Уральський державний технічний університет - УПІ
Кафедра радіохімії
Лабораторна робота № 17:
"Застосування ізотопних генераторів
для отримання короткоживучих радіонуклідів "
2008
Мета роботи: Застосування ізотопних генераторів для отримання короткоживучих радіонуклідів.
Теоретична частина: Для багатьох прикладних радіохімічних цілей зручніше застосовувати короткоживучі радіонукліди з періодами напіврозпаду від декількох хвилин до декількох годин. Однак ефективне застосування таких ізотопів далеко від місця їх утворення (реактор, прискорювачі) можливо лише в таких випадках, коли потрібний радіонуклід є дочірнім продуктів іншого радіонукліду з великим періодом напіврозпаду. З материнського радіонукліда готують "ізотопний генератор", який дозволяє багаторазово отримувати короткоживучий дочірній радіонуклід, відокремлюючи його хімічно від материнського ізотопу. Активність дочірнього радіонукліда при отриманні його в даний момент з генератора можна визначити за формулою:
(1)
де a
2 - активність дочірнього радіонукліда, що знаходиться в генераторі в даний момент; a
01 - початкова активність материнського радіонукліда в момент зарядки генератора або в момент початку відліку часу; t - час, що минув з початку відліку до теперішнього моменту; т - час, що минув з моменту попереднього відділення дочірнього радіонукліда від генератора до теперішнього часу (передбачається, що при цьому дочірній радіонуклід віддаляється повністю): λ
1 і λ
2 - постійні розпаду
відповідно материнського та дочірнього радіонуклідів. Після відділення дочірнього радіонукліда його активність у генераторі зростає з часом за законами накопичення дочірньої активності і досягає максимуму, а потім убуває згідно з формулою (1).
У момент часу, що
відповідає максимуму активності дочірнього радіонукліда, А
2 = А
1. Надалі ставлення А
2 / А
1 зростає з часом і прагне до граничного значення.
У більшості випадків ізотопний генератор являє собою колонку, заповнену спеціально підібраним речовиною (насадкою), у верхній частині якої фіксований материнський нуклід. Пропускаючи через колонку вимивається розчином, відокремлюють накопичився дочірній короткоживучий радіонуклід і отримують його препарат. Одним із прикладів ізотопного генератора служить пристрій, що включає генетичну пару
137 Cs -
137 m Ba. Схему розпаду можна представити наступним чином:
β
- γ
137 Cs ->
137 m Ba ->
137 Ba
Т = 30 років Т = 2.54 хв
Граничне відношення (А
2 / А
1) перед. для даної генетичної пари практично дорівнює одиниці, т.к λ
2>> λ
1. Оскільки період напіврозпаду материнського нукліда досить великий, то ізотопний генератор Ва-137 може служити тривалий час без істотної зміни своїх радіохімічних характеристик. В якості насадки для фіксації Cs-137 зазвичай використовують високоспецифічні до цезію неорганічні
сорбенти, наприклад, ферроцианида важких металів, і, зокрема, ферроцианид нікелю - калію.
Структура та сорбційні властивості ферроцианида більш детально розглянуті в рекомендованій літературі. Ва-137 зазвичай виділяють розчинами солей барію, які використовують для отримання міченого сульфату барію.
Вимивання барію з ферроцианида нікелю - калію можна здійснювати також розчинами кислот або солей натрію, калію, кальцію та ін Часткове вимивання можливо і при промиванні водою.
Практична частина: 1. Через ізотопний генератор пропускаємо 15 мл соляної кислоти з концентрацією 0,1 моль / л.
2. Вимірюємо швидкість рахунку протягом 30 хв (перші 5 хв з інтервалом 30 с після через 1 хв). Досвід проводимо двічі. Дані заносимо в таблицю № 1. Розраховуємо I
n = II
ф; LnI
n. Таблиця № 1.
t
| I 1
| I 2
| I п1
| 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
| 24559
| 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
| 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
| 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
|
3. Побудуємо графік залежності LnI
n від t для обох дослідів.
\ S Малюнок № 1. Графік залежності LnI
n від t для Досвіду № 1.
\ S Малюнок № 2. Графік залежності LnI
n від t для Досвіду № 2.
4. Методом найменших квадратів розрахуємо швидкість рахунку короткоживучого радіонукліда на момент виділення і період напіврозпаду для першого досвіду.
Рівняння прямої:
y = 10,67 - 0,259 x.
У даному рівнянні величина 10,67 є LnI
0, отже швидкість рахунок на момент виділення дорівнює:
I
0 = Exp (10,67) = 47741 імп/10 з
Коефіцієнт регресії - λ, отже період напіврозпаду дорівнює:
T
1 / 2 = Ln (2) / λ = 2,67 хв
Похибка у визначенні λ дорівнює 0,001 отже для періоду напіврозпаду дорівнює:
Δ T
1 / 2 = 0,01
5. Методом найменших квадратів розрахуємо швидкість рахунку короткоживучого радіонукліда на момент виділення і період напіврозпаду для другого досліду.
Рівняння прямої:
y = 10,76 - 0,261 x.
У даному рівнянні величина 10,67 є LnI
0, отже, швидкість рахунок на момент виділення дорівнює:
I
0 = Exp (10,76) = 47269 імп/10 з
Коефіцієнт регресії - λ, отже період напіврозпаду дорівнює:
T
1 / 2 = Ln (2) / λ = 2,66 хв
Похибка у визначенні λ дорівнює 0,001 отже для періоду напіврозпаду дорівнює: Δ T
1 / 2 = 0,01
6.
Розрахуємо РНЧ для обох дослідів.
РНЧ = (I
0-I к) / I
0 РНЧ
1 = (47741-373) *
100% / 47 741 = 99,78%
РНЧ
2 = (47269-325) * 100% / 47 741 = 99,88%
Висновок
У ході даної лабораторної роботи ми отримали навички роботи з ізотопним генератором. Розрахували швидкість рахунку короткоживучого радіонукліда на момент виділення (I
01 = 47741; I
02 = 47 269) і період напіврозпаду (T
1 / 2 1 = 2.67 ± 0.01; T
1 / 2 2 = 2.66 ± 0.01). За періодом напіврозпаду можна судити про те, що даний радіонуклід -
137 m Ba. Так само розрахували РНЧ
1 (99,78%) і РНЧ
2 (99,88%), отримані значення РНЧ підтверджуються графіками залежності LnI
n від t (швидкість рахунку LnI
n недостігаемимі нуля, це пов'язано з наявністю
137 Cs). За високою РНЧ та високої активності (про неї можна судити за швидкістю рахунку), а так само з
того, що
137 m Ba ми можемо отримати після закінчення 10 періодів напіврозпаду можна сказати, що ми застосовували ізотопний генератор. Похибка у визначенні періоду напіврозпаду пов'язана з неточністю обладнання (секундоміра), а так само з неточністю проведення досвіду.
Відповіді на колоквіум: 1. Висока селіктівность ферроцианида нікелю-калію до
137 Cs пояснюється тим що, сорбент має
відповідну кристалічну решітку, так само К і Cs обидва є лужними металами, обидва катіони так само в них близькі хімічні властивості.
2. РНЧ = (I
0-I к) / I
0 = 99,99%
Можна припустити, що A
(137 m Ва) = 99,99%, а A
(137 Cs) = 0,01%, тоді скористаємося формулою зв'язку маси радіонукліду з його активністю.