- •(Сти нияу мифи)
- •Химия и технология получение нептуния
- •Содержание
- •Введение
- •Методы отделения нептуния от сопутствующих элементов
- •Осаждение неорганическими реагентами
- •Окислительно-восстановительные циклы
- •Осаждение в виде оксалатов
- •Осаждение в виде сульфатов
- •Осаждение органическими реагентами
- •Осаждение в виде фениларсонатов
- •Список использованной литературы
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 3
Методы отделения нептуния от сопутствующих элементов 7
Осаждение неорганическими реагентами 8
Окислительно-восстановительные циклы 9
Осаждение в виде оксалатов 10
Осаждение в виде сульфатов 11
Осаждение органическими реагентами 12
Осаждение в виде фениларсонатов 12
Список использованной литературы 16
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.