Файл: Химия и технология получния нептуния.docx

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

Северский технологический институт –

Филиал федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

(СТИ НИЯУ МИФИ)

Кафедра ХиТМСЭ

Химия и технология получение нептуния

реферат по дисциплине

«Избранные главы по химии элементов»

Выполнил

студент гр. Д-147

_____________Романова Е.А.

«___ » января 2019 г.

Проверил

Преподаватель

Богданова С.А

«___ » января 2019 г.

Северск 2019

Содержание

Введение

Определение нептуния производят в разнообразных продуктах технологической переработки урана и нептуния, облученных в ядерных реакторах. Содержание нептуния, а также урана, плутония, осколочных радиоэлементов и различных примесей в этих продуктах может колебаться в самых широких пределах и часто сопутствующие элементы, главным образом уран, значительно превышают содержание нептуния в 10⁶—10⁸ раз. В связи с этим определению нептуния обычно предшествует его отделение от мешающих элементов.

Первоначально для этой цели использовали осадительные методы. Ввиду их малой эффективности операции осаждения повторялись многократно до достижения необходимой степени очистки. В последующие годы широкое применение нашли значительно более эффективные методы экстракции и хроматографии. При выборе методики анализа конкретного объекта необходимо знать для каждого приема коэффициенты очистки от сопутствующих элементов и выход нептуния.
С целью упрощения операций по очистке и ускорения анализа при отделении нептуния от прочих элементов часто удовлетворяются его неполным выходом.

Общие сведения о нептунии

Синтез изотопа Np²³⁹, который провели в 1940 г. Мак-Миллан и Эйблсон по ядерной реакции 

U²³⁸ (n, γ) U²³⁹ → Np²³⁹, (1)

положил начало открытию трансурановых элементов. Как известно, вскоре Сиборг и сотрудники в том же 1940 г. открыли Рu²³⁸, при этом его синтез проходил через стадию образования Np²³⁸ по реакции 

U²³⁸ (d, 2n) Np²³⁸ → Pu²³⁸. (2)

В 1942 г. Уол и Сиборг открыли долгоживущий изотоп Np237, образующийся по ядерной реакции 

U²³⁸ (n, 2n) U²³⁷ → Np²³⁷. (3)

По этой реакции Np²³⁷ неизбежно образуется в заметных количествах в урановых ядерных реакторах. Кроме того, в реакторе протекает также реакция 

U²³⁵ (n, γ) U²³⁶(n, γ) U²³⁷ → Np²³⁷, (4)

роль которой в синтезе Np²³⁷ возрастает при использовании ядерного топлива, обогащенного изотопами U²³⁶ и U²³⁵.

В миллиграммовых количествах Np²³⁷ выделили Л. Магнуссон и Ф. Лачапел (1944 г.) и А. П. Ратнер и А. А. Чайхорский (1950 г.). К середине 50-х годов были получены граммовые количества нептуния. В настоящее время Np²³⁷ производится в еще больших количествах и используется главным образом для получения необходимого, в частности, для изотопных источников тока, применяемых в космических исследованиях и для других целей .

За небольшой период времени, прошедший после открытия нептуния, его свойства изучены сравнительно подробно и описаны в ряде монографий. В некоторых книгах и статьях частично приведена также его химико-аналитическая характеристика. Наиболее полно, включая некоторые подробные методики анализа по зарубежным данным, она дана в монографии Меца и Уотербери, посвященной аналитической химии трансурановых элементов. 

Изотопы и их свойства

Химики-аналитики обычно работают с долгоживущим изотопом Np²³⁷ и короткоживущими изотопами Np²³⁹ и Np²³⁸. Важнейший из них — Np²³⁷. Именно с ним с основном приходится работать химику-аналитику, так как этот изотоп нептуния накапливается в весовых количествах в производственных и энергетических урановых реакторах. Np²³⁷ наиболее пригоден также для исследования физических и химических свойств нептуния. Содержание Np²³⁷ в облученном естественном уране обычно невелико и приблизительно оценивается величиной, равной примерно 0,1% от содержания плутония или 1•10^-6— 1•10^-4 % от содержания урана. При облучении урана, обогащенного изотопом U²³⁵, и особенно урана, содержащего U²³⁶, накопление нептуния может быть несколько большим, но редко превышает тысячные доли процента от веса тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ). В связи с этим возникают задачи определения очень малых количеств нептуния в присутствии больших количеств урана, плутония и продуктов их деления. Содержание многих осколочных элементов по весу превышает содержание нептуния в десятки— сотни раз, а по активности—в тысячи—миллионы раз. Радиохимическое определение Np²³⁷ затруднено также вследствие того, что его удельная активность примерно в 100 раз меньше удельной активности основного изотопа плутония —Pu²³⁹. 

Впервые удельную активность изотопа Np²³⁷ определили Магнуссон и Лачапелл, взвесив две навески двуокиси нептуния 3,82 и 3,75 мкг и измерив их α-активность со статистической ошибкой около 3—4%. Она оказалась равной 1520±100 расп/мин•мкг. По данным Брауэра, она равна 1560±15 расп/мин•мкг.

Я. П. Докучаев, В. А. Михайлов и В. И. Шаралапов (1960 г.) провели измерения 24 препаратов Np²³⁷, используя различные α-счетчики: ионизационные импульсные камеры, сцинтилляционные счетчики и сцинтилляционные счетчики с диафрагмой. При приготовлении препаратов для измерения был взят раствор нептуния с концентрацией 1,036 + 0,005 г/кг (по данным α-спектрометрических измерений, чистота Np²³⁷ по активности превышала 99,5%). Навеска раствора была разбавлена в 50,0 раз и на каждые две подложки было нанесено калиброванной пипеткой 0,401±0,002 мл раствора. На всех счетчиках были получены совпадающие результаты; среднее значение удельной активности Np²³⁷ составило 1515±20 расп/мин•мкг. Средневзвешенное значение удельной активности равно 1545 +30 (при доверительной вероятности 0,95). 

Спектр α-частиц Np²³⁷ является очень сложным и состоит более чем из 20 моноэнергетических линий, из которых для анализа пригодны линии 4787, 4769, 4764 и 4638 кэв. 

В исследовательских и химико-аналитических работах часто применяют изотоп Np²³⁹, который получается при облучении естественного урана медленными нейтронами, а также как дочерний продукт при распаде Am²⁴³.

Применение больших количеств Np²³⁹ при работе в химической лаборатории затруднено ввиду его высокой радиоактивности. Однако Np²³⁹ используется в индикаторных количествах как радиоактивная метка для Np²³⁷. В небольших количествах применяется также Np²³⁸,который получается при облучении Np²³⁷ нейтронами. Для идентификации Np²³⁸ используют γ-линии: 

Нахождение в природе.

Период полураспада Np²³⁷ по сравнению с возрастом Земли весьма мал, поэтому в природных минералах нептуний в значительных количествах не встречается. На Земле его изотопы могут образоваться практически лишь в результате ядерных реакций (1), (3) и (4).

Все попытки найти нептуний и другие трансурановые элементы-в природе, предпринятые до их получения искусственным путем, были безрезультатны. Поиски этих элементов были продолжены вскоре после открытия нептуния и плутония. В природе найден изотоп Np²³⁷, максимальное соотношение которого к урану равно 1,8•10^-12. Наличие Np²³⁹ в природе не было показано прямыми измерениями, но оно косвенно подтверждается обнаружением в природных образцах небольших количеств Pu²³⁹ (Np²³⁹ является промежуточной стадией при образовании Рu²³⁹ в результате взаимодействия U²³⁸ с нейтронами). Соотношение Рu²³⁹ к урану в смоляных и монацитовых рудах колеблется в пределах (0,7—2)- Ю-11 [34, 50, 65].

Токсические свойства нептуния и приемы работы с ними.

Изотопы нептуния испускают α-частицы с высокими энергиями и β-частицы со средними энергиями. Попадание этих изотопов внутрь организма создает серьезную радиологическую опасность. Действие этих изотопов зависит от их физиологического поведения — степени усвоения, длительности задержки в организме, места отложения. Физиологическое поведение определяется валентным состоянием элемента и зависит от пути попадания в организм. Отмечают, что распределение Np²³⁹ в животных тканях сходно с распределением Pu(VI), который на 60—80% отлагается в костях. Радиобиологический период половинного выведения Np²³⁷ из организма весьма велик и превышает 200 лет. 

Токсическое действие нептуния изучено в значительно меньшей степени, чем для плутония. Ввиду более слабой удельной активности изотопа Np²³⁷ (по сравнению с изотопами плутония) радиотоксичность его меньше в соответствующей степени. Приводим предельно допустимую концентрацию Np²³⁷: 9 расп/мин•м³ (воздух) и 2•10^-5 расп/мин•л (вода); Np²³⁹ и Np²³⁸ — 10⁷расп/мин•м³ (воздух) и 22 расп/мин•л (вода). Предельно допустимые количества в организме: Np²³⁷ — 0,06 мккюри (или 100 мкг), а Np²³⁹ и Np²³⁸ — 25 мккюри (или 10^-4 мкг). 

Ввиду небольшой удельной активности Np²³⁷ химико-аналитические работы с ним проводят обычно или в герметичных защитных камерах («боксах»), или в тех же камерах со снятыми резиновыми перчатками и в вытяжных шкафах с открытой передней стенкой. Переднюю стенку в шкафах рекомендуют фиксировать на высоте около 15—20 см. Скорость просасывания воздуха через открытый проем шкафа должна быть около 1,5 м/сек. В боксах проводят работы с относительно большими количествами и с твердыми препаратами Np²³⁷. В шкафах работают с миллиграммовыми количествами нептуния в растворах. 

Изотоп Np²³⁹ имеет мягкие β^-- и γ-излучения. При работе с этим изотопом в количествах, не превышающих 0,1—1 мккюри, достаточной защитой для работающего является слой органического стекла толщиной 1 см, из которого делают защитные окна боксов и вытяжных шкафов. При работе с большими количествами Np²³⁹ применяется свинцовая защита или защита из специального тяжелого стекла.