СОСТОЯНИЕ РАДИОНУКЛИДОВ ПРИ УЛЬТРАМАЛЫХ КОНЦЕНТРАЦИЯХ И МЕТОДЫ ЕГО ИЗУЧЕНИЯ

степенью окисления, степенью дисперсности, химической формой существования, положением атомов в

кристаллической решетке.
Определяет физико-химическое поведение элемента.

дисперсные системы, промежуточные между истинными растворами и взвесями.

Дисперсные (раздробленные)

системы являются гетерогенными. Состоят из сплошной непрерывной фазы — дисперсионной среды и находящихся в этой среде раздробленных частиц того или иного размера и формы — дисперсной фазы.

Размер частиц: 1 - 100 нм.

Коллоидное состояние вещества

на поверхности раздела фаз.
Частицы дисперсной фазы не выпадают в

осадок.
Коллоидные частицы не препятствуют прохождению света.

Bi-210, Po-210.
В нейтральной среде только Pb-210 проникает через полупроницаемую мембрану.
В

слабощелочной не проходит Pb-210.
Образование коллоидов в нейтральной среде Bi-210 и Po-210, в слабощелочной - Pb-210.
Панет: радиоактивные изотопы в результате гидролиза ионов после достижения ПР гидрооксидов образуют коллоидные растворы.
Опыты Годлевского, электрофорез.
Bi-210 выделяется на обоих электродах одновременно - образование коллоидных частиц с различными по знаку зарядами.

при которых ПР не достигнуто.
Образование коллоидных частиц Bi-210 наблюдается в

растворе Bi3+ при [Bi] = 10-10 М.
М. Кюри и Р. Зигмонди: гипотеза образования псевоколлоидов.
Псевоколлоиды – в результате адсорбции на крупнодисперсных или коллоидных частицах зазгрязнений.
В специально очищенной воде доля радиоактивного изотопа, отделяемая центрифугированием или ультрафильтрованием, резко падает.

Лауреат Нобелевской премии по химии в 1925 году «за установление гетерогенной природы коллоидных растворов и за разработанные в этой связи методы, имеющие фундаментальное значение в современной коллоидной химии, так как все проявления органической жизни в конечном счете связаны с коллоидной средой протоплазмы».

коллоиды или псевдоколлоиды.

Изотопы щелочных и щелочноземельных элементов образуют
истинные растворы.

Истинные коллоиды: обычные коллоидные системы с твёрдыми
частичками (дисперсной фазой), состоящими из молекул, содержащих
радионуклиды.
Необходимое условие – достижение ПР соединения, образующего дисперсную фазу.
Более надежный критерий – пороговая концентрация элемента, при которой возможно
образование полиядерных продуктов гидролиза.

Псевоколлоиды: сорбция радионуклидов на частицах посторонних
загрязнений, обычно присутствующих в растворе.

Me(OH)(H2O)n-1 (z-1)+ + H3O+

Образование полиядерных гидроксокомплексов металл-
ионов
рMe(H2O)nz+ +

qH2O  Mep(OH)q(H2O)pn-qpz-q + qH3O+


Образование оксокомплексов
2 Me(OH)(H2O)n-1 (z-1)+  [(H2O) n-1 Me-O-Me(H2O)n-1]2(z-1)+ + H2O

рН – образование коллоидных частиц.

Для элементов III группы коллоиды

образуются при рН 7, IV и VI группы –
рН 3,5 - 5.

Влияние других веществ:
Ионы, образующие с радионуклидом малорастворимые соединения, -
образование истинных коллоидов.
Вещества, способные к образованию растворимых комплексных
соединений с радионуклидом, - уменьшение радиоколлоидов.
210Ро4+ + 6Cl- = [PoCl6]2-
Снижение концентрации свободных ионов в растворе - нарушение
равновесия между частицей и растворенными ионами - десорбция
ионов с коллоидной частицы.

форм
радионуклида.

Ионы радионуклидов, адсорбированные на
коллоидных частицах других веществ, - псевдоколлоиды.

Влияние

растворителя: изучено на примере водных
растворов, другие растворители изучены мало.

Влияние времени: с течением времени происходит
увеличение размера коллоидных частиц.

пропускают молекулы и ионы, но задерживают частицы дисперсной фазы.
Перегородки

из коллодия, пленок целлофана, пленок животного происхождения и т.п.

Коллодий — 4 % раствор нитроцеллюлозы в смеси этанола и диэтилового эфира в соотношении 1:7.

под действием разности потенциалов, создаваемой в растворе по обе стороны

мембраны.

Катионообменные или
анионообменные мембраны.
Общий результат процесса –
увеличение концентрации
ионов в чередующихся
камерах при одновременном
уменьшении их концентрации
в других камерах.
На электродах протекает
процесс электролиза.
Ионообменные мембраны:
высокая электропроводность,
проницаемость для ионов,
селективность, умеренная
степень набухания и
достаточная механическая
прочность.

пор ультрафильтрационных мембран: от 5 нм до 0,1 мкм.
Подавляющее

большинство всех задерживаемых веществ накапливается на поверхности мембраны, образуя дополнительный фильтрующий слой осадка.
Метод прост и удобен
Возможность оценки размеров коллоидных частиц путем подбора фильтров с соответствующим диаметром пор.

полисульфон, полиамид, полиимид, полиакрилонитрил и их производные).

Большинство ультрафильтрационных мембран

состоят из тонкого селективного слоя толщиной несколько десятков мк или менее и пористой подложки, которая обеспечивает механическую прочность.

Полимерным мембранам при их изготовлении могут придаваться разнообразные свойства, что позволяет управлять их селективными характеристиками и устойчивостью к загрязнению различными веществами.

при центрифугировании
растворов и не задерживается целлофановой мембраной в опытах по

диализу
при рН < 4,0.

• Th(IV) в интервале рН 1 – 4 находится в растворе в виде моноядерных
форм.

При pH > 4,0 торий задерживается целлофановой мембраной и начинает
осаждаться при центрифугировании уже после одного часа выдерживания
раствора. Образование неионных (коллоидных) форм в растворах данного
состава.

При концентрациях <110-5 моль/л для тория характерно
псевдоколлоидное состояние за счет адсорбции моноядерных комплексов на
коллоидных частицах кремневой кислоты, всегда присутствующих в растворах.

1 кг сухого белья - 100 г моющих средств и

около 30 кг воды, из них 12 кг – на стирку и 18 кг – на полоскание.


При смешении двух потоков – воды стирки и воды полоскания – образуются жидкие низкоактивные сточные воды прачечной со следующим усредненным составом:
сухой остаток – 3,5 г/л; в том числе органические вещества и моющие средства;
удельная активность – 1· 10-7 – 1· 10-8 Ku /л.

изотопным составом жидких радиоактивных сточных вод.
Два потока отходов –

вода стирки и вода полоскания – проходят свои технологические цепочки, на отверждение поступают только концентрат ультрафильтрации воды стирки и остаток после упаривания концентрата обратного осмоса воды полоскания.

Схема переработки ЖРО спецпрачечной

изотопы, образующиеся при распаде радона в воздухе, входят в состав

агрегатов (аэрозолей), способных осаждаться под действием силы тяжести.

Естественные и искусственные радиоактивные аэрозоли

излучения с ядрами атомов
химических элементов, входящих в состав воздуха. Образующиеся

радиоактивные атомы оседают на частицах нерадиоактивной атмосферной пыли.
С поверхности почвы в атмосферу попадает пыль, содержащая радиоактивные изотопы.

Искусственные: ядерные испытания, технологические или аварийные выбросы на предприятиях ЯТЦ.

Аэрозоли более интенсивно образуются в среде полярных газов и паров (паров воды, хлороводорода).

Среди радиоактивных аэрозольных частиц (<5 · 10–4 Бк) могут присутствовать «горячие» частицы, активность которых может достигать 106 Бк.

шлифовка
облученных деталей и сварочные работы.

Конденсация и десублимация паров радиоактивных веществ

Конденсационный

метод образования аэрозолей при выбросах в Чернобыле: из реактора (температура внутри 2500 °С) носители радиоактивных веществ попадали в относительно холодный воздух.
Одновременно с конденсацией может происходить десублимация, т. е. переход пара в твердое состояние.

удельной поверхностью неактивных аэрозолей.

Наведенная активность


Распад инертных газов с последующей

их конденсацией
При радиоактивном распаде из газообразного ксенона образуются твердые аэрозольные частицы радионуклидов цезия, из криптона — изотопы рубидия, конденсирующиеся в высокодисперсные аэрозоли с диаметром 0,13–0,16 мкм.

99,95%
Фильтр ФАП-200 –для использования на радиохимических предприятиях
Фильтры ФВКП-3250,

ФВКТ-3650, ФВКТ-1640, ФВКВЭ-3650 для очистки воздуха в зданиях АЭС.

Фильтры ФВУ - применительно к передвижным фильтровентиляционным установкам для локальной очистки воздуха и поверхностей оборудования от токсичных и радиоактивных аэрозолей.

от радиоактивных аэрозолей и радиойода в молекулярной и органической формах,

производительность 3500, 7000, 10500 и 14000 м3/ч.

соединений радиойода фильтр-сорбер АУИ-1500 ВМ с выемным сорбционным модулем.

Позволяет

существенно снизить эксплуатационные расходы, связанные с заменой отработавшего оборудования на новое после выработки ресурса.

В отработавшем фильтре-сорбере АУИ-1500 ВМ дорогостоящий металлический корпус не подлежит захоронению вместе с сорбентом, а выполняет свои функции на весь период эксплуатации АЭС.

радиойода применительно к работе реактора при запроектных авариях с полной

потерей источников энергоснабжения.

АЭС "Куданкулам" (Индия) с реакторной установкой ВВЭР-1000 обладает внутренней и внешней защитными оболочками, между которыми находится межоболочечное пространство (МОП). Внутренняя защитная оболочка не является абсолютно герметичной. В процессе эксплуатации возможно образование микротрещин. При нормальной эксплуатации или в случае простых аварийных ситуаций удаление парогазовой среды из МОП осуществляется с помощью системы вытяжной вентиляции, работающей в активном режиме.

энергоснабжения система вытяжной вентиляции не работает. Протечки парогазовой среды через

внутреннюю защитную оболочку могут создать избыточное давление в МОП, что может привести к неорганизованным протечкам парогазовой среды, содержащей радиоактивные вещества, через внешнюю защитную оболочку в окружающую среду.

ПСФ включает фильтровальную установку и 12 теплообменников в виде труб. Фильтровальная установка состоит из шести одинаковых фильтровальных секций, которые имеют две модульные ступени очистки: аэрозольную (2 модуля) и сорбционную (4 модуля).

базе первой в мире АЭС
Испытания различных модификаций аэрозольных фильтров

и йодных сорберов с обеспечением подачи радиоактивного воздуха в широком диапазоне входных параметров по радиоактивности и составу, моделирующих как режимы нормальной эксплуатации на АЭС, так и аварийные режимы.

решетки, дочерние изотопы – в межкристаллическом пространстве, легко вымываются и

мигрируют.

в питании растений можно подразделить на 3 основные группы:
Элементы, адсорбированные

поверхностью твердой фазы почвы, способные при нарушении равновесия в системе «твердая фаза – почвенный раствор» переходить в почвенный раствор. Эта группа характеризует запас подвижных форм элементов почвы, обеспечивающий длительное снабжение растений элементами питания.
Элементы почвенного раствора. Предполагается, что эта группа элементов почвы интенсивно используется растениями в начальный период их роста и развития. Концентрация химических элементов в почвенных растворах характеризует их реальную биологическую доступность растениям.
Элементы минерального скелета почвы, входящие в состав структуры первичных и вторичных почвенных минералов, а также элементы, связанные с практически нерастворимыми органическими компонентами. Эта фракция элементов малоподвижна и не играет заметной роли в питании растений.

соединений в результате обработки почвы различными экстрагентами.

В определенной степени

используемые реагенты имитируют действие на почвенные частицы природных вод и растительных выделений (экссудатов).

Запас подвижных форм химических элементов определяют обычно экстракцией растворами солей, разбавленными растворами кислот и щелочей, комплексообразователей.

извлечения подвижных соединений элементов, связано с тем, что растения, поглощая

элементы питания преимущественно в катионной форме, выделяют в раствор H+, что может приводить к понижению рН в ризосфере по сравнению с почвенной средой.

Использование водных вытяжек с добавлением ионитов. Иониты не оказывают практически никакого химического воздействия на почву: существенно не изменяют рН и не влияют на ионный состав равновесного почвенного раствора. Механизм взаимодействия элементов почвы с ионитами напоминает процессы, происходящие на границе почва – корневая система растений.

снимок или запись этого изображения на запоминающем устройстве с последующим

преобразованием в световое изображение.

В зависимости от используемых детекторов различают - пленочную радиографию - ксерорадиографию.

В первом случае детектор скрытого изображения и регистратор статического видимого изображения -фоточувствительная пленка.

Во втором - пластина, электрические свойства которoй изменяются в соответствии с энергией излучения.

Рудольфом Мёссбауэром в Институте им. М. Планка (ФРГ).

Эффект Мёссбауэра —

это резонансное испускание и поглощение гамма-лучей без отдачи.

котором находящееся в источнике радиоактивное ядро, испуская гамма-квант, переходит в

стабильное состояние. Этим излучением облучают поглотитель, содержащий соответствующие ядра в стабильном состоянии, с целью их перевода в возбужденное состояние (образование изомера, распавшегося в источнике).

аморфных и порошковых образцов, содержащих один из 87 изотопов 46

элементов.

интерпретацию эффекта:




Ситуация … напоминает человека, прицельно бросающего камень из лодки.

Бо́льшую часть энергии согласно закону сохранения импульса получает лёгкий камень, но небольшая часть энергии броска переходит в кинетическую энергию получающей отдачу лодки.
Летом лодка просто приобретёт некоторое количество движения, соответствующее отдаче, и отплывёт в направлении, противоположном направлению броска.
Зимой, когда озеро замерзнет, лодку будет удерживать лёд, и практически вся энергия броска будет передана камню, а лодке (вместе с замерзшим озером и его берегами) достанется ничтожная доля энергии броска. Таким образом, отдача будет передаваться не одной только лодке, а целому озеру, и бросок будет производиться «без отдачи».

источника по отношению к поглотителю, в спектре Мессбауэра наблюдается минимум.

химических соединений элемента.

одинаковом химическом состоянии источника и поглотителя
и одинаковой температуре сдвига линий

в спектре не
наблюдается.

При различии температуры источника и поглотителя к
химическому сдвигу добавляется дополнительный сдвиг
мессбауэровской линии.

Мёссбауэровский спектр

приводит к расщеплению
энергетического уровня ядра и
появлению в спектре Мёссбауэра
двух или

более минимумов.

Квадрупольное расщепление
определяется градиентом
электрического поля на ядре,
который зависит от симметрии
расположения электрических
зарядов вокруг ядра.

Мёссбауэровский спектр

внешним по отношению к данному ядру магнитным полем.
Магнитное дипольное взаимодействие

приводит к расщеплению основного и возбуждённых уровней ядер, в результате чего в спектре поглощения наблюдаются несколько линий, число которых соответствует числу возможных -переходов между магнитными подуровнями основного и возбуждённых состояний.
Для ядра 57Fe число таких переходов равно 6.
По расстоянию между компонентами магнитной сверхтонкой структуры можно определить напряжённость магнитного поля, действующего на ядро в твёрдом теле.

Мёссбауэровский спектр