Источники скусственных изотопов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования «Белорусский государственный технологический университет»

Источники искусственных изотопов

Выполнила

студентка 2 курса 12 группы

Найдюк Ольга Марьяновна

Проверил

Старший преподаватель

Дубоделова Е.В.

В 1934 И. Кюри и Ф. Жолио получили искусственным путем радиоактивные изотопы азота (¹³N), кремния (²⁸Si) и фосфора (³⁰P), отсутствующие в природе. Этими экспериментами они продемонстрировали возможность синтеза новых радиоактивных нуклидов. В последующие годы с помощью ядерных реакций под действием нейтронов и ускоренных заряженных частиц было синтезировано большое число радиоактивных изотопов известных элементов, а также получено около 20 новых элементов. Известно 276 стабильных изотопов, принадлежащих 81 природному элементу, и около 1500 радиоактивных изотопов, 110 природных и синтезированных элементов.[1]

изотоп искусственный источник реакция

Источники получения радиоактивных элементов

Подавляющее большинство радиоактивных изотопов образуется в результате ядерных реакций, вызываемых искусственно.

Ядерные реакции представляют собой взаимодействие ядер атомов облучаемого вещества-мишени с бомбардирующими частицами. В результате такой реакции получается промежуточное ядро, которое, испуская частицу, протон, нейтрон или фотон, превращается в новое ядро. При облучении мишени частицами с энергией больше 50 Мэв происходит откалывание от ядер материнского элемента до 60 ядерных частиц. Облучение тяжелых элементов приводит в ряде случаев к делению ядер атомов мишени на два, приблизительно равных по массе, осколка.

В процессах облучения получается большое число различных радиоактивных изотопов. Практически важными источниками получения радиоактивных изотопов являются: деление ядер урана в ядерном реакторе, ядерные реакции с нейтронами в реакторе или с помощью циклотрона и ядерные реакции с дейтронами в циклотроне.

Деление ядер урана в ядерном реакторе. В случае деления U²⁸⁶ получается непрерывный ряд радиоактивных изотопов от до ; выход (в процентах) изотопов различных атомных масс показан на графике (рис. 1).

Рис. 1. - «Кривая распределения осколков деления по атомным весам(массам)».

Большинство получаемых при этом изотопов имеет избыток нейтронов и при в-распаде (в отдельных случаях нейтронным испусканием) переходит в другие радиоактивные изотопы. Наиболее важными долгоживущими изотопами, получающимися при делении U²³⁵, являются:Sr⁸⁹, , , Zr⁹⁵, Nb⁹⁵, Тс⁹⁹, Ru¹⁰³, Ru¹⁰⁶, , Те¹²⁹, J¹³¹, Cs¹³⁷, Ba¹⁴°, Ce¹⁴¹, , Pr¹⁴³. Nd¹⁴⁷, Pm¹⁴⁷.[2]

Ядерные реакции с нейтронами, осуществляемые в урановом ядерном реакторе или с помощью циклотрона (n,г; n,с; n,б).

Важнейшими изотопами, которые получаются по n, г реакции в урановом ядерном реакторе, являются Na²⁴, Р³², , С1^зв, К⁴², Са⁴⁵, Sc⁴⁶, Cr⁵¹, Fe⁶⁵, Fe⁵⁹, Co⁶⁰, Ni⁵⁹, Си⁶⁴, Zn⁶⁵, , Ge⁷', Ge⁷⁷, As⁷⁶, Se⁷⁵, Br⁸², Rb⁸⁵, Sr⁸⁹, Y⁹⁰, Zr⁹⁵, Mo⁹⁹, Ru¹⁰³,Pd¹⁰⁹, , Cd¹", In¹¹⁴, Sn¹¹³, Sn¹²³, Sb¹²⁴, , , Те¹³¹, Cs¹³⁴, Ba¹³¹, La¹⁴⁰, Ce¹⁴¹, Ce¹⁴³, , Eu¹⁵⁴, Hf¹⁸¹, , W^18s, Re¹⁸⁶, Os¹⁹³, Ir¹⁹², Ir¹⁹⁴, Au¹⁸⁸, Hg¹⁹⁷, Hg²⁰³, Tl²⁰⁴, .

В урановом ядерном реакторе по реакции n, p могут быть также получены радиоактивные изотопы: С¹⁴, Р³², , Са⁴⁵. Кроме того, по реакции n, а получается тритий.

При облучении некоторых элементов в урановом ядерном реакторе нейтронами образуются по реакции n, г сравнительно короткоживущие изотопы, которые в результате в-распада переходят в удобные для работы радиоактивные изотопы соседних с ними в периодической системе элементов. Таким путем могут быть получены изотопы: As⁷⁷; Nb⁹⁵, Тс⁹⁷, , Rh¹⁰⁵, , Sb¹²⁸, ,, , ,Pm¹⁴⁹, Eu¹⁶⁵, Au¹⁹⁹, .

В циклотроне нейтроны получаются при бомбардировке бериллиевой мишени дейтронами по реакции Be⁹(d,n)B¹⁰ или облучением лития по реакции (d,n)Be⁸.

Выход нейтронов по реакции Be⁹(d,n) В¹⁰, рассчитанный на 1 µА дейтонного тока, зависят от энергии дейтронов в циклотроне. Эта зависимость показана на рис. 2.

Рис. 2. - «Выход нейтронов в циклотроне в зависимости от энергии дейтронов, падающих на мишень».

В отдельных случаях для получения радиоактивных изотопов с помощью нейтронов как источники нейтронов используются смеси бериллия с радиоактивными элементами.

Тип источника ядерных частиц выбирают в зависимости от необходимой удельной и общей активности препарата, а также учитывая сечение захвата нейтронов материнских элементов. В ряде случаев для повышения удельной активности можно проводить концентрирование радиоактивных элементов методами, описанными ниже (возможность концентрирования при этом зависит от типа ядерной реакции и материала применяемой мишени).[3]

Ядерные реакции, вызываемые дейтронами (реже протонами и б-частицами) в циклотроне.

d, p; d, б; d, n; d, 2n; d, 2p; б, n; б, 2n; d, pn; p, n

Свойства продуктов ядерной реакции зависят от: материала мишени, типа бомбардирующих частиц, сечения основной и параллельных реакций, а также от потенциального барьера облучаемого ядра для того или иного рода ядерных частиц. На рис. 3 приведены кривые значений прозрачности потенциального барьера для дейтронов, протонов и б-частиц в зависимости от заряда ядра элемента.

Рис. 3. - «Кривые значений прозрачности потенциального барьера для протонов, дейтронов и а-частиц в зависимости от заряда ядра и энергии частиц». (W--вероятность прохождения через барьер).

Реакции с помощью протонов сходны с реакциями, протекающими с дейтронами, но они характеризуются меньшим выходом, поэтому на практике применяются редко. Реакции с б-частицами имеют высокий потенциальный барьер.[4]

Таким образом, подавляющее большинство радиоактивных изотопов образуется в результате ядерных реакций, вызываемых искусственно -- воздействием частиц, нейтронов, протонов, дейтронов и фотонов на ядра атомов различных элементов.[1]

Радиоактивные изотопы приобретают в науке и технике все большее и большее значение. Многие искусственно радиоактивные изотопы наряду с радием используются для просвечивания металлических изделий, сварных швов и т. п. Радиоактивные изотопы применяются в приборах контроля и автоматического регулирования, а также в медицине. Особенно велико значение радиоактивных изотопов в научных исследованиях. Метод меченых атомов с применением радиоактивных изотопов широко используется в биологии, медицине, химии, физике, в различных отраслях техники.[5]

Список литературы:

1. Сиборг Г., Перлман И., Холлендер Дж. Таблица изотопов. М., 1956.

2. Астон, Ф. В. Масс-спектры и изотопы, пер. с англ., М., 1948.

3. Изотопы: свойства, получение, применение. В 2 т. Т.1 / Под редакцией В.Ю. Баранова. - М.: Физматлит, 2005.

4. Вейнберг А., Вигнер Е., Физическая теория ядерных реакторов, пер. с англ., М., 1961.

5. Трифонов Д.Н. Радиоактивность вчера, сегодня, завтра. М.: Атомиздат, 1966.