Главная Учебники - Разные Лекции (разные) - часть 31
Уральский Государственный Технический Университет - УПИ Кафедра Радиохимии Лабораторная работа № 17: “Применение изотопных генераторов для получения короткоживущих радионуклидов” 2008 г. Цель работы
:
Применение изотопных генераторов для получения короткоживущих радионуклидов. Теоретическая часть:
Для многих прикладных радиохимических целей удобнее применять короткоживущие радионуклиды с периодами полураспада от нескольких минут до нескольких часов. Однако эффективное применение таких изотопов вдали от места их образования (реактор, ускорители) возможно лишь в таких случаях, когда нужный радионуклид является дочерним продуктов другого радионуклида с большим периодом полураспада. Из материнского радионуклида приготовляют "изотопный генератор", который позволяет многократно получать короткоживущий дочерний радионуклид, отделяя его химически от материнского изотопа. Активность дочернего радионуклида при получении его в данный момент из генератора можно определить по формуле: где a2
- активность дочернего радионуклида, находящегося в генераторе в данный момент; a01
- начальная активность материнского радионуклида в момент зарядки генератора или в момент начала отсчета времени; t - время, прошедшее с начала отсчета до настоящего момента; т - время, прошедшее с момента предыдущего отделения дочернего радионуклида от генератора до настоящего времени (предполагается, что при этом дочерний радионуклид удаляется полностью): λ1
и λ2
- постоянные распада соответственно материнского и дочернего радионуклидов. После отделения дочернего радионуклида его активность в генераторе возрастает со временем по законам накопления дочерней активности и достигает максимума, а затем убывает в соответствии с формулой (1). В момент времени, отвечающий максимуму активности дочернего радионуклида, А2
= А1
. В дальнейшем отношение А2
/А1
возрастает со временем и стремится к предельному значению. В большинстве случаев изотопный генератор представляет собой колонку, заполненную специально подобранным веществом (насадкой), в верхней части которой фиксирован материнский нуклид. Пропуская через колонку вымывающий раствор, отделяют накопившийся дочерний короткоживущий радионуклид и получают его препарат. Одним из примеров изотопного генератора служит устройство, включающее генетическую пару 137
Cs - 137
m
Ba. Схему распада можно представить следующим образом: β -
γ 137
Cs - > 137
m
Ba - > 137
Ba Т = 30 лет Т= 2.54 мин Предельное отношение (А2
/А1
) пред
. для данной генетической пары практически равно единице, т.к λ2
>>λ1
. Поскольку период полураспада материнского нуклида достаточно велик, то изотопный генератор Ва-137 может служить длительное время без существенного изменения своих радиохимических характеристик. В качестве насадки для фиксации Cs-137 обычно используют высокоспецифичные к цезию неорганические сорбенты, например, ферроцианиды тяжелых металлов, и, в частности, ферроцианид никеля - калия. Структура и сорбционные свойства ферроцианидов более подробно рассмотрены в рекомендуемой литературе. Ва-137 обычно выделяют растворами солей бария, которые используют для получения меченого сульфата бария. Вымывание бария из ферроцианида никеля - калия можно осуществлять также растворами кислот или солей натрия, калия, кальция и др. Частичное вымывание возможно и при промывании водой. Практическая часть
:
1. Через изотопный генератор пропускаем 15 мл соляной кислоты с концентрацией 0,1 моль/л. 2. Измеряем скорость счета в течении 30 мин (первые 5 мин с интервалом 30 с после через 1 мин). Опыт проводим дважды. Данные заносим в таблицу № 1. Рассчитываем In
=I-Iф;
LnIn
. Таблица № 1. 3. Построим график зависимости LnIn
от t для обоих опытов. Рисунок № 1. График зависимости LnIn
от t для Опыта № 1. Рисунок № 2. График зависимости LnIn
от t для Опыта № 2. 4. Методом наименьших квадратов рассчитаем скорость счета короткоживущего радионуклида на момент выделения и период полураспада для первого опыта. Уравнение прямой: y= 10,67 - 0,259x. В данном уравнении величина 10,67 есть LnI0
, следовательно скорость счет на момент выделения равна: I0
=Exp (10,67) = 47741 имп/10 с Коэффициент регрессии - λ, следовательно период полураспада равен: T1/2
=Ln (2) / λ= 2,67 мин Погрешность в определении λ равна 0,001 следовательно для периода полураспада равна: Δ T1/2
=0,01 5. Методом наименьших квадратов рассчитаем скорость счета короткоживущего радионуклида на момент выделения и период полураспада для второго опыта. Уравнение прямой: y= 10,76 - 0,261x. В данном уравнении величина 10,67 есть LnI0
, следовательно, скорость счет на момент выделения равна: I0
=Exp (10,76) = 47269 имп/10 с Коэффициент регрессии - λ, следовательно период полураспада равен: T1/2
=Ln (2) / λ= 2,66 мин Погрешность в определении λ равна 0,001 следовательно для периода полураспада равна:Δ T1/2
=0,01 6. Рассчитаем РНЧ для обоих опытов. РНЧ= (I0
-Iк
) / I0
РНЧ1
= (47741-373) *100%/ 47741=99,78% РНЧ2
= (47269-325) *100%/ 47741=99,88% В ходе данной лабораторной работы мы получили навык работы с изотопным генератором. Рассчитали скорость счета короткоживущего радионуклида на момент выделения (I01
=47741; I02
=47269) и период полураспада (T1/2 1
=2.67±0.01; T1/2 2
=2.66±0.01). По периоду полураспада можно судить о том, что данный радионуклид - 137
m
Ba. Так же рассчитали РНЧ1 (
99,78%) и РНЧ2
(99,88%), полученные значения РНЧ подтверждаются графиками зависимости LnIn
от t (скорость счета LnIn
недостигает нуля, это связано с наличием 137
Cs). По высокой РНЧ и высокой активности (о ней можно судить по скорости счета), а так же по тому, что 137
m
Ba мы можем получить по истечении 10 периодов полураспада можно сказать, что мы применяли изотопный генератор. Погрешность в определении периода полураспада связана с неточностью оборудования (секундомера), а так же с неточностью проведения опыта. Ответы на коллоквиум
:
1. Высокая селиктивность ферроцианида никеля-калия к 137
Csобъясняется тем что, сорбент имеет подходящую кристаллическую решетку, так же К и Cs оба являются щелочными металлами, оба катионы так же у них близкие химические свойства. 2. РНЧ= (I0
-Iк
) / I0
= 99,99% Можно предположить, что A (137
m
Ва) =99,99%, а A (137
Cs) =0,01%, тогда воспользуемся формулой связи массы радионуклида с его активностью.
|