Уральский Государственный Технический Университет - УПИ
Кафедра Радиохимии
Лабораторная работа № 17:
“Применение изотопных генераторов
для получения короткоживущих радионуклидов”
2008 г.
Цель работы
:
Применение изотопных генераторов для получения короткоживущих радионуклидов.
Теоретическая часть:
Для многих прикладных радиохимических целей удобнее применять короткоживущие радионуклиды с периодами полураспада от нескольких минут до нескольких часов. Однако эффективное применение таких изотопов вдали от места их образования (реактор, ускорители) возможно лишь в таких случаях, когда нужный радионуклид является дочерним продуктов другого радионуклида с большим периодом полураспада. Из материнского радионуклида приготовляют "изотопный генератор", который позволяет многократно получать короткоживущий дочерний радионуклид, отделяя его химически от материнского изотопа. Активность дочернего радионуклида при получении его в данный момент из генератора можно определить по формуле:
(1)
где a2
- активность дочернего радионуклида, находящегося в генераторе в данный момент; a01
- начальная активность материнского радионуклида в момент зарядки генератора или в момент начала отсчета времени; t - время, прошедшее с начала отсчета до настоящего момента; т - время, прошедшее с момента предыдущего отделения дочернего радионуклида от генератора до настоящего времени (предполагается, что при этом дочерний радионуклид удаляется полностью): λ1
и λ2
- постоянные распада соответственно материнского и дочернего радионуклидов. После отделения дочернего радионуклида его активность в генераторе возрастает со временем по законам накопления дочерней активности и достигает максимума, а затем убывает в соответствии с формулой (1).
В момент времени, отвечающий максимуму активности дочернего радионуклида, А2
= А1
. В дальнейшем отношение А2
/А1
возрастает со временем и стремится к предельному значению.
В большинстве случаев изотопный генератор представляет собой колонку, заполненную специально подобранным веществом (насадкой), в верхней части которой фиксирован материнский нуклид. Пропуская через колонку вымывающий раствор, отделяют накопившийся дочерний короткоживущий радионуклид и получают его препарат. Одним из примеров изотопного генератора служит устройство, включающее генетическую пару 137
Cs - 137
m
Ba. Схему распада можно представить следующим образом:
β -
γ
137
Cs - > 137
m
Ba - > 137
Ba
Т = 30 лет Т= 2.54 мин
Предельное отношение (А2
/А1
) пред
. для данной генетической пары практически равно единице, т.к λ2
>>λ1
. Поскольку период полураспада материнского нуклида достаточно велик, то изотопный генератор Ва-137 может служить длительное время без существенного изменения своих радиохимических характеристик. В качестве насадки для фиксации Cs-137 обычно используют высокоспецифичные к цезию неорганические сорбенты, например, ферроцианиды тяжелых металлов, и, в частности, ферроцианид никеля - калия.
Структура и сорбционные свойства ферроцианидов более подробно рассмотрены в рекомендуемой литературе. Ва-137 обычно выделяют растворами солей бария, которые используют для получения меченого сульфата бария.
Вымывание бария из ферроцианида никеля - калия можно осуществлять также растворами кислот или солей натрия, калия, кальция и др. Частичное вымывание возможно и при промывании водой.
Практическая часть
:
1. Через изотопный генератор пропускаем 15 мл соляной кислоты с концентрацией 0,1 моль/л.
2. Измеряем скорость счета в течении 30 мин (первые 5 мин с интервалом 30 с после через 1 мин). Опыт проводим дважды. Данные заносим в таблицу № 1. Рассчитываем In
=I-Iф;
LnIn
.
Таблица № 1.
t |
I1
|
I2
|
Iп1
|
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. Построим график зависимости LnIn
от t для обоих опытов.
Рисунок № 1. График зависимости LnIn
от t для Опыта № 1.
Рисунок № 2. График зависимости LnIn
от t для Опыта № 2.
4. Методом наименьших квадратов рассчитаем скорость счета короткоживущего радионуклида на момент выделения и период полураспада для первого опыта.
Уравнение прямой:
y= 10,67 - 0,259x.
В данном уравнении величина 10,67 есть LnI0
, следовательно скорость счет на момент выделения равна:
I0
=Exp (10,67) = 47741 имп/10 с
Коэффициент регрессии - λ, следовательно период полураспада равен:
T1/2
=Ln (2) / λ= 2,67 мин
Погрешность в определении λ равна 0,001 следовательно для периода полураспада равна:
Δ T1/2
=0,01
5. Методом наименьших квадратов рассчитаем скорость счета короткоживущего радионуклида на момент выделения и период полураспада для второго опыта.
Уравнение прямой:
y= 10,76 - 0,261x.
В данном уравнении величина 10,67 есть LnI0
, следовательно, скорость счет на момент выделения равна:
I0
=Exp (10,76) = 47269 имп/10 с
Коэффициент регрессии - λ, следовательно период полураспада равен:
T1/2
=Ln (2) / λ= 2,66 мин
Погрешность в определении λ равна 0,001 следовательно для периода полураспада равна:Δ T1/2
=0,01
6. Рассчитаем РНЧ для обоих опытов.
РНЧ= (I0
-Iк
) / I0
РНЧ1
= (47741-373) *100%/ 47741=99,78%
РНЧ2
= (47269-325) *100%/ 47741=99,88%
Вывод
В ходе данной лабораторной работы мы получили навык работы с изотопным генератором. Рассчитали скорость счета короткоживущего радионуклида на момент выделения (I01
=47741; I02
=47269) и период полураспада (T1/2 1
=2.67±0.01; T1/2 2
=2.66±0.01). По периоду полураспада можно судить о том, что данный радионуклид - 137
m
Ba. Так же рассчитали РНЧ1 (
99,78%) и РНЧ2
(99,88%), полученные значения РНЧ подтверждаются графиками зависимости LnIn
от t (скорость счета LnIn
недостигает нуля, это связано с наличием 137
Cs). По высокой РНЧ и высокой активности (о ней можно судить по скорости счета), а так же по тому, что 137
m
Ba мы можем получить по истечении 10 периодов полураспада можно сказать, что мы применяли изотопный генератор. Погрешность в определении периода полураспада связана с неточностью оборудования (секундомера), а так же с неточностью проведения опыта.
Ответы на коллоквиум
:
1. Высокая селиктивность ферроцианида никеля-калия к 137
Csобъясняется тем что, сорбент имеет подходящую кристаллическую решетку, так же К и Cs оба являются щелочными металлами, оба катионы так же у них близкие химические свойства.
2. РНЧ= (I0
-Iк
) / I0
= 99,99%
Можно предположить, что A (137
m
Ва) =99,99%, а A (137
Cs) =0,01%, тогда воспользуемся формулой связи массы радионуклида с его активностью.
|