поэтому наиболее опасный) путь. В данном случае в организме удерживается примерно от 5 до 25% вдыхаемого вещества. В зависимости от размера частиц и растворимости поглощаемых соединений плутония, поступающий плутоний локализуется в лёгких или в лимфатической системе, либо подвергается поглощению в кровь и переносится затем в печень или кости.

Поступление плутония через пищу - наименее вероятный способ. В этом случае в кровь поступает лишь примерно 0,05% растворимых соединений плутония и только 0,01% нерастворимых. Остальная часть проходит далее по желудочно-кишечному тракту и выводится из организма,

При попадании плутония или его соединений в порезы на коже в организме будет удержано до 100% внесенного вещества.

Заключение

Актиноиды - семейство, состоящее из 14 радиоактивных химических элементов III группы 7-го периода периодической системы с атомными номерами 90-103. Подобно лантаноидам, aктиноиды образуют семейство схожих по свойствам элементов. Первыми открытыми актиноидами были уран и торий. известно множество изотопов актиноидов, часть которых была синтезарована. распространение актиноидов очень мало, самую высокую распространенность имеют торий и уран (3·10?4% и 2·10?5% соответственно). актиноиды - типичные металлы, имеют серебристый цвет, они достаточно мягкие (некоторые можно разрезать ножом), имеют высокую плотность и пластичность. все актиноиды - активные металлы, но в отличие от лантаноидов легче вступают в реакции. большенство актиноидов могут иметь разные степени окисления. известно множество соединений актиноидов. применяют актиноиды в приборостроении, космических технологиях, ядерного топлива и создания ядерных бомб. для человека актиноиды весьма таксичны

Список литературы

актиноид химический соединение

1. Н. Гринвуд, А. Эрншо. Химия элементов = Chemistry of the Elements / Пер. с англ. - М.: «Бином. Лаборатория знаний», 2008.

2. Б.Ф. Мясоедов, Л.И. Гусева, И.А. Лебедев, М.С. Милюкова, М.К. Чмутова. Аналитическая химия трансплутониевых элементов. - М.: Наука, 1972. - 376 с. - (аналитическая химия элементов). - 1750 экз.

3. З.К. Каралова, Б.Ф. Мясоедов. Актиний. - М.: «Наука», 1982. - 144 с. - (Аналитическая химия элементов). - 1150 экз.

4. Кудрявцев, П.С. Опыты Ферми // Курс истории физики. - 2-е изд., испр. и доп. - М.: Просвещение, 1982. - С. 73

5. Аналитическая химия нептуния / Глав. ред.: В.А. Михайлов. - М.: «Наука», 1971. - 218 с. - (Аналитическая химия элементов). - 1700 экз.

6. Е.С. Пальшин, Б.Ф. Мясоедов, А.В. Давыдов. Аналитическая химия протактиния. - М.: «Наука», 1968. - 241 с. - (Аналитическая химия элементов). - 2200 экз.

7. Ред. кол.: И.П. Алимарин, А.К. Бабко, А.И. Бусев, Э.Е. Вайнштейн и др. Аналитическая химия урана / Глав. ред.: А.П. Виноградов. - М.: Издательство Академии наук СССР, 1962. - 424 с. - (Аналитическая химия элементов). - 4000 экз.

8. Неорганическая химия в трёх томах / Под ред. Ю.Д. Третьякова. - М.: Издательский центр «Академия», 2007. - Т. 3. - 400 с. - (Химия переходных элементов). - 3000 экз.

9. Ф. Вайгель, Дж. Кац, Г. Сиборг и др. Химия актиноидов = The Chemistry of the Actinide Elements / Пер. с англ. под ред. Дж. Каца, Г. Сиборга, Л. Морсса. - М.: «Мир», 1997. - Т. 2. - 664 с. - (Химия актиноидов). - 500 экз.

Размещено на Allbest.ru