Методы концентрирования и разделения радионуклидов
Покупка
Издательство:
Издательство Уральского университета
Год издания: 2016
Кол-во страниц: 128
Дополнительно
Вид издания:
Учебно-методическая литература
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
ISBN: 978-5-7996-1834-6
Артикул: 800143.01.99
Доступ онлайн
В корзину
Учебно-методическое пособие предназначено в помощь студентам при освоении теоретического курса и выполнении лабораторных работ. Текст включает вопросы для проверки знаний и списки рекомендуемой литературы, содержит рекомендации по выбору специфических и селективных сорбентов и экстрагентов для осуществления операций выделения, разделения и концентрирования радиоактивных компонентов, находящихся в растворах с низкой концентрацией. Пособие предназначено для студентов дневной формы обучения физико-технологических специальностей по курсу «Основы ядерной физики, радиохимии и дозиметрии».
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
Министерство образования и науки Российской Федерации Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина Ю. В. Егоров, Н. Д. Бетенеков, В. Д. Пузако Методы концентрирования и разделения радионуклидов Учебно-методическое пособие Под общей редакцией д-ра хим. наук, проф. Ю. В. Егорова Рекомендовано методическим советом УрФУ для студентов, обучающихся по направлению подготовки 250900 — Химическая технология материалов современной энергетики Екатеринбург Издательство Уральского университета 2016
УДК 621.039.3(075.8) ББК 35.364.03я73 Е30 Рецензенты: директор Института промышленной экологии УрО РАН, д-р техн. наук М. В. Жуковский; заместитель директора Института химии твердого тела УрО РАН по научной работе, д-р хим. наук Е. В. Поляков Егоров, Ю. В. Е30 Методы концентрирования и разделения радионуклидов : учебно-методическое пособие / Ю. В. Егоров, Н. Д. Бетенеков, В. Д. Пузако. — Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та, 2016. — 128 с. ISBN 978-5-7996-1834-6 Учебно-методическое пособие предназначено в помощь студентам при освоении теоретического курса и выполнении лабораторных работ. Текст включает вопросы для проверки знаний и списки рекомендуемой литературы, содержит рекомендации по выбору специфических и селективных сорбентов и экстрагентов для осуществления операций выделения, разделения и концентрирования радиоактивных компонентов, находящихся в растворах с низкой концентрацией. Пособие предназначено для студентов дневной формы обучения физико-технологических специальностей по курсу «Основы ядерной физики, радиохимии и дозиметрии». Библиогр.: 99 назв. Табл. 16. Рис. 21. УДК 621.039.3(075.8) ББК 35.364.03я73 ISBN 978-5-7996-1834-6 © Уральский федеральный университет, 2016 Учебное издание Егоров Юрий Вячеславович, Бетенеков Николай Дмитриевич, Пузако Виталий Дмитриевич МЕтоды концЕнтрироВания и раздЕлЕния радионуклидоВ Редактор О. С. Смирнова Верстка О. П. Игнатьевой Подписано в печать 31.10.2016. Формат 70×100/16. Бумага писчая. Печать цифровая. Гарнитура Newton. Уч.-изд. л. 6,5. Усл. печ. л. 10,3. Тираж 50 экз. Заказ 357 Издательство Уральского университета Редакционно-издательский отдел ИПЦ УрФУ 620049, Екатеринбург, ул. С. Ковалевской, 5. Тел.: 8(343)375-48-25, 375-46-85, 374-19-41. E-mail: rio@urfu.ru Отпечатано в Издательско-полиграфическом центре УрФУ 620075, Екатеринбург, ул. Тургенева, 4. Тел.: 8(343) 350-56-64, 350-90-13. Факс: 8(343) 358-93-06 E-mail: press-urfu@mail.ru
Оглавление Предисловие.....................................................................................................4 1. Разделение урана и тория с помощью тонкослойных неорганических сорбентов ..........................................................................9 2. Извлечение цезия из растворов солей его аналогов и их разделение с помощью неорганических сорбентов .......................... 30 3. Исследование состояния 90 234Th(UX1) в водном растворе сорбционным методом .............................................................................. 59 4. Применение изотопных генераторов для получения короткоживущих радионуклидов .............................................................. 66 5. Разделение радионуклидов методами соосаждения и тонкослойной хроматографии ................................................................ 70 6. Экспрессный радиохимический анализ водных сред с применением сорбционного концентрирования................................... 80 7. Разделение радионуклидов методом экстрационной хроматографии ..... 93 8. Разделение радионуклидов методом ионообменной хроматографии. Разделение радионуклидов ториевого ряда ............................................ 102 9. Разделение церия и празеодима .............................................................. 112
Предисловие 1. Содержание и особенности практикумов по курсу «Основы ядерной физики, радиохимии и дозиметрии» в VII–VIII семестрах П рактикумы по курсу «Основы ядерной физики, радиохимии и дозиметрии» в VII — VIII семестрах имеют следующие особенности: большой объем работы с радионуклидами в открытом виде; выполняемые лабораторные работы охватывают материал, читаемый в части II курса «Основы ядерной физики, радиохимии и дозиметрии»; практикум имеет обязательную для всех студентов учебно-исследовательскую часть, завершающую радиохимическую подготовку студентов. Эти особенности накладывают свой отпечаток и на содержание практикумов: они начинаются с детального знакомства с основными санитарными правилами работы с источниками ионизирующих излучений (ОСП-96/2010) и нормами радиационной безопасности (НРБ-96/2009), затем идет так называемая «стандартная часть» практикума. К учебно-исследовательской работе студент допускается только после выполнения всех задач стандартного практикума и приобретения необходимых навыков работы с радионуклидами в открытом виде. 2. Выполнение лабораторных работ стандартного практикума в VII семестре К прохождению стандартного практикума допускаются студенты, посетившие инструктаж — занятие по ознакомлению с ОСП-96/2010 и показавшие удовлетворительные знания матери-
2. Выполнение лабораторных работ стандартного практикума в VII семестре ала I и II частей курса радиохимии (выполнение контрольной работы). При пропуске занятия студент самостоятельно знакомится с необходимыми документами (НРБ-96/2009, ОСП-96/2010, кафедральные инструкции), после чего проходит собеседование с преподавателем и выполняет контрольную работу. При подготовке к коллоквиуму следует иметь в виду следующее. Описание лабораторной работы содержит, как правило, минимально необходимые сведения для квалифицированного выполнения работы. Однако в описаниях сознательно опущены те разделы, которые подробно освещались в I части курса. Так, например, в работе может быть только упомянут конкретный радионуклид, с помощью которого выполняется эксперимент. Студент в этом случае самостоятельно, с помощью справочника, находит характеристики (период полураспада, тип и энергию излучения, схему распада), на основании которых оценивает целесообразность предлагаемой методики измерения, или обоснованно предлагает свой вариант. Аналогичное замечание относится к числу и продолжительности измерений фона установки и активности получаемых препаратов. Эти параметры определяются самостоятельно каждым студентом исходя из того, что погрешность прямых измерений не должна превышать 5 % для 95 % доверительной вероятности. Если это требование трудновыполнимо, то вопрос о допустимой величине погрешности решается совместно с преподавателем. В том случае, когда лабораторная работа охватывает материал, еще не освещенный подробно в лекционных курсах, обязательным является использование литературы в соответствии с прилагаемым списком. Коллоквиум по лабораторной работе проходит в форме индивидуальной беседы с преподавателем, а его результаты оцениваются по пя- тибалльной системе. До сдачи коллоквиума студент предъявляет отчет о предыдущей работе. После сдачи коллоквиума студент допускается к индивидуальному выполнению лабораторной работы. Прежде чем начать экспериментальную часть, студент обязан убедиться, что его рабочее место оборудовано в соответствии с ОСП-96/2010 и содержит все необходимое для выполнения работы. Все возникшие при этом во- просы разрешаются совместно с преподавателем. Запрещается перенос оборудования, реактивов и особенно посуды (стаканы, пробирки, пипетки, бюретки и т. п.) с одного рабочего ме- ста на другое без разрешения преподавателя, так как это может при-
Предисловие вести к ошибочным результатам вследствие появления неконтроли- руемой примеси постороннего радионуклида. Важную роль при выполнении радиохимического эксперимента играет правильное ведение первичной научной документации. Для студента таким документом является рабочий журнал. В журнале дол- жен быть отражен весь ход выполнения лабораторной работы в виде записей последовательности операций и их результатов. Все проме- жуточные расчеты (определение необходимой продолжительности из- мерений активности, нахождение погрешностей прямых измерений и косвенных величин, расчет различных вспомогательных параме- тров и т. п.) обязательно должны фиксироваться в рабочем журнале. Для ведения рабочего журнала достаточно ученической тетради (18– 24 листа). После окончания работы журнал предъявляется препода- вателю, подписывается им и оценивается по пятибалльной системе. В любом спорном случае, касающемся результатов лабораторной ра- боты, основным и единственным арбитражным документом являет- ся рабочий журнал. На основании записей в рабочем журнале студенты составляют в виде отдельного документа отчет о выполненной работе в соответ- ствии с ГОСТ 7.32–81 (Отчет о научно-исследовательской работе), обращая особое внимание на последовательность изложения, рубри- кацию разделов, оформление рисунков и таблиц, ссылок на исполь- зованную литературу. Особое внимание обращается на раздел, посвя- щенный оценке эксперимента, и раздел, касающийся истолкования экспериментальных данных. Общая продолжительность стандартно- го практикума 8–9 недель. 3. Выполнение учебно-исследовательской работы (УИРС) в VIII семестре Учебно-исследовательская работа является заключительной фазой лабораторного радиохимического практикума, обязательной для всех студентов. Ее цель — помочь студенту закрепить полученные в лек- ционных курсах знания путем творческого, самостоятельного реше- ния небольшой научной задачи. Подготовка к выполнению УИР на- чинается за 1–1,5 месяца до окончания стандартного практикума.
3. Выполнение учебно-исследовательской работы (УИРС) в VIII семестре Каждый студент получает индивидуальное задание на УИР, в кото- ром кратко сформулирована предлагаемая задача, перечислены воз- можные в условиях лаборатории методы исследования и указана ос- новная литература. Ознакомившись с рекомендованной литературой, студент составляет литературный обзор, в котором приводит сведе- ния, необходимые для обстоятельной аргументации цели предстоя- щего исследования. Объем литературного обзора не ограничивается, однако крайно- стей надо избегать. Одинаково плохи как чрезвычайно короткий обзор, так и обзор, представляющий сводку добросовестно пере- писанных первоисточников. Литературный обзор должен давать представление о собственном понимании проблемы, подкреплен- ным анализом литературных источников. В конце литературного обзора как его итог должна быть четко сформулирована конкретная задача исследования. Следующей стадией подготовки к работе явля- ются составление общего плана экспериментальной работы, выбор методики и определение уровня активности на рабочем месте путем проведения предварительных расчетов. План эксперимента должен быть расписан в соответствии с числом занятий (7–9), отведенных для УИР, методика эксперимента выбирается с учетом аппаратурных возможностей кафедры, а расчет активности на рабочем месте вы- полняется для конкретного радионуклида и принятого способа из- мерения активности препаратов. Результаты проверяются препода- вателем на соответствие требованиям НРБ-96/2009 для внеклассной работы с радионуклидами. Все предварительные выкладки и расче- ты заносятся в рабочий журнал. Практическое выполнение УИР начинается с организации рабо- чего места и проводится под непосредственным контролем со сторо- ны руководителя УИР. Результаты каждого занятия обрабатываются и обсуждаются с ру- ководителем для решения вопроса о конкретном содержании следующего занятия. После окончания УИР составляется подробный отчет о выполненной работе в соответствии с ГОСТ 7.32–81. Отчет вместе с рабочим журналом сдается преподавателю и, после проверки, результаты работы докладываются студентом на заседании комиссии кафедры по приему отчетов. После защиты отчет и рабочий журнал остаются на кафедре.
Предисловие При составлении отчета следует иметь в виду, что ни одна сколько- нибудь важная экспериментально найденная величина не должна даваться без оценки погрешности ее определения. Это относится как к результатам прямых измерений активности препаратов, так и ко всем величинам, которые получают в результате последующих расчетов. Без раздела, посвященного оценке погрешностей результатов, отчеты по УИР к защите не допускаются. Лучшие работы по рекомендации комиссии выдвигаются на конкурсы студенческих работ.
1. Разделение урана и тория с помощью тонкослойных неорганических сорбентов 1.1. Общие положения У ран и торий являются наиболее распространенными природными радиоактивными элементами. Три естественных, т. е. встречающихся в природе, изотопа урана входят в состав двух радиоактивных семейств: U-234 и U-238 находятся в семействе 4n+2, а U-235 — в семействе 4n+3. Один из самых долгоживущих природ- ных изотопов Th-232 возглавляет семейство 4n+0. Другие природные изотопы тория (Th-234, Th-230) находятся в составе семейства урана — радия (4n+2). Больше естественных изотопов урана и тория не суще- ствует. Кларки урана и тория по данным А. П. Виноградова равны со- ответственно 2,5·10–4 % и 1,3·10–3 % [1]. В настоящее время основным «ядерным горючим» является уран. Торий можно рассматривать в качестве резервного источника энер- гии, если с помощью ядерно-химических процессов получать из него отсутствующий в природе U-233: 232 233 233 233 Th Th Pa U + ® ® ® ‑ ‑ n b b . Период полураспада U-233 1,6·10 5 лет, поэтому его вполне мож- но получать и заготавливать впрок. Этот изотоп обладает способно- стью делиться на тепловых нейтронах с выделением энергии подоб- но U-235 и Pu-239. Известны также другие искусственные изотопы урана и тория: от U-230 до U-240 и от Th-226 до Th-231. В подавляющем большин-
1. Разделение урана и тория с помощью тонкослойных неорганических сорбентов стве это a- и b-излучатели (при этом не следует забывать о сопрово- ждающем g-излучении). К урану, который используется в ядерно-энергетических процес- сах, предъявляются жесткие требования в отношении химической чистоты. Задача осложняется тем, что технология урана практиче- ски всегда была связана с переработкой полиметаллических руд: бо- гатые урановые месторождения в настоящее время большая редкость. Более того, можно утверждать, что со временем человечество обра- тится к еще более бедным месторождениям; не исключено, что ис- точником получения урана в будущем может стать Мировой океан, в котором содержится 10 10 т урана (15·10–2 % от находящегося в раз- веданной геосфере). Таким образом, значение задачи извлечения урана из сложных по составу сред, в частности из растворов различного происхожде- ния, будет со временем только возрастать. И в целом будет возрас- тать роль гидрометаллургических операций разделения, выделения, концентрирования и более специальных — обогащения и аффинажа (если техническая революция и развитие энергетической базы не вы- ведут вперед электрохимию расплавов и методы газовой химии, основанные на использовании различной летучести соединений). Эти операции неизбежно станут ключевыми в любых экологизированных гидрометаллургических технологиях будущего, которые будут связаны, конечно, не только с ураном, но и с большинством элементов периодической системы. В данной лабораторной работе предлагается разделить уран и торий, часто сопровождающий уран в природных месторождениях. Кроме того, подобная задача (только в этом случае торий будет преобладающим элементом, а уран — на уровне микрокомпонента, или «примеси») встречается как в технологии природного тория, так и в технологии искусственного U-233. Для выполнения лабораторной работы необходимо достаточное знакомство с химическими свойствами соединений урана и тория, а также знание основных закономерностей и терминологии межфазного распределения.
1.2. Очерк химических свойств урана и тория, имеющих значение для гидрометаллургических процессов 1.2. Очерк химических свойств урана и тория, имеющих значение для гидрометаллургических процессов 1.2.1. Общие замечания Уран обладает более обширным перечнем химических соедине- ний вследствие того, что он (противоположно торию) характеризует- ся несколькими степенями окисления. Например, в водных растворах существуют достаточно устойчивые его соединения, где уран находит- ся в степенях окисления +3, +4, +5 и +6. А в твердой фазе, расплавах и в газообразном состоянии химические свойства урана еще разноо- бразнее (известна степень окисления +2 и обнаружены нецелочислен- ные степени окисления [2, с. 232; 3]). В то же время торий в растворах присутствует в составе соединений, где он проявляет единственную степень окисления +4. И уран в различных степенях окисления, и то- рий образуют большое число растворимых соединений, в том числе комплексных, и плохо растворимых, которые имеют технологическое значение, т. е. могут применяться в процессах обогащения, разделе- ния, выделения, аффинажа. 1.2.2. Уран В водных растворах наиболее устойчивы соединения, где уран на- ходится в степенях окисления +4, в особенности +6. В степени окис- ления +3 он проявляет свойства сильного восстановителя, разлагает воду с образованием водорода; при этом уран окисляется: U III U IV ( ) ® ( ) Уран в степени окисления +5 склонен к диспропорционированию и устойчивых растворов не образует: U V U IV + U VI ( ) ® ( ) ( ) Все гидроксиды урана — U(OH)з, U(OH)4, UO2(OH)2 — плохо рас- творимы. К плохо растворимым солям урана (во всех степенях окис- ления) относятся фосфаты, средние карбонаты и оксалаты. Среди фторидов плохо растворимы UFз и UF4, а UO2F2 обладает заметной рас-
Доступ онлайн
В корзину