Основы радиохимии

Допущено
Министерством образования
Республики Беларусь
в  качестве учебного пособия
для студентов учреждений 
высшего образования 
по химическим специальностям

Минск
«Вышэйшая  школа»
2014

Þ.Ï. Äàâûäîâ

Îñíîâû
ðàäèîõèìèè

УДК 544.58(075.8)
ББК 24.13я73
 
Д13

Рец ен з ен т ы: кафедра радиационной химии и химико-фармацевтических технологий химического факультета Белорусского государственного 
университета (В.И. Гергалов); доктор технических наук, профессор, академик А.А. Михалевич

Все права на данное издание защищены. Воспроизведение всей книги 
или любой ее части не может быть осуществлено без разрешения издате льства.

ISBN 978-985-06-2395-9 
© Давыдов Ю.П., 2014
 
© Оформление. УП «Издательство
 
“Вы шэйшая школа”», 2014

ÂÂÅÄÅÍÈÅ

Открытие, исследование и применение явления радиоактивности – одно из выдающихся событий прошлого века. Событие это настолько значимое, что ХХ век стали называть 
атомным веком. Самые современные отрасли промышленности, в первую очередь атомная энергетика и связанная с ней 
атомная промышленность, обязаны своим возникновением радиоактивным атомам. Радиохимия – одна из тех новых отраслей знаний, которые в большой степени определили научный 
и технический прогресс ХХ в.
Целью радиохимии является изучение химических и физико-химических свойств радиоактивных элементов (радионуклидов), методов их выделения, концентрирования и очистки. 
Эта наука исследует свойства радиоактивных изотопов с помощью их ядерных излучений. Характерной особенностью 
радиохимии является то, что она изучает состояние и законы 
поведения ультрамалых количеств вещества и имеет собственные методы исследования.
Радиохимии принадлежит ведущая роль в технологии получения и изучении физико-химических свойств и поведения 
в различных средах новых элементов и новых изотопов, которые находят применение в самых различных областях науки 
и техники. Если в начале XX в., к моменту зарождения радиохимии, было известно всего несколько десятков естественнорадиоактивных элементов и их изотопов, то сейчас их более 
1500, включая значительное число изотопов искусственных 
элементов.
Открытие деления атомного ядра привело к созданию и испытанию ядерного и термоядерного оружия. Наработка делящихся материалов, развитие атомной энергетики вызвали необходимость создания радиохимической переработки облученных материалов, выделения и определения целевых 
компонентов.
Настоящее время характеризуется преимущественным развитием ядерной энергетики, темпы которого имеют тенденцию к дальнейшему росту. Интенсивность развития атомной 
энергетики во многом зависит от эффективного решения проблем, связанных с безопасностью эксплуатации АЭС и охраной окружающей среды от образующихся радионуклидов.
Среди многих проблем радиоэкологии, возникших перед 
человечеством в последние годы, постоянное внимание обще

ственности привлекает радиоактивное загрязнение окружающей среды. Для контроля загрязнения природной среды радионуклидами и прогнозирования их поведения в экосистемах 
наряду с информацией об общем содержании радионуклидов 
и закономерностях их распределения необходимо знать, в каких формах они находятся, что в основном определяет физико-химические свойства и миграционную способность радионуклидов в системах «почва – растения», «почва – поверхностные и грунтовые воды», «вода – взвеси – донные отложения». 
Этот непростой вопрос еще мало изучен, что связано в первую 
очередь с трудностями методического характера.
Данные о формах нахождения радионуклидов в объектах 
окружающей среды позволяют получить дополнительную информацию об источниках поступления радионуклидов в биосферу – выявить изотопные и неизотопные носители с целью 
оптимизации радиоэкологических исследований, разработки 
моделей физико-химических процессов с участием радионуклидов (сорбции, гидролиза, коллоидообразования, окислительно-восстановительных процессов), разработки моделей 
локального поведения радионуклидов (т.е. двух- и трехмерных моделей их гидродинамической и гидрохимической миграции), прогнозирования глобального изменения радиационной ситуации в регионе, а также разработки комплексного 
плана реабилитации природных вод и почв.
На основе исследования форм нахождения радионуклидов 
в водах были разработаны эффективные технологии очистки 
этих вод, успешно реализована идея интенсификации удаления из загрязненных вод на оксигидратах железа и алюминия 
гидролизующихся радионуклидов с введением в процесс коагуляции добавок природных и синтетических сорбентов. В результате эффективность очистки воды от широкого спектра 
радионуклидов была увеличена в десятки раз.
Знание форм нахождения радионуклидов в растворах необходимо для эффективности решения проблемы очистки от радионуклидов любых растворов, образующихся при эксплуатации атомных электростанций: очистки радиоактивных вод 
первого контура АЭС, очистки вод спецпрачечных, очистки 
растворов, образующихся при дезактивации атомных электростанций, и т.д.
Трудности решения вопросов очистки растворов от радионуклидов заключаются в многообразии форм нахождения радионуклидов в растворах. Это гидратированные катионы, мо

ноядерные и полиядерные гидроксокомплексы, гетероядерные 
комплексы, истинные коллоидные частицы и псевдоколлоиды, где каждая форма радионуклида имеет индивидуальные 
свойства – адсорбцию, способность проходить через мембрану, проницаемую для ионов, экстракцию, ионный обмен и др.
Согласно 
Указу 
Президента 
Республики 
Беларусь 
от 12.11.2007 № 565 «О некоторых мерах по строительству 
атомной электростанции» и Постановлению Совета Безопасности Республики Беларусь от 31.01.2008 № 1 «О развитии 
атомной энергетики в Республике Беларусь», в Беларуси начато строительство атомной электростанции. Республика крайне 
заинтересована в том, чтобы эксплуатация станции АЭС не 
сопровождалась проблемами радиологического, экономического и социального характера, связанными с радиоактивными отходами как неизбежным следствием производства электроэнергии на АЭС.
В настоящем учебном пособии рассматриваются история 
развития учения о радиоактивности, основные этапы становления радиохимии и перспективы ее развития, обсуждаются 
особенности радиохимии и проблемы, связанные с проведением радиохимических исследований, а также общие закономерности поведения радионуклидов. Наиболее подробно анализируются данные о формах нахождения радионуклидов 
в растворах различного состава, в том числе в присутствии 
комплексообразователей и посторонних катионов, показана 
их роль в разработке современных и эффективных методов 
очистки растворов от радионуклидов. Освещаются вопросы 
обращения с радиоактивными отходами, представлены источники их образования, способы дезактивации различных объектов и проблемы, возникающие при очистке отработанных 
дезактивирующих растворов и других жидких радиоактивных 
отходов, в том числе образующихся при эксплуатации атомных электростанций, определены задачи и основные направления радиоэкологических исследований.
Автор выражает глубокую благодарность сотрудникам лаборатории В.М. Сацукевич, Н.И. Вороник, В.В. Тороповой, 
А.В. Радкевичу, В.С. Лабко за помощь при подготовке рукописи к изданию.

ÃË À  À 1. ÈÑÒÎÐÈß ÐÀÇÂÈÒÈß Ó×ÅÍÈß 
Î ÐÀÄÈÎÀÊÒÈÂÍÎÑÒÈ

1.1. Îòêðûòèå ðàäèîàêòèâíîñòè 
è åñòåñòâåííûõ ðàäèîàêòèâíûõ ýëåìåíòîâ

После открытия рентгеновского излучения французский 
ученый А. Пуанкаре выдвинул гипотезу о том, что испускание 
рентгеновских лучей связано с флуоресценцией. Проверяя 
данную гипотезу, французский ученый А. Беккерель исследовал фотографическое действие через бумагу активированных 
солнечным светом кристаллов солей урана. В ходе работы 
было установлено, что урановая соль даже без воздействия 
солнечного света обладает свойством испускать излучение, 
проникающее через черную бумагу. Вот как описывает это открытие сам Беккерель: «Некоторые из опытов были подготовлены в среду 26 февраля и в четверг 27 февраля, но так как 
в эти дни солнце светило не все время, а с промежутками, то я 
не стал проводить подготовленные эксперименты, и положил 
пластинки обратно в темный ящик, оставив кристаллы урановой соли в том же положении. Так как в следующие дни солнце не показывалось, я проявил пластинки 1 марта, ожидая получить очень слабые изображения. В противоположность этому получились очень интенсивные силуэты. Гипотеза, которая 
приходит на ум, заключается в предположении, что эти излучения подобны невидимым лучам, испускаемым флуоресцирующими веществами, с той лишь разницей, что длительность этого излучения бесконечно больше длительности видимых излучений, испускаемых такими телами». Так в начале 
1896 г. благодаря счастливой случайности было открыто явление, названное позднее Марией Кюри радиоактивностью.
В первый момент после опубликования это событие не вызвало особенно сильного интереса и привлекло внимание 
только небольшого числа ученых, среди которых были Пьер 
и Мария Кюри. М. Кюри приступила к изучению нового явления в декабре 1897 г. Ионизационным методом она произвела 
точное измерение интенсивности излучения урана и, кроме 
того, показала, что аналогичное излучение испускается торием, между тем как другие исследовавшиеся элементы дали отрицательный результат. При измерении излучения урановых 
минералов М. Кюри заметила, что активность их намного 

превышает ожидаемую в соответствии с содержанием в них 
урана. Такой странный результат можно было объяснить, допустив, что в данных минералах содержится примесь, излучающая сильнее, чем уран. П. и М. Кюри совместно взялись 
за задачу выделения этой гипотетической примеси. Единственным известным свойством последней было испускание 
излучения. Это свойство они назвали радиоактивностью.
Радиоактивность (от лат. radius – луч, āktīvus – действенный) – спонтанное превращение неустойчивых изотопов одного химического элемента в изотопы другого элемента, сопровождающееся излучением.
В своих поисках П. и М. Кюри пользовались методом, который и на сегодняшний день остался основным в радиохимии. Они обрабатывали минерал следующим образом: проводили операции химического разделения раствора на фракции, 
а затем измеряли активность различных фракций, чтобы определить, в какой из них сконцентрировалось радиоактивное вещество. В июле 1898 г., через шесть месяцев после начала работы, ученые сообщили об открытии полония, названного так 
в честь Польши – родины М. Кюри; затем, в декабре 1898 г., – 
об открытии радия. Эти новые элементы были получены 
лишь в очень малых концентрациях, однако их активность являлась значительной. Для того чтобы приготовить чистый радий, П. и М. Кюри потребовалось еще много лет работы 
в трудных, из-за недостатка материальных средств, условиях.
Открытие полония и радия положило начало широким научным исследованиям в этой области, к которым приступили 
кроме французских также английские, немецкие и австрийские 
ученые. С исключительной быстротой получали новые научные данные. Работы А. Беккереля, П. и М. Кюри, Э. Резерфорда и других ученых показали, что радиоактивные вещества могут испускать три вида излучений: α-лучи (альфа-лучи), представляющие собой ядра атомов гелия, несущие по два 
положительных заряда; β-лучи (бета-лучи) – электроны с отрицательным зарядом, аналогичные катодным лучам; γ-лучи 
(гамма-лучи) – электромагнитное излучение, аналогичное 
рентгеновским лучам. Ученые обнаружили также уменьшение 
с течением времени активности некоторых радионуклидов. 
Химическими методами были открыты долгоживущие радионуклиды, а посредством физических методов – короткоживущие элементы. Изменение активности радионуклидов обычно 

характеризуют периодом полураспада, т.е. временем, в течение 
которого активность уменьшается наполовину.
В 1901 г. в числе других гипотез о природе радиоактивности предложено интерпретировать радиоактивность как явление, связанное с атомным превращением, и в 1903 г. теория 
радиоактивных превращений Э. Резерфорда и Ф. Содди облекла эти предположения в законченную форму. П. Кюри 
в 1903 г. открыл количественный закон снижения радиоактивности, введя понятие периода полураспада, и показал его независимость от внешних условий. Исходя из этого, он предложил использовать период полураспада как эталон времени для 
установления возраста земных пород. В том же году П. Кюри 
вместе с А. Лабордом обнаружили самопроизвольное выделение тепла солями радия, что явилось первым наглядным свидетельством существования атомной энергии. Ф. Содди ввел 
понятие периода полураспада. Ф. Содди (в 1911 г.) и независимо от него К. Фаянс (в 1913 г.) сформулировали правило 
смещения в периодической системе Д.И. Менделеева. При 
α-распаде порядковый номер радионуклида смещается на два 
места влево, а при β–-распаде – на одно место вправо.
П. и М. Кюри обнаружили в 1899 г. световое и химическое 
действие излучений. В 1901 г. П. Кюри и А. Беккерель сообщили о том, что излучение, испускаемое ампулой с радием, 
вызывает ожоги; в том же году французский медик А. Данло 
впервые попытался использовать это излучение в медицинских целях. В 1904 г. французский промышленник А. де Лис, 
основываясь на методах П. и М. Кюри и А. Дебьерна, организовал добычу радия.
Открытие радиоактивности нашло широкий отклик даже 
вне научной среды. Хотя энергия, выделяемая радиоактивными элементами, по абсолютной величине очень мала, но, выделяемая в расчете на атом, она огромна: каждая α-частица 
обладает такой же большой кинетической энергией, какую получила бы при ускорении ее в электрическом поле с разностью потенциалов в несколько миллионов вольт. Можно подсчитать, что при полном распаде 1 г радия выделяется такое 
же количество теплоты, как при сгорании 500 кг угля, однако 
для выделения половины этой теплоты потребовалось бы 
2000 лет. Тем не менее стало ясно, что атомы некоторых элементов способны выделять огромную энергию и что эта энергия может приобрести большое значение после того, как 
удастся ее освободить.

Существенный вклад в изучение радиоактивности внесли 
и русские ученые. Уже в 1896 г. профессора военно-медицинской академии Н.Г. Егоров и Л.А. Гертуни воспроизвели опыты А. Беккереля. В 1900 г. И.И. Боргман (профессор Петербургского университета), подтверждая работы М. Кюри, нашел прямую зависимость интенсивности излучения урана 
от его содержания в изучаемых объектах, а ранее (в 1897 г.) 
он обнаружил способность этих лучей вызывать термолюминесценцию. В том же году профессор Московского университета А.П. Соколов разработал метод определения радия 
по выделяющемуся радону. Этот метод находит практическое 
применение и в наше время. Г.Н. Антонову принадлежит 
честь открытия в 1911 г. урана-Y (231Th) в ряду актиноурана, 
а также выделение и исследование в ряду урана-238 RaD 
(210Pb) и RaE (210Bi). В.А. Бородовский провел исследования 
поглощения β-лучей. Результаты этой работы были опубликованы в 1910 г. в монографии «Поглощение бета-лучей радия». 
Л.С. Коловрат-Червинский изучал в лаборатории М. Кюри условия выделения эманации из различных солей, содержащих 
радий. К числу его учеников и помощников принадлежит известный физик-ядерщик Л.В. Мысовский.
Интенсивно проводилось исследование радиоактивности 
российских минералов, минеральных вод, грязей и атмосферы (И.А. Антипов, И.Б. Берсукер, А.П. Грузинцев, П.П. Орлов, 
А.П. Соколов, Н.А. Умов и др.). Параллельно шло изучение 
химии и превращений химических элементов. В 1897–1907 гг. 
П.Г. Меликов и Л.В. Писаржевский получают надурановую 
кислоту, С. Лордкипанидзе – фторнадурановую кислоту, Л.А. Чугаев и Н.А. Орлов – галогениды, сульфаты и оксалаты четырехвалентного урана, А.М. Васильев синтезирует гидрат нитрата уранила.
Одним из первых значение открытия радиоактивности понял академик В.И. Вернадский. В своем историческом выступлении на заседании Академии наук в 1910 г. он сказал: 
«... теперь перед нами открываются в явлениях радиоактивности источники новой энергии, в миллионы раз превышающие 
все те источники сил, какие рисовались человеческому воображению». В том же году в записке «О необходимости исследований радиоактивных минералов Российской империи» 
он писал: «По мере того как мы углубляемся в явления радиоактивности, их значение становится для нас все более важным. Мы сознаем неизбежность колоссальных изменений ус