Что такое радиоактивные элементы. Радиоактивные металлы

В почвах и почвообразующих породах широко представлены радиоактивные элементы (радионуклиды). Радиоактивность (естественная) – это явление самопроизвольного превращения (распада) неустойчивых изотопов одного химического элемента в изотоп другого, сопровождающееся ά-, β- и γ-излучениями. Радиоактивность почв обусловлена присутствием в них радиоактивных элементов естественного и антропогенного происхождения. В связи с этим различают естественную и искусственную радиоактивность. Она выражается количеством ядерных распадов в единицу времени и измеряется в беккерелях (1 Бк=1 распад/с) или в единицах активности радиоактивных изотопов – кюри (1 Ки=3,7·10 10 Бк).

Естественная радиоактивность. Естественными радионуклидами принято считать такие, которые образовались и постоянно вновь образуются без участия человека.

Естественная радиоактивность обусловлена двумя группами радиоактивных элементов: первичными, которые содержатся в материнских породах и вошли в состав почв, и космогенными – поступающими в почву из атмосферы, образование которых происходит при взаимодействии космического излучения с ядрами стабильных элементов.

Все первичные естественные радиоактивные элементы в основном долгоживущие, с периодом полураспада 10 8 -10 17 лет, возникшие, вероятно, одновременно с образованием Земли. Наибольший вклад в естественную радиоактивность почв вносят радиоактивный изотоп 40 К, на долю которого приходится более 50 % естественной радиоактивности почв, а также кальций (48 Са), рубидий (87 Rb), уран (238 U), радий (226 Ra), торий (232 Th). Главный источник этих элементов в почвах – почвообразующие породы. Они существенно различаются между собой концентрацией естественных радиоактивных элементов.

Наибольший вклад в дозу облучения из большого числа космогенных радиоактивных элементов вносят тритий (3 Н), бериллий (7 Ве, 10 Ве), углерод (14 С, 13 С), фосфор (32 Р, 33 Р), сера (35 S), хлор (35 Сl) и натрий (22 Nа). На естественную радиоактивность почв влияют следующие космогенные изотопы: радиоуглерод (14 С) и тритий (3 Н) – сверхтяжелый изотоп водорода, поступающие в почву из атмосферы. Эти радиоизотопы относятся к сравнительно короткоживущим. У радиоуглерода период полураспада составляет 5760 лет, у трития – 12,3 лет. Поскольку они поступают в почву из атмосферы, то их содержание поддерживается на относительно постоянном уровне.

Всего известно более 300 естественных радионуклидов, присутствие которых в почве определяет ее естественную радиоактивность. Концентрация естественных радионуклидов в природе варьирует в широких пределах. В земной коре из всех радиоактивных веществ больше всего содержится калия (примерно 2,5 %), тогда как содержание урана и тория в десятки и сотни, а радия в миллионы раз меньше по сравнению с содержанием радиоактивного калия (40 К). Этот элемент в природе представлен смесью трех изотопов: 39 К, 40 К и 41 К, два из которых (39 К и 41 К) – стабильные и один (40 К) – долгоживущий радиоактивный, период полураспада которого измеряется сотнями миллионов лет (Анненков Б.Н., Юдинцева Е.В., 1991).

Валовое содержание радионуклидов в почвах зависит, прежде всего, от материнских пород. Максимальная радиоактивность обнаружена у почв, развившихся на кислых магматических породах, чем в почвах, образовавшихся на основных и ультраосновных породах, а наиболее высокая концентрация радионуклидов наблюдается в мелкодисперсной фракции почв – в глинистых частицах. Например, почвы, сформировавшиеся на обогащенных фосфором породах, содержат повышенные концентрации урана.

Покровные и лессовидные суглинки, лессы и ленточные глины содержат в 2-4 раза больше радиоактивных элементов, чем песчаные и супесчаные флювиогляциальные отложения. В почвах, сформировавшихся на элювии карбонатных пород, содержание радиоактивных элементов в несколько раз выше, чем в породах. Эти элементы накапливаются в почве при преобразовании (выветривании) карбонатных пород.

В почвах естественные радиоактивные элементы присутствуют в ультромикроконцентрациях в пределах n10 -4 - n10 -12 %. На земном шаре встречаются районы с повышенным уровнем естественной радиоактивности почв. Естественно-радиоактивные вещества в повышенных концентрациях обнаруживают в местах их добычи, технического использования и захоронения.

Таблица 33

Концентрация основных естественных радиоизотопов в почвах (Ковриго В.П., 2008)

Особенность распределения радиоактивности в вертикальной плоскости (по генетическим горизонтам) зависит от характера почвообразовательного процесса.

В дерново-карбонатных почвах наиболее высокое содержание естественных радионуклидов отмечается в гумусовых горизонтах и постепенно убывает при переходе к почвообразующей породе.

В черноземах, темно-серых лесных, каштановых, полупустынных и пустынных почвах, формирование которых не связано с активным преобразованием и передвижением компонентов твердой фазы, распределение естественных радиоактивных элементов по почвенному профилю отличается слабой дифференциацией. В лесостепных почвах и почвах степных областей профильная дифференциация содержания радиоэлементов совпадает с типичными профильными закономерностями изменений в них гранулометрического состава, оксидов железа и алюминия.

Оподзоливание, осолодение, лессиваж, осолонцевание приводят к выносу естественных радионуклидов из элювиальных (верхних) горизонтов в иллювиальные с последующей аккумуляцией, где концентрация радионуклидов возрастает в 1,5-3 раза по сравнению с почвообразующей породой. Уран осаждается на глеевых барьерах, в связи с чем происходит обогащение этим элементом гидроморфных почв.

Искусственная радиоактивность. В настоящее время известно более 1300 искусственных радионуклидов, из которых наибольшую опасность представляют изотопы 90 Sr, 137 Cs, 144 Ce. Период полураспада у стронция – 28 лет, у цезия – 30 лет. Они отличаются высокой энергией излучения и способны активно включаться в биологический круговорот. Искусственные (техногенные) радионуклиды условно разделены на три группы: радиоактивные продукты деления (наиболее значимые из которых 89 Sr, 90 Sr, 137 Cs, 134 Cs, 131 I, 131 Ce, 144 Ce); продукты наведенной активации (в том числе 54 Мn, 60 Co, 55 Fe. 59 Fe, 65 Zn); трансурановые элементы (среди которых наиболее долгоживущие 237 Np, 239 Np, 239 Pu, 244 Pu, 241 Am, 242 Cm, 243 Cm, 244 Cm).

Искусственная радиоактивность обусловлена поступлением в почву радиоактивных изотопов, образующихся в результате атомных и термоядерных взрывов, в виде отходов атомной промышленности, в результате аварий на атомных предприятиях, внесения фосфорных удобрений (часто содержащих изотопы урана), зольными выбросами тепловых электростанций, работающих на угле и горючих сланцах, содержащих уран, радий, торий, полоний. Радиоэлементы разносятся ветром, дождевыми и талыми потоками, расширяя зоны радиоактивных загрязнений почвенного покрова и природных вод, подвергая радиоактивному облучению живые организмы. При работе АЭС во внешнюю среду поступают интенсивно мигрирующие продукты деления – 90 Sr, 137 Cs, 131 I, а также нуклиды с наведенной активностью – 54 Мn, 60 Co, 65 Zn.

Содержание радионуклидов в почве увеличивается при внесении мелиорантов, органических и минеральных удобрений, содержащих радиоактивные вещества. Так, активность 1 кг фосфорных удобрений составляет: суперфосфата – 120 Бк, обогащенного концентрата – 70 Бк. При средних дозах внесения этих удобрений (60 кг/га) в почву дополнительно вовлекаются радионуклиды, активность которых в 60 кг удобрений равна 1,35· 10 6 Бк. Повышается радиоактивность почвы при известковании за счет 48 Са, концентрация которого в естественной смеси изотопов кальция составляет 0,19 %.

Радиоактивное загрязнение почвы не влияет на уровень плодородия, но приводит к накоплению радионуклидов в продукции растениеводства. Однако с увеличением уровня плодородия концентрация радионуклидов в урожае снижается за счет увеличения биомассы урожая. Усиление антагонизма между ионами радионуклидов и вносимых солей (Са – Sr, К – Cs) препятствует поступлению стронция и цезия в растения.

В настоящее время почва является основным источником поступления радионуклидов в сельскохозяйственную продукцию. (Рекомендации, 1991). Большинство искусственных радионуклидов закрепляется компонентами твердой фазы почвы, благодаря чему они аккумулируются в верхней части почвенного профиля. В почвах легкого гранулометрического состава радионуклиды проникают более глубоко, чем в тяжелых почвах, в результате чего они могут достигать уровня почвенно-грунтовых вод и поступать с ними в речную сеть.

На фиксацию радионуклидов влияют содержание гумуса, гранулометрический и минералогический составы, реакция среды. По мере увеличения содержания органического вещества и степени дисперсности почвенных частиц сорбция 90 Sr усиливается. В сорбции 137 Cs основную роль играют глинистые минералы, особенно иллит, вермикулит. При подкислении среды подвижность искусственных радионуклидов обычно возрастает, а в нейтральных и щелочных почвах снижается. Основное количество стронция и цезия, поступившее в растение, накапливается в их надземной массе, а остальных радионуклидов – в корнях.

В целом наиболее высокая сорбция радионуклидов отмечается у почв тяжелого гранулометрического состава с высоким содержанием гумуса и минералов типа вермикулита, монтмориллонита, гидрослюд. В таких почвах происходит прочное закрепление искусственных радионуклидов компонентами ППК, что предотвращает вовлечение их в миграционные процессы и поступление в растения.

Миграция радионуклидов в почвах протекает медленно, и основное их количество в настоящее время находится в слое 0-5 см. Хозяйственная деятельность человека, в частности перепашка угодий, приводит к достаточно равномерному распределению радионуклидов в пределах пахотного слоя. Вспашка с оборотом пласта обуславливает перемещение радионуклидов в глубь почвы, а внесение удобрений и извести резко снижает поступление их в культурные растения (в 4-5 раз).

Радиоактивные металлы — это металлы, которые самопроизвольно излучают поток элементарных частиц во внешнюю среду. Этот процесс называют альфа(α), бета(β), гамма(γ) излучением или просто радиоактивным излучением .

Все радиоактивные металлы со временем распадаются и превращаются в стабильные элементы (иногда проходя целую цепочку превращений). У разных элементов радиоактивный распад может длиться от нескольких миллисекунд до нескольких тысяч лет.

Рядом с названием радиоактивного элемента часто указывается массовое число его изотопа . Например, Технеций-91 или 91 Tc . Разные изотопы одного и того же элемента как правило имеют общие физические свойства и различаются лишь длительностью радиоактивного распада.

Список радиоактивных металлов

Радиоактивные элементы делятся на естественные (существующие в природе) и искусственные (получаемые в результате лабораторного синтеза). Естественных радиоактивных металлов не много — это полоний, радий, актиний, торий, протактиний и уран. Их наиболее стабильные изотопы встречаются в природе, чаще в виде руды. Все остальные металлы из списка созданы человеком.

Самый радиоактивный металл

Самый радиоактивный металл на данный момент — ливерморий . Его изотоп Ливерморий-293 распадается всего за 61 милисекунду. Впервые этот изотоп был получен в Дубне, в 2000 году.

Другой очень радиоактивный металл — унунпентий . Изотоп унунпентий-289 имеет чуть больший период распада (87 милисекунд).

Из более-менее стабильных, практически применяемых веществ, самым радиоактивным металлом считается полоний (изотоп полоний-210 ). Это серебристый белый радиоактивный металл. Хотя его период полураспада достигает 100 и более дней, даже один грамм этого вещества раскаляется до 500°C, а излучение может мгновенно убить человека.

Что такое радиация

Всем известно, что радиация очень опасна и лучше держаться подальше от радиоактивного излучения. С этим трудно поспорить, хотя в реальности мы постоянно подвержены влиянию радиации, где бы не находились. В земле залегает довольно большое количество радиоактивной руды , а из космоса на Землю постоянно прилетают заряженные частицы .

Кратко говоря, радиация это самопроизвольное испускание элементарных частиц. От атомов радиоактивного вещества отделяются протоны и нейтроны, «улетая» во внешнюю среду. Ядро атома при этом постепенно изменяется, превращаясь в другой химический элемент. Когда все нестабильные частицы отделяются от ядра, атом перестает быть радиоактивным. Например, торий-232 в конце своего радиоактивного распада превращается в стабильный свинец .

Наука выделяет 3 основных вида радиоактивного излучения

Альфа излучение (α) — поток альфа-частиц, положительно заряженных. Они сравнительно большие по размеру и плохо проходят даже через одежду или бумагу.

Бета излучение (β) — поток бета-частиц, негативно заряженных. Они довольно малы, легко проходят через одежду и проникают внутрь клеток кожи, что наносит большой вред здоровью. Но бета-частицы не проходят через плотные материалы, такие как алюминий.

Гамма излучение (γ) — это высокочастотная электромагнитная радиация. Гамма-лучи не имеют заряда, но содержат очень много энергии. Скопление гамма-частиц излучает яркое свечение. Гамма-частицы проходят даже через плотные материалы, что делает их очень опасными для живых существ. Их останавливают только самые плотные материалы, например, свинец.

Все эти виды излучения так или иначе присутствуют в любой точке планеты. Они не представляют опасности в малых дозах, но при высокой концентрации могут причинить очень серьезный ущерб.

Изучение радиоактивных элементов

Первооткрывателем радиоактивности является Вильгельм Рентген . В 1895 году этот Прусский физик впервые наблюдал радиоактивное излучение. На основе этого открытия был создан знаменитый медицинский прибор, названый в честь ученого.

В 1896 г изучение радиоактивности продолжил Анри Беккерель , он экспериментировал с солями урана.

В 1898 г Пьер Кюри в чистом виде получил первый радиоактивный металл — Радий. Кюри хоть и открыл первый радиоактивный элемент, однако, не успел толком его изучить. И выдающиеся свойства радия привели к быстрой гибели ученого, который беспечно носил свое «детище» в нагрудном кармане. Великое открытие отомстило своему первооткрывателю — Кюри умер в возрасте 47 лет от мощной дозы радиоактивного облучения.

В 1934 г был впервые синтезирован искусственный радиоактивный изотоп.

Сейчас изучением радиоактивности занимаются множество ученых и организаций.

Добыча и синтез

Даже естественные радиоактивные металлы не встречаются в природе в чистом виде. Их синтезируют из урановой руды. Процесс получения чистого металла чрезвычайно трудоемок. Состоит он из нескольких стадий:

• концентрирование (дробление и выделение осадка с ураном в воде);
• выщелачивание - то есть, перевод уранового осадка в раствор;
• выделение чистого урана из полученного раствора;
• перевод урана в твердое состояние.

В итоге, из тонны урановой руды можно получить всего несколько граммов урана.

Синтез искусственных радиоактивных элементов и их изотопов проходит в специальных лабораториях, в которых создаются условия для работы с подобными веществами.

Практическое применение

Чаще всего, радиоактивные металлы используют для выработки энергии.

Ядерные реакторы — это устройства, использующие уран для нагревания воды и создания потока пара, который вращает турбину, с помощью чего вырабатывается электричество.

Вообще, сфера применения радиоактивных элементов довольно широка. Они используются для изучения живых организмов, диагностирования и лечения болезней, выработки энергии и для мониторинга промышленных процессов. Радиоактивные металлы являются основой для создания ядерного оружия — самого разрушительного оружия на планете.

Все известные радиоактивные элементы следует разделить на 2 группы (таблица 2.1): естественные и искусственные (техногенные) .

Среди естественных радиоактивных элементов выделяются долгоживущие (U, Th, K-40, Rb-87 и др.), короткоживущие продукты распада долгоживущих изотопов (радий, радон и т.д.) и нуклиды, постоянно образующиеся в природной среде за счет ядерных реакций (C-14, H-3, Be-7 и др.).

Искусственные радионуклиды могут быть подразделены на:

- осколочные (продукт деления ядер урана-235 под воздействием тепловых нейтронов по схеме):

90 Sr, 134 Cs, 137 Cs, 140 La, 131 I, 129 I, 99 Tc, 106 Ru, 141 Ce

- трансурановые радиоактивные элементы

- продукты активации – за счет взаимодействия нейтронов, гамма - квантов и т.д. с веществом:

56 Fe, 22 Na, 60 Co, 65 Zn, 32 P

8 Предельно допустимые дозы облучения на организм человека. Каковы основные тенденции в изменении этих нормативов?

Предельно допустимая доза (ПДД) ионизирующего излучения - гигиенический норматив, регламентирующий наибольшее допустимое значение индивидуальной эквивалентной дозы во всем теле человека или в отдельных органах, которое не вызовет в состоянии здоровья лиц, работающих с источниками ионизированного излучения, неблагоприятных изменений. Применяется в области радиационной безопасности, устанавливается законодательно. В Российской Федерации законодательным документом являются "Нормы радиационной безопасности". ПДД зависит от облучения всего тела, тех или иных групп т. н. критических органов и составляет от 5 до 30 бэр (50-300 мЗв) в год.

По отношению к облучению население делится на 3 категории.

Категория А облучаемых лиц или персонал (профессиональные работники) - лица, которые постоянно или временно работают непосредственно с источниками ионизирующих излучений.
Категория Б облучаемых лиц или ограниченная часть населения - лица, которые не работают непосредственно с источниками ионизирующего излучения, но по условиям проживания или размещения рабочих мест могут подвергаться воздействию ионизирующих излучений.

Для категории А вводятся предельно допустимые дозы -наибольшие значения индивидуальной эквивалентной дозы за календарный год, при которой равномерное облучение в течение 50 лет не может вызвать в состоянии здоровья неблагоприятных изменений, обнаруживаемых современными методами. Для категории Б определяется предел дозы.

Устанавливается три группы критических органов:

1 группа - все тело, гонады и красный костный мозг.

2 группа - мышцы, щитовидная железа, жировая ткань, печень, почки, селезенка, желудочно-кишечный тракт, легкие, хрусталики глаз и другие органы, за исключением тех, которые относятся к 1 и 3 группам.

3 группа - кожный покров, костная ткань, кисти, предплечья, голени и стопы.

Помимо основных дозовых пределов для оценки влияния излучения используют производные нормативы и контрольные уровни. Нормативы рассчитаны с учетом непревышения дозовых пределов ПДД (предельно допустимая доза) и ПД (предел дозы). Расчет допустимого содержания радионуклида в организме проводят с учетом его радиотоксичности и непревышения ПДД в критическом органе. Контрольные уровни должны обеспечивать такие низкие уровни облучения, какие можно достичь при соблюдении основных дозовых пределов.

Предельно допустимое годовое поступление ПДП радионуклида через органы дыхания;

Допустимое содержание радионуклида в критическом органе ДС А;

Допустимая мощность дозы излучения ДМД А;

Допустимая плотность потока частиц ДПП А;

Допустимая объемная активность (концентрация) радионуклида в воздухе рабочей зоны ДК А;

Допустимое загрязнение кожных покровов, спецодежды и рабочих поверхностей ДЗ А.

Предел годового поступления ПГП радионуклида через органы дыхания или пищеварения;

Допустимая объемная активность (концентрация) радионуклида ДК Б в атмосферном воздухе и воде;

Допустимая мощность дозы ДМД Б;

Допустимая плотность потока частиц ДПП Б;

Допустимое загрязнение кожных покровов, одежды и поверхностей ДЗ Б.

Численные значения допустимых уровней в полном объеме содержатся в "Нормах радиационной безопасности".

Пределы допустимых экспозиционных доз с годами менялись, и в целом, по мере того, как увеличивающиеся знания о рисках заболевания раком в результате облучения указывали на то, что угроза, которую представляет облучение, -значительно больше, чем предполагалось ранее, наблюдалась тенденция к их понижению. Для того чтобы гарантировать, что персонал не подвергается вредному воздействию свыше нормы, необходимо должным образом контролировать наиболее важные пути этого воздействия. Необходимо также учитывать, что ионизирующее излучение оказывает воздействие на людей различными путями.

9 Трансурановые элементы – как радиационно-опасный фактор

Трансурановые радиоактивные элементы - химические элементы с атомным номером, больше чем у урана-92:

240 Pu, 239 Pu, 239 U, 239 Np, 247 Cm, 241 Am

Википедия:

Элементы с атомным номером более 100 называются трансфермиевыми элементами. Одиннадцать из известных трансурановых элементов (93-103) принадлежит к числу актиноидов. Трансурановые элементы с атомным номером более 103 называются трансактиноидами.

Все известные изотопы трансурановых элементов имеют период полураспада значительно меньший, чем возраст Земли. Поэтому трансурановые элементы практически отсутствуют в природе и получаются искусственно посредством различных ядерных реакций. Элементы до фермия включительно образуются в ядерных реакторах в результате захвата нейтронов и последующего бета-распада. Трансфермиевые элементы образуются только в результате слияния ядер.

Первый из трансурановых элементов нептуний Np (п. н. 93) был получен в 1940 г. бомбардировкой урана нейтронами. За ним последовало открытие плутония (Pu, п. н. 94), америция (Am, п. н. 95), кюрия (Cm, п.н. 96), берклия (Bk, п. н. 97), калифорния(Cf, п. н.98), эйнштейния (Es, п.н.99), фермия (Fm, п.н. 100), менделевия (Md, п. н. 101), нобелия (No, п. н. 102) и лоуренсия (Lr, п. н. 103). Получены также трансактиноиды с порядковыми номерами 104-118; в этом ряду имена присвоены элементам 104-112: резерфордий (Rf, 104), дубний (Db, 105), сиборгий (Sg, 106), борий (Bh, 107), хассий (Hs, 108), мейтнерий (Mt, 109), дармштадтий (Ds, 110), рентгений (Rg, 111), коперниций (Cn, 112). Элементы 113-118 пока имеют временные названия, производные от соответствующих латинских числительных: унунтрий (Uut, 113), унунквадий (Uuq, 114), унунпентий (Uup, 115), унунгексий (Uuh, 116), унунсептий (Uus, 117), унуноктий (Uuo, 118).

Химические свойства лёгких трансурановых актиноидов, получаемых в весовых количествах, изучены более или менее полно; трансфермиевые элементы (Md, No, Lr и так далее) изучены слабо в связи с трудностью получения и короткими временами жизни. Кристаллографические исследования, изучение спектров поглощения растворов солей, магнитных свойств ионов и других свойств показали, что элементы с п. н. 93-103 - аналоги лантаноидов. Из всех трансурановых элементов наибольшее применение нашёл нуклид плутония 239Pu как ядерное топливо.

Трансурановые элементы (ТУЭ).

все эти радионуклиды испытывают α-распад и все долгоживущие.

Трансурановые радионуклиды (элементы) образуются в результате последовательно повторяющихся актов захвата нейтронов (n,γ) и последующим β-распадом:

1. 235 U(n,γ) 236 U(n,γ) 237 U 237 Np(n,γ) 238 Np 238 Pu

2. 238 U(n,γ) 239 U 239 Np 239 Pu

3. 239 Pu(n,γ 240 Pu

4. 240 Pu(n,γ) 241 Pu 241 Am

5. 241 Pu(n,γ) 242 Pu

Здесь приведены только основные превращения, в результате которых образуются значимые для радиоэкологии радионуклиды.

С увеличением Z и A синтезируемого ядра его выход резко уменьшается. В отличие от ядерного взрыва, при котором синтез ТУЭ происходит за время 10 -6 ÷ 10 -8 с при очень высоком интегральном нейтронном потоке (до 10 23 ÷ 10 23 нн/см 2), в ядерном реакторе время синтеза может продолжаться в течение многих лет при меньшей интенсивности нейтронного потока. Наибольший выход имеет реакция 2. – выход 239 Np и 239 Pu при плотности потока нейтронов в реакторе 10 13 нн/см 2 с составляет 0,1 Ки/1 г U.

Реакция 238 U(n,γ) 239 U → 239 Np → 239 Pu может происходить и в природных условиях под действием нейтронов спонтанного деления U(s,f) и нейтронов из (α,n) реакции на уране, содержащемся в урановых рудах. Выход ядер 239 Pu в этом случае порядка (0,4 ÷ 15)·10 -12 относительно содержания ядер 238 U в рудах.

Трансурановые элементы наиболее интенсивно нарабатываются в ядерных реакторах (в том числе и энергетических) и являются одним из самых ценных продуктов переработки выгоревшего ядерного топлива. Кроме ЯТЦ и ЯВ источником выбросов ТУЭ явилась авария ЧАЭС.

Все трансурановые элементы химически очень активны. Характерная их особенность – способность образовывать соединения с водородом, азотом, кислородом, галогенами, а также комплексные соединения. Степени окисления их от 2 + до 7 + .

Валентность радионуклидов плутония от 2 + до 7 + (2 + наименее характерна). В большинстве случаев радионуклиды плутония образуют нерастворимые соединения. Окислы плутония PuO, Pu 2 O 3 ,PuO 2 и фазы переменного состава от Pu 2 O 3 до Pu 4 O 7 . В водных растворах образует ионы (от 3 + до 7 +), причем все ионы могут находиться в растворе одновременно (кроме 7 +). Они подвержены гидролизу (эта способность возрастает в ряду PuO

Валентность 241 Am от 2 + до 7 + , причем наименее характерны 2 + и 7 + , а устойчивые 3 + , в твердом состоянии и в виде комплексов в растворе – 4 + . Окислы AmO, Am 2 O 3 , и AmO 2 . Образует нитридAmN, сульфид Am 2 S, а также металлоорганическое соединение Am(C 5 H 5) 3 . Америций образует растворимые соединения с галогенами (AmCl 2 , AmBr, AmJ 3). Образует комплексные соединения с минеральными и органическими кислотами. В отличие от плутония соединения америция обладают бóльшей растворимостью и, следовательно, бóльшей миграционной способностью.

В степени окисления 3 + свойства ТУЭ подобны свойствам лантаноидов, но обладают более сильно выраженной способностью к комплексообразованию (она возрастает в ряду U

В степени окисления 4 + образуют оксиды, фториды, устойчивы в водных растворах (U, Np, Pu), в водных растворах образуют комплексы. Соединения (гидрооксиды, фториды, иодиды, фосфаты, карбонаты) труднорастворимые. Сильные комплексообразователи (склонность возрастает от U к Am).

В степени окисления 5 + существуют в виде диокислов MeO 2 + . Эта ионная форма определяет химические свойства – малую склонность к гидролизу и комплексообразованию. В степени окисления 6 + находятся в форме ионов MeO 2 2+ . Известно значительное число комплексных соединений.

В степени окисления 7 + наиболее устойчив Pu. В твердом состоянии существует в виде ионов MeO 5 5- , MeO 5 3- , 4- и MeO 4 - , а в растворах – в гидратированной форме аниона MeO 5 3+ .

В общем, закономерности миграции плутония и америция подобны. Поэтому достаточно рассмотреть особенность миграции радионуклидов плутония.

Они определяются растворимостью соединений плутония в природных средах и, особенно, первоначальная химическая форма. При ядерных взрывах такой формой являются практически нерастворимые окислы и, в основном, отдельные атомы, которые с глобальными выпадениями поступают на земную поверхность и только здесь могут образовывать растворимые соединения.

В выбросах ЯТЦ преобладают растворимые соединения плутония, а также его комплексные соединения с органическими лигандами.

Особо сложным составом отличались выбросы при аварии ЧАЭС. Их можно разделить на 4 группы :

А - механически выброшенные из активной зоны тонкодисперсные частицы топлива, близкие по радионуклидному составу к отработанному топливу; осели на земную поверхность в ближней зоне (R ≤ 60 – 70 км).

Б – мелкодисперсное топливо и другие продукты, умеренно обогащенные летучими радионуклидами; содержание радионуклидов плутония в ~ 2 раза больше ожидаемого; осели на земную поверхность в зоне R ≤ 100 км.

В – выбросы, сильно обогащенные летучими радионуклидами, в том числе плутонием; осели на земную поверхность в зоне R ≤ 150 км и далее.

Г – выбросы, обогащенные радионуклидами плутония до 200 раз, в том числе частично растворимые соединения плутония; осели на земную поверхность в дальней зоне.

Различия в этих группах выбросов обусловлены главным образом различием температур в аварийном реакторе к моменту взрыва. Содержание кислорастворимых форм плутония возрастает от группы А и Б к группам В, Г в 4 – 15 раз и доходит до 55 ÷ 85%.

В настоящее время основным резервуаром радионуклидов плутония и 241 Am являются поверхность почв и донные отложения (более 99% поступивших и поступающих от глобальных и чернобыльских выпадений и от выбросов предприятий ЯТЦ). В биологических объектах этих трансурановых элементов не более 1% (в основном в растениях, а в животных еще в 5 ÷ 10 4 раз меньше). Радионуклиды плутония находятся преимущественно в 4 + нерастворимой форме. Коэффициент диффузии в почве ~ 10 -9 см/с.

Только около ~ 10% этих радионуклидов может быть в растворимой доступной для растений форме. Из растений наибольшую концентрацию радионуклидов плутония имеют низкорастущие растения (травы, мхи, лишайники). Это следствие того, что радионуклиды плутония перераспределяются на земной поверхности в основном за счет ветрового переноса и эрозии. Коэффициент накопления трансурановых элементов растениями очень низкий (10 -1 ÷ 10 -3).

Изотопные отношения радионуклидов плутония, содержащихся в почве различных регионов, существенно различаются из-за различия источников их поступления (глобальный, от ЯТЦ, авария ЧАЭС). Так, отношение 240 Pu/ 239 Pu от ядерных взрывов – (0,05 ÷ 0,06); от глобальных выпадений - около 0,176; от выбросов ЯТЦ вместе с глобальными выпадениями – (0,049 ÷ 0,150), а от чернобыльских выпадений – (0,30 ÷ 0,35).

Изотопные отношения для различных регионов варьируют в следующих пределах:

Видно, что основным радионуклидом плутония в выбросах является 239 Pu. Очень малы выбросы 238 Pu и 242 Pu. Несмотря на относительно низкие выбросы 241 Pu, они играют особую роль, так как в результате распада этого радионуклида образуется долгоживущий 241 Am. Поэтому содержание 241 Am в окружающей среде непрерывно возрастает. Так, в период 1940 – 1990 гг. содержание 241 Am в атмосфере увеличилось в 2 раза.

Абсолютное содержание радионуклидов плутония в почвах и атмосферных аэрозолях очень сильно варьирует, особенно в зависимости от расстояния от ЧАЭС. Так в атмосферных аэрозолях содержание плутония уменьшается в 10 4 раз при переходе от ближней к дальней зоне (в которой содержание плутония находится на уровне 19 Бк/л), плотность выпадений уменьшается в ~ 170 раз (до уровня 1,25·10 5 Бк/м 2), содержание на поверхности почвы уменьшается в ~ 370 раз (до уровня ~ 10 Бк/м 2). В целом по мере удаления от ЧАЭС уровень загрязнения приближается к фону глобального загрязнения – для земной поверхности (10 ÷ 60) Бк/м 2 . Средняя удельная активность радионуклидов плутония в почвах для европейской части России ~ 140 Бк/кг при фоне глобального загрязнения около 60 Бк/кг.

Человек всегда стремился отыскать материалы, которые не оставляют никаких шансов своим конкурентам. Издревле учёные искали самые твердые материалы в мире , самые лёгкие и самые тяжелые. Жажда открытий привела к открытию идеального газа и идеально чёрного тела. Представляем вам самые удивительные вещества в мире.

1. Самое черное вещество

Самое чёрное вещество в мире называется Vantablack и состоит из совокупности углеродных нанотрубок (см. углерод и его аллотропные модификации). Проще говоря, материал состоит из бесчисленного множества «волосков», попав в которые, свет отскакивает от одной трубки к другой. Таким образом поглощается около 99,965% светового потока и лишь ничтожная часть отражается обратно наружу.
Открытие Vantablack открывает широкие перспективы применения этого материала в астрономии, электронике и оптике.

2. Самое горючее вещество

Трифторид хлора является самым горючим веществом из когда-либо известных человечеству. Является сильнейшим окислителем и реагирует практически со всеми химическими элементами. Трифторид хлора способен прожечь бетон и легко воспламеняет стекло! Применение трифторида хлора практически невозможно из-за его феноменальной воспламеняемости и невозможности обеспечить безопасность использования.

3. Самое ядовитое вещество

Самый сильный яд — это ботулотоксин. Мы знаем его под названием ботокс, именно так он называется в косметологии, где нашел свое основное применение. Ботулотоксин — это химическое вещество, которое выделяют бактерии Clostridium botulinum. Помимо того, что ботулотоксин — самое ядовитое вещество, так он ещё и обладает самой большой молекулярной массой среди белков. О феноменальной ядовитости вещества говорит тот факт, что достаточно всего 0,00002 мг мин/л ботулотоксина, чтобы на полдня сделать зону поражения смертельно опасной для человека.

4. Самое горячее вещество

Это, так называемый, кварк-глюонная плазма. Вещество было создано с помощью столкновением атомов золота при почти световой скорости. Кварк-глюонная плазма имеет температуру 4 триллиона градусов Цельсия. Для сравнения, этот показатель выше температуры Солнца в 250 000 раз! К сожалению, время жизни вещества ограничено триллионной одной триллионной секунды.

5. Самая едкая кислота

В этой номинации чемпионом становится фторидно-сурьмяная кислота H. Фторидно-сурьмяная кислота в 2×10 16 (двести квинтиллионов) раз более едкая, чем серная кислота. Это очень активное вещество, которое может взорваться при добавлении небольшого количества воды. Испарения этой кислоты смертельно ядовиты.

6. Самое взрывоопасное вещество

Самое взрывоопасное вещество — гептанитрокубан. Он очень дорогой и применяется лишь для научных исследований. А вот чуть менее взрывоопасный октоген успешно применяется в военном деле и в геологии при бурении скважин.

7. Самое радиоактивное вещество

«Полоний-210» — изотоп полония, который не существует в природе, а изготавливается человеком. Используется для создания миниатюрных, но в тоже время, очень мощных источников энергии. Имеет очень короткий период полураспада и поэтому способен вызывать тяжелейшую лучевую болезнь.

8. Самое тяжёлое вещество

Это, конечно же, фуллерит. Его твердость почти в 2 раза выше, чем у натуральных алмазов. Подробнее о фуллерите можно прочитать в нашей статье Самые твердые материалы в мире .

9. Самый сильный магнит

Самый сильный магнит в мире состоит из железа и азота . В настоящее время, широкой общественности недоступны детали об этом веществе, однако уже сейчас известно, что новый супер-магнит на 18% мощнее самых сильных магнитов применяющихся сейчас — неодимовых. Неодимовые магниты изготавливаются из неодима, железа и бора.

10. Самое текучее вещество

Сверхтекучий Гелий II почти не имеет вязкости при температурах близких к абсолютному нулю. Этим свойством обусловлено его уникальное свойство просачиваться и выливаться из сосуда, изготовленного из любого твёрдого материала. Гелий II имеет перспективы использования в качестве идеального термопроводника, в котором не рассеивается тепло.

Уран, торий и некоторые другие элементы обладают свойством непрерывно и без каких-либо внешних воздействий (т. е. под влиянием внутренних причин) испускать невидимое излучение, которое подобно рентгеновскому излучению способно проникать сквозь непрозрачные экраны и оказывать фотографическое и ионизационное действия.

Свойство самопроизвольного испускания подобного излучения получило название радиоактивности. Элементы, обладающие этим свойством, называются радиоактивными элементами, а испускаемое ими излучение - радиоактивным излучением. Радиоактивные свойства были впервые обнаружены в 1896 г. у урана французским физиком Антуаном Анри Беккерелем (1852-1908).

Открытие радиоактивности произошло вслед за открытием рентгеновского излучения. Испускание рентгеновского излучения впервые было замечено при бомбардировке стеклянных стенок разрядной трубки катодными лучами. Наиболее эффективным результатом такой бомбардировки является интенсивное зеленое свечение стекла, люминесценция (см. том II, § 102). Это обстоятельство навело на мысль, что рентгеновское излучение есть продукт люминесценции и сопровождает всякую люминесценцию, и сопровождает «осужденную светом.

Опытной проверкой этого предположения занялся Беккерель. Он возбуждал люминесцирующие вещества светом, а затем подносил их к обёрнутой в черную бумагу фотопластинке. Испускание проникающего излучения должно было бы обнаружиться по почернению фотопластинки после проявления. Из всех испытанных Беккерелем люминесцирующих веществ почернение пластики сквозь черную бумагу вызывала лишь соль урана. Но при этом оказалось, что образец, предварительно возбужденный сильным освоением, давал такое же почернение, как и невозбужденный образец. Отсюда следовало, что испускаемое урановой солью излучение не связано с люминесценцией, а испускается независимо от внешних воздействий. Этот вывод подтвердился опытами с нелюминесцирующими соединениями урана - они все давали проникающие излучение.

После открытия радиоактивности урана Беккерелем польский и французский физик Мария Склодовская-Кюри (1867-1934), которая основные научные работы выполняла в сотрудничестве со своим мужем Пьером Кюри (1859-1906), исследовала большую часть известных элементов и многие их соединения с целью установить, не обладают ли какие-либо из них радиоактивными свойствами. В своих опытах М. Кюри использовала в качестве признака радиоактивности способность радиоактивных веществ ионизовать воздух. Этот признак гораздо более чувствителен, чем способность радиоактивных веществ действовать на фотопластинку. Ионизующее действие радиоактивного препарата легко обнаруживается с помощью опыта, изображенного на рис. 376 (ср. том II, § 92). Опыты М. Кюри привели к следующим результатам.

Рис. 376. Измерение ионизационного тока: 1 – корпус ионизационной камеры, 2 – электрод, отделенный от 1 изолирующей пробкой 3,4 – изучаемый препарат, 5 – электрометр. Сопротивление . При достаточно высоком напряжении батареи все ионы, образуемые в объеме камеры ионизующим излучением, собираются на электроды, и через камеру точек ток, пропорциональный ионизационному действию препарата. В отсутствие ионизующих агентов воздух в камере является непроводником, и ток равен нулю

1. Радиоактивность обнаруживают не только уран, но и все его химические соединения. Кроме того, радиоактивные свойства были обнаружены еще у одного элемента - тория и у всех его химических соединений.

2. Радиоактивность препарата с любым химическим составом равна радиоактивности чистых урана или тория, взятых в количестве, в котором они содержатся в этом препарате.

Последний результат означает, что свойства молекулы, в состав которой входит радиоактивный элемент, не влияют на радиоактивность. Таким образом, радиоактивность представляет собой не молекулярное явление, а внутреннее свойство атомов радиоактивного элемента.

Помимо чистых элементов и их соединений, Кюри исследовала также различные природные минералы. Радиоактивность минералов оказалась обусловленной присутствием в них урана или тория. При этом, однако, некоторые минералы обнаружили неожиданно большую радиоактивность. Так, урановая смоляная руда давала в четыре раза большую ионизацию, чем содержащийся в ней уран.

Повышенную активность смоляной руды можно было объяснить только примесью неизвестного радиоактивного элемента в количестве настолько малом, что он ускользал от химического анализа. Несмотря на малое содержание, этот элемент испускал больше радиоактивного излучения, чем присутствующий в большом количестве уран. Следовательно, радиоактивность этого элемента должна быть во много раз сильнее радиоактивности урана.

Исходя из этих соображений, Пьер и Мария Кюри предприняли химическое выделение гипотетического элемента из урановой смоляной руды. Контролем успешности проводимых химических операций служила радиоактивность на единицу массы получаемого продукта, которая должна была расти по мере увеличения в нем содержания нового элемента. После нескольких лет напряженной работы действительно удалось получить несколько десятых долей грамма чистого элемента, радиоактивность которого более чем в миллион раз превосходила радиоактивность урана. Элемент этот получил название радий (т. е. лучистый).

По своим химическим свойствам радий относится к щелочно-земельным металлам. Атомная масса его оказалась равной 226. На основании химических свойств и атомной массы радий был помещен в дотоле пустовавшую клетку № 88 периодической системы Менделеева.

Радий является постоянным спутником урана в рудах, но содержится в ничтожных количествах - примерно радия на урана; ввиду этого добыча радия представляет собой весьма трудоемкий процесс. Радий - один из самых редких и дорогих металлов. Он ценится как концентрированный источник радиоактивных излучений.

Дальнейшие исследования Кюри и других ученых значительно расширили число известных радиоактивных элементов.

Все элементы с порядковым номером, превышающим 83, оказались радиоактивными. Они были найдены в виде небольших примесей к урану, радию и торию.

Таким же образом были найдены радиоактивные изотопы элементов таллия , свинца и висмута . Следует отметить, что радиоактивны только редкие изотопы этих элементов, примешанные к урану, радию и торию. Обычные таллий, свинец и висмут нерадиоактивны.

Помимо элементов, образующих коней периодической системы Менделеева, радиоактивными оказались также элементы: самарий, калий, рубидий. Радиоактивность этих элементов слаба и обнаруживается с трудом.