Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
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 |
,79 |
,80 |
||||
|
0,5 |
,66 |
,64 |
||||
|
1 |
,53 |
,52 |
||||
|
1,5 |
,40 |
,39 |
||||
|
2 |
,26 |
,26 |
||||
|
2,5 |
,14 |
,11 |
||||
|
3 |
,01 |
,00 |
||||
|
3,5 |
,88 |
,86 |
||||
|
4 |
,74 |
,72 |
||||
|
4,5 |
,62 |
,59 |
||||
|
5 |
,47 |
,45 |
||||
|
6 |
,23 |
,18 |
||||
|
7 |
,95 |
,94 |
||||
|
8 |
,68 |
,66 |
||||
|
9 |
,42 |
,38 |
||||
|
10 |
,13 |
,13 |
||||
|
11 |
,84 |
,85 |
||||
|
12 |
,62 |
,65 |
||||
|
13 |
,32 |
,34 |
||||
|
14 |
,10 |
,08 |
||||
|
15 |
,90 |
,89 |
||||
|
16 |
,61 |
,55 |
||||
|
17 |
,40 |
,36 |
||||
|
18 |
,17 |
,10 |
||||
|
19 |
,94 |
,86 |
||||
|
20 |
,58 |
,58 |
||||
|
21 |
,60 |
,45 |
||||
|
22 |
,41 |
,40 |
||||
|
23 |
,18 |
,30 |
||||
|
24 |
,13 |
,25 |
||||
|
25 |
,74 |
,09 |
||||
|
26 |
,85 |
,72 |
||||
|
27 |
,71 |
,71 |
||||
|
28 |
,34 |
,57 |
||||
|
29 |
,79 |
,08 |
||||
|
30 |
,65 |
,03 |
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 - 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.