Применение изотопных генераторов для получения короткоживущих радионуклидов
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:
(1)
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 137Cs - 137mBa. Схему распада можно
представить следующим образом:
β - γ
137Cs - > 137mBa - > 137Ba
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.
t
|
I1
|
I2
|
Iп1
|
Iп2
|
LN In1
|
LN In2
|
0
|
48882
|
49335
|
48613
|
49066
|
10,79
|
10,80
|
0,5
|
42834
|
41904
|
42565
|
41635
|
10,66
|
10,64
|
1
|
37556
|
37206
|
37287
|
36937
|
10,53
|
10,52
|
1,5
|
33283
|
32775
|
33014
|
32506
|
10,40
|
10,39
|
2
|
28899
|
28732
|
28630
|
28463
|
10,26
|
10,26
|
2,5
|
25583
|
24828
|
25314
|
10,14
|
10,11
|
3
|
22417
|
22247
|
22148
|
21978
|
10,01
|
10,00
|
3,5
|
19891
|
19510
|
19622
|
19241
|
9,88
|
9,86
|
4
|
17252
|
16959
|
16983
|
16690
|
9,74
|
9,72
|
4,5
|
15353
|
14897
|
15084
|
14628
|
9,62
|
9,59
|
5
|
13194
|
12969
|
12925
|
12700
|
9,47
|
9,45
|
6
|
10454
|
9943
|
10185
|
9674
|
9,23
|
9,18
|
7
|
7968
|
7921
|
7699
|
7652
|
8,95
|
8,94
|
8
|
6182
|
6039
|
5913
|
5770
|
8,68
|
8,66
|
9
|
4814
|
4614
|
4545
|
4345
|
8,42
|
8,38
|
10
|
3660
|
3674
|
3391
|
3405
|
8,13
|
11
|
2816
|
2840
|
2547
|
2571
|
7,84
|
7,85
|
12
|
2310
|
2362
|
2041
|
2093
|
7,62
|
7,65
|
13
|
1772
|
1807
|
1503
|
1538
|
7,32
|
7,34
|
14
|
1475
|
1462
|
1206
|
1193
|
7,10
|
7,08
|
15
|
1259
|
1247
|
990
|
978
|
6,90
|
6,89
|
16
|
1010
|
971
|
741
|
702
|
6,61
|
6,55
|
17
|
870
|
847
|
601
|
578
|
6,40
|
6,36
|
18
|
747
|
715
|
478
|
446
|
6,17
|
6,10
|
19
|
650
|
620
|
381
|
351
|
5,94
|
5,86
|
20
|
533
|
534
|
264
|
265
|
5,58
|
21
|
538
|
501
|
269
|
232
|
5,60
|
5,45
|
22
|
493
|
491
|
224
|
222
|
5,41
|
5,40
|
23
|
447
|
470
|
178
|
201
|
5,18
|
5,30
|
24
|
438
|
459
|
169
|
190
|
5,13
|
5,25
|
25
|
383
|
431
|
114
|
162
|
4,74
|
5,09
|
26
|
396
|
381
|
127
|
112
|
4,85
|
4,72
|
27
|
380
|
380
|
111
|
111
|
4,71
|
4,71
|
28
|
345
|
365
|
76
|
96
|
4,34
|
4,57
|
29
|
313
|
328
|
44
|
59
|
3,79
|
4,08
|
30
|
373
|
325
|
104
|
56
|
4,65
|
4,03
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%
Вывод
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 - 137mBa. 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 137Cs).
По высокой РНЧ и высокой активности (о ней можно судить по скорости счета), а
так же по тому, что 137mBa 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 137Cs объясняется 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 (137mВа) =99,99%, а A (137Cs) =0,01%, тогда воспользуемся формулой связи массы
радионуклида с его активностью.
Похожие работы на - Применение изотопных генераторов для получения короткоживущих радионуклидов
|