Властивості ізотопів ряду радію

Відео: СТАЛКЕР ЧИСТЕ НЕБО 7. Радіоактивні елементи

Радій і продукти його розпаду

Радій і продукти його розпаду - члени радіоактивного сімейства урану-238.

Радій (86Ra226) - Метал, за хімічними властивостями аналог барію.

Характеристики радію і основних продуктів його розпаду дані в таблиці.

Для отримання радону використовують добре розчинні солі радію в суміші з барієм, що не містять слідів іонів SO4.

Розчин солі радію на дистильованої воді, що містить НС1, виділяє 100% радону.

На виділення з розчину солі радію певний вплив надає адсорбція радію склом, яка помітна при рН 6,5-4,5 і стає мізерно малою при рН 2,3.

Сульфати, карбонати, хромати, фториди, оксалати і фосфати радію важко розчинними. Всі солі радію під дією власного випромінювання поступово розкладаються, при цьому вони забарвлюються в жовтий, коричневий і оранжевий кольори.

Радон (86Ra222) - Інертний газ, вищий гомолог ксенону, володіє нульовою валентністю і з`єднань, обумовлених іонної або атомної зв`язком, не дає. Радіологічні характеристики радону наведені в таблиці.

Радон утворюється при розпаді радію. 1 Кі (37 • 103 МБк) радону при температурі 0 ° С і тиску 760 мм рт. ст. займає обсяг 0,65 мм 3 і має масу 6,46 • 10-6 м Така кількість радону утворюється в стані радіоактивного рівноваги з 1 г радію. Радон важчий за повітря в 7,6 рази. При температурі від -62 до -65 ° С радон переходить в рідкий стан, при температурі від -110 до -113 ° С - в тверде. Рідкий радон спочатку безбарвний, від продуктів розпаду він мутніє. Рідкий радон викликає зелену флюоресценцію на склі, твердий - світиться яскравим синьо-сталевим кольором. Частина енергії розпаду радону виділяється у вигляді тепла (1 Кі радону утворює 29,8 кал / год).


У замкнутому просторі між рідкої і газоподібної середовищами, наприклад між водою і повітрям, радон розподіляється по закону Генрі:
або
де Qb і Qж - кількість радону в повітрі і рідини відповідно при сталому равновесіі- Vb і Wж - обсяги повітря і рідини-а - коефіцієнт розподілу радону в даній рідини в порівнянні з повітрям (ав = 1).

Коефіцієнт розчинності (а) радону в воді залежить від її температури.


Наприклад, якщо обсяг води і повітря в посудині рівні, то при температурі 20 ° С 1/4 радону буде перебувати у воді, а 3/4 - в повітрі, причому з підвищенням температури води величина а зменшується. При механічному перемішуванні води і повітря в замкнутому 5,5 л обсязі (5 л води і 0,5 л повітря), за допомогою насоса «Малютка» з продуктивністю 2-3 л / хв рівновагу практично досягається за 5-10 хв-при статичному режимі змішування для цього потрібно 100 ч, при конвекційному - 64 ч. За одну добу при статичному режимі в воді розчиняється 0,676 від максимально розчиняється кількості радону, при конвекційному - 820.

Коефіцієнт розчинності радону

Маючи малий коефіцієнт розчинності в воді і здатність до дифузії, радон легко переходить з води в повітря при їх змішуванні у відкритому посуді, виділяючись з води в повітря тим швидше, чим більше площа їхнього зіткнення, чим менше товщина шару води, чим вище її температура і чим інтенсивніше відбувається перемішування води. Додавання в воду солей знижує розчинність радону, зі збільшенням концентрації солі вплив температури на розчинність радону знижується і при високих концентраціях солей стає незначним.

У безводних розчинниках радон розчиняється значно краще, ніж у воді.


Розчинність радону в суміші з іншими рідкими розчинниками (наприклад, зі спиртом) максимум, а менше теоретично обчисленої за правилом змішування. У сумішах наведених розчинників радон, навпаки, розчиняється краще, ніж в кожному окремому компоненті суміші. У біологічних середовищах радон розчиняється також краще, ніж у воді.


Радон адсорбується на поверхні багатьох твердих тіл. Особливо добре він поглинається гумою, целулоїдом, воском, смолою, силікагелем, глиною, морською піною і багатьма іншими органічними колоїдними і полімерними речовинами. Кров розчиняє радон в два рази краще води. Найкращим адсорбентом радону є активоване вугілля, який поглинає помітну кількість радону навіть при звичайній температурі.

При зниженні температури вугілля від -80 до -90 ° С адсорбція радону на ньому помітно посилюється, при температурі рідкого повітря радон адсорбується на вугіллі практично повністю і моментально. При температурі -140,7 ° С (температура рідкого повітря) радон повністю конденсується в змійовику, через який пропускається струмінь сухої повітряно-радонової суміші. При температурі 300- 400 С адсорбований на вугіллі радон практично повністю десорбується.

Радон дифундує в повітрі, рідини і деяких твердих тілах. Коефіцієнт дифузії (D) радону в повітрі при нормальній температурі і тиску дорівнює 0,1 см2 / с.

Параметри сорбції радону

У таблиці наведено параметри сорбції радону з води деякими матеріалами, які використовуються в технологічному обладнанні для роботи з радоном. З цієї таблиці випливає, що скло і метали найбільш придатні для тривалого зберігання радоносодержащіх середовищ. Жорсткі органічні полімерні матеріали обмежено придатні для короткочасного зберігання розчинів радону, хоча можуть застосовуватися для виготовлення трубопроводів і пристроїв, в яких радонові середовища рухаються з досить великою швидкістю або безперервно обмінюються.

З таблиці також випливає, що особливо обережно слід використовувати м`які полімери і гуму для ізоляції радонових середовищ, оскільки ці матеріали поводяться по відношенню до радону як органічні розчинники, їх використання повинно супроводжуватися різким обмеженням площі їх контакту з радоновою середовищем, наприклад тільки при ізоляції місць зчленування скляних або металевих трубок. При певних обставинах гума або капрон можуть бути використані в якості поглиначів радону з води і повітря для отримання в нормальних умовах твердих концентратів радону.


При зберіганні радію в замкнутому посудині накопичення радону визначається рівнянням:
де QRn - кількість накопиченого в посудині радона- QRa - кількість в посудині радію в грамах або Кюрі е - основа натурального логаріфма- &lambda-Rn - константа розпаду радона- t - час накопичення.

Розрахунок величини QRn в залежності від t зазвичай ведеться з використанням таблиць експоненційних функцій.

Практично радон приходить в стан радіоактивного рівноваги з радієм через чотири тижні після герметизації судини з радієм. Після відділення радону від радію розпад радону визначається за формулою:
де N0 - початкове кількість атомов- Nt - число атомів з часом t.

При розпаді радону з нього послідовно утворюються RaA, RaB, RaC, RaC, які носять назву короткоживучих дочірніх продуктів радону. Кількість які виникають при розпаді ізотопів At218, Rn218 і RaC (Т1210) мізерно і практичного значення не має. Відомі формули, що описують накопичення і розпад радіоактивного ряду ізотопів (RaA, RaB, RaC).

Радіологічні характеристики ізотопів

RaA (ізотоп полонію) в присутності радону за 20- 30 хв приходить з ним практично в стан радіоактивного рівноваги. Ізольований від радону, RaA за той же час майже повністю розпадається і переходить в RaB.

RaB (ізотоп свинцю) - Найдовше живе з ланцюжка короткоживучих дочірніх продуктів радону, тому він визначає час, за яке вона приходить в рівновагу з радоном (приблизно 3 год). За цей же термін при відділенні від радону весь ланцюжок короткоживучих дочірніх продуктів радону практично повністю розпадається.

При розпаді RaB утворюється RaC (ізотоп вісмуту). При розпаді RaC відбувається розгалуження ряду, причому майже всі його атоми (99,96%) перетворюються в RaC, випускаючи бета-частинки, і тільки 0,04% переходить в RaC, випускаючи альфа-частинки.

Короткоживучі дочірні продукти мають ряд загальних властивостей. Це атоми електрично заряджених важких металів. У повітрі вони знаходяться у вигляді вільних атомів або в поєднанні з мікроскопічними частинками (менше 0,035 мк) - ядрами конденсації. У вигляді вільних атомів в повітрі присутні головним чином атоми RaA (90%) і RaB (10%), які дуже рухливі (коефіцієнт дифузії 1-1,3 см / с). Атоми, пов`язані з ядрами конденсації, менш рухливі - коефіцієнт дифузії 0,045-0,015 см / с. Вільні атоми в більшій мірі, ніж пов`язані, осідають на різних поверхнях, утворюючи активний наліт дочірніх продуктів радону. Час їх життя до осідання на поверхні і неактивних аерозольних частинках не перевищує 10-60 с.

У повітряно-радонової ванні (ВРВ) практично 90% дочірніх продуктів радону за час процедури (15- 20 хв) осідають з повітря на внутрішні стінки боксу, 5% залишається в повітрі, а інші осідають на шкірі хворого, що перебуває у ванні.

Занурені в радонову воду поверхні легко покриваються осідають на них дочірніми продуктами радону, особливо при русі навантаженого в воду тіла-дочірні продукти в воді дифундують.

Співвідношення активності радону і його дочірніх продуктів у воді і повітрі може коливатися в дуже широких межах - від радіоактивного рівноваги всього ланцюжка до практично повної відсутності дочірніх продуктів у воді і повітрі.

Розпад короткоживучих продуктів призводить до утворення першого долгоживущего продукту розпаду радону - RaD.
RaD (ізотоп свинцю) володіє значно більшою в порівнянні з RaC періодом напіврозпаду (22 роки) і тому не може прийти з ним в радіоактивне рівновагу, якщо вони ізольовані від Ra226.

Активність RaD при повному розпаді атомів радону становитиме лише 0,005 від первісної активності радону. Проте в старих радієвих препаратах RaD може накопичуватися в значних кількостях: наприклад, 1 г радію за 22 роки дає 500 мКи RaD.

RaD переходить в RaE (ізотоп вісмуту). З нього утворюється RaF (ізотоп полонію), з якого в свою чергу утворюється стабільний ізотоп свинцю Рb206.

Полоній, як і RaD, накопичується в старих радієвих препаратах. У рівновазі з 1 г радію накопичується 2,24 • 10-4 г полонію. Будучи сильним коллоідообразователем, полоній дуже легко сорбується пилом, фільтрами, поверхнею посуду і т.д. в помірно кислому середовищі, має здатність утворювати велику кількість комплексних сполук і легко переганяється при температурі 450 ° С.

Випромінювання радону і його дочірніх продуктів значно впливати на навколишні їх речовини. Скло (в тому числі і кварцове) під дією радіоактивних випромінювань поступово стає крихким і змінює своє забарвлення. Радієві розчини своїм випромінюванням розкладають воду з утворенням Н2, О2, О3 і Н2О2, тобто з утворенням гримучого газу. Радій в розчині (1 г) виділяє від 0,5 до 1 см3 газу на годину.

У практиці мали місце випадки, коли водний розчин, що містить 0,5-0,6 г радієвої солі, налитий до 3/4 обсягу в запаяний посудину, мимовільно вибухав від тривалого (протягом місяця) зберігання при кімнатній температурі. Головною причиною вибуху була недостатня величина простору газу над рідиною. Можливі вибухи запаяних ампул з радієвої сіллю в момент їх розкриття за рахунок накопичення в них гримучого газу.

Ізотопи ряду радію в природі поширені всюди на земній поверхні. У зв`язку з цим радій, радон і його дочірні продукти містяться в грунті, воді та атмосферному повітрі. Вміст радону над сушею становить в середньому 1 • 10-13 Кі / л. У грунті вміст радону, як правило, в 100 разів більше. У воді річок, озер і океанів радон практично відсутній в зв`язку зі сприятливими умовами для переходу його в атмосферу. У водах осадових порід радон міститься в концентраціях від 1,5 до 6 • 10-11 Кі / л, радій - 2-3 • 10-12 г / л.

У водах кислих магматичних порід вміст радону в середньому становить 1 • 10-9 Кі / л, радію - 2-4 • 10-12 г / л. У водах уранових родовищ вміст радону складає в середньому 0,5-1 • 10-8 Кі / л, радію - 6-8 • 10-11 г / л. У великих концентраціях радон міститься в водах ряду радіоактивних цілющих джерел, мінеральні води яких містять не менше 5 нки / л-10 нки / л радону.

Уран, радій, торій

Крім радону, в воді деяких цілющих джерел можуть виявлятися в підвищених концентраціях уран, радій, торій.

Зміст радію або урану в мінеральній воді допустимо в двенадцатикратного перевищенні по відношенню до допустимого цих ізотопів у воді джерел питного водопостачання. Це засновано на тому, що застосування води для пиття на курорті не перевищує 1 міс на рік (питна ж вода приймається щодня протягом усього життя).
Звідси випливає, що відповідно до НРБ-99 вміст радію в мінеральної питній воді не повинен перевищувати 0,2 • 10-9 Кі / л (7,2 Бк / л), а урану - 37,2 Бк / л.

Так чи інакше надходження цих ізотопів в організм з мінеральною водою не повинно перевищувати величин граничного річного надходження, наведених в НРБ-99 (8,4 • 103 Бк / рік і 6,7 • 102 Бк / рік відповідно). У зв`язку з цим прийом ванн з вмістом радію вище 0,2 • 109 Кі / л недоцільний.

У РФ тільки води Ухти Дозволені до використання в практиці курортного лікування (заборонені в 30-і роки нашого століття).

І.І.Гусаров