ĐIỀU CHẾ VÀ TÁCH CÁC ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ

CHƢƠNG ĐIỀU CHẾ VÀ TÁCH CÁC ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ §1 Các biện pháp điều chế đồng vị phóng xạ Có ba biện pháp chủ yếu để điều chế đồng vị phóng xạ là: chế biến quặng Urani Thori, nhờ trình phân rã phóng xạ 238U, 235U 232Th mà tạo thành đồng vị phóng xạ nguyên tố có số thứ tự từ 81 đến 91, thực phản ứng hạt nhân dạng thiết bị khác tách đồng vị từ Misen bị chiếu xạ; biện pháp tách đồng vị từ sản phẩm trình phân chia Urani Ngoài tự nhiên có chứa nhiều đồng vị phóng xạ có thời gian sống lâu nguyên tố hóa học, mà khả tách chúng chưa nêu Trong trình phân rã phóng xạ tự nhiên, đồng vị phóng xạ tự nhiên, đồng vị phóng xạ nằm hỗn hợp với đồng vị mẹ, đa số trường hợp hỗn hợp với hàng loạt đồng vị khác Tất đồng vị phóng xạ nêu phân tán khối lượng lớn chất không phóng xạ, ví dụ trường hợp quặng Urani Thori Khi chiếu xạ Misen tiểu phần hạt nhân đồng vị phóng xạ nhận phản ứng hạt nhân phân tán khối lượng lớn nguyên tử không phóng xạ Ngoài Misen tạo thành hỗn hợp phóng xạ Trong trình phân chia hạt nhân Urani có tạo thành hỗn hợp phức tạp đồng vị phóng xạ nhiều nguyên tố hóa học Do đặt nhiệm vụ làm giầu, tách tinh chế đồng vị phóng xạ Nếu đồng vị phóng xạ nhận theo phản ứng hạt nhân xảy mà không làm thay đổi điện tích hạt nhân (các phản ứng n,n; x,x; d,3H; d,p; chuyển hóa đồng phân), việc tách khỏi vật liệu Misen dựa hiệu ứng giật lùi, thông qua phần lựa chọn thích hợp Misen, phần nguyên tử đồng vị phóng xạ nhận dạng hóa học tách rời khỏi chất mẹ (hợp chất khác, trạng thái hóa trị khác) Trong phản ứng nêu cần phải tinh chế đồng vị phóng xạ khỏi tạp chất Trường hợp tạo thành đồng vị phóng xạ Misen theo phản ứng hạt nhân có kèm theo biến đổi điện tích hạt nhân (n,p;n, α p,n; p,γ ; d,n; d,2n; α,p; α,n; phân rã α β …) việc tách chúng mà cần thiết Ở nhiều trường hợp trình tách thực không cần thêm chất mang đồng vị, ta nhận đồng vị phóng xạ chất mang Trong trường hợp khác trình tách thực cách pha loãng đồng vị phóng xạ đồng vị không phóng xạ (chất mang đông vị) nguyên tố cho, cách điều chế đồng vị phóng xạ chất mang, sản phẩm có hoạt tính phóng xạ riêng tùy thuộc vào lượng chất mang đưa vào Cũng trường hợp thứ nhất, trình tách có liên quan với làm sạnh tạp chất phóng xạ Nếu đồng vị phóng xạ nhận nhờ trình phân chia hạt nhân nhờ trình phân giải có chiều sâu, số thứ tự khác xa số thứ tự nguyên tố Misen, nằm dạng hỗn hợp phức tạp đồng vị phóng xạ Trong trường hợp trình tách thực tế phải trải qua giai đoạn: Phân chia hỗn hợp đồng vị phóng xạ thành nhóm nguyên tố có tính chất tương tự sau tách tiếp tục nhóm để thu cấu tử riêng biệt hỗn hợp Quá trình tách đồng vị phóng xạ khỏi vật liệu Misen gọi trình làm giầu đặc trưng hệ số làm giầu, tức tỷ số cường độ phóng xạ riêng đồng vị phóng xạ sau trình tách độ phóng xạ riêng trước tách §2 Các phƣơng pháp tách đồng vị phóng xạ Các phương pháp để tách tinh chế đồng vị phóng xạ là: phương pháp chiết, đồng kết tủa, hấp phụ, sắc kí, tách điện hóa điện phân, chưng cất ngân tách - Phương pháp chiết để tách đồng vị phóng xạ + Hằng số hệ số phân bố: Chiết phương pháp quan trọng sử dụng rộng rãi để tách phân chia đồng vị phóng xạ: Nó dựa phân bố dung môi không tan lẫn, thường nước dung môi hữu Quá trình chiết thực cho dung dịch tiếp xúc với tác nhân chiết, sau phân chia pha cuối hoàn nguyên loại bỏ tác nhân chiết Hai dung môi phải không tan lẫn hòa tan vào nhau, phải khác mật độ (tỷ trọng), có độ nhớt thấp; tác nhân chiết phải hoàn nguyên tách bỏ, phải có khả hòa tan lựa chọn chất cần tách Quá trình hoàn nguyên dung môi thực cách nhỏ trích ly, chưng cất, kết tinh, kết tủa phương pháp khác Xuất phát từ điều kiện cân hóa chất hòa tan dung môi không tan lẫn điều kiện cân ta có số cân Kp KP  a1 C1  a C 2 (8.1) Trong a1 a2 hoạt độ nhiệt động chất hòa tan dung môi thứ thứ 2, c1 c2 nồng độ mol dung môi tương ứng; γ1 γ2 hệ số hoạt độ nhiệt động tương ứng Hằng số phân bố tất số cân khác phụ thuộc vào chất chất điều kiện cân (nhiệt độ, áp suất) Hệ số phân bố D đặc trưng cho phân bố chất pha tỷ số nồng độ chất phân bố pha thứ pha thứ D C1 C2 (8.2) Nếu chất phân bố tạo thành dung dịch hợp chất phân bố chất phân bố bị phân ly pha, thay cho nồng độ phải dùng tỷ số số nguyên tử gam cua nguyên tố phân bố pha Từ phương trình (8.1) (8.2) K P  D 1  D  K P 2 1 (8.3) Hệ số phân bố dễ dàng tìm thực nghiệm Trong trường hợp chung phụ thuộc vào yếu tố số phân bố, phụ thuộc vào thành phần dung dịch Khi hệ thức Kp D tùy thuộc vào chế trình chiết Đối với dung dịch lý tưởng trình liên hợp phân ly, tan lẫn pha tương tác chất hòa tan với dung môi,  =  = nhiệt độ áp suất không đổi phương trình (8.3) chuyển dạng sau đây: KP ≡ C1 D C2 (8.4) Chính quy luật phân bố Bertlo – Nernst Rất có điều kiện Một ví dụ cho trường hợp trình phân bố iod pha nước cacbuahidro Trong trường hợp tổng quát tỷ số nồng độ chất dung môi – tức hệ số phân bố D – giá trị không đổi Nếu có xảy trình điện ly chất pha nước theo phương trình: mMn+ MmAn nAm- hoạt độ nhiệt động chất hòa tan dung dịch nước anước = γm+ [ M]m( nước).γn- [ A]n(nước) = [ M]m(nước).[ A]n(nước).γ±m+n (8.5) Trong [M](nước) [A](nước) nồng độ mol molan cation anion; γ+ γ- hệ số hoạt độ nhiệt động cation anion; Trong pha hữu cơ, trình phân ly, hệ số hoạt độ nhiệt động chất hòa tan bằng: ahc =[ MmAn ]hc.γhc (8.6) Ở [ MmAn ]hc nồng độ mol (hoặc molan) cá chất pha hữu Từ phương trình (8.1), (8.5) (8.6) có: KP  [ M m An ]hc  hc [ M ]mnuoc.[ A]nnuoc. mn (8.7) Biểu thức tương tự nhận có phân ly pha hữu pha Thông thường nước dung môi thứ tham gia vào phản ứng hóa học với chất hòa tan đó, nguyên nhân phụ thuộc số phân bố vào nồng độ chất hòa tan - dạng tổng quát mô tả phản ứng: mM+nuoc nA-nuoc pH2O lS { Mm.An(H2O)pSl} h.c Đối với trường hợp số phân bố bằng: KP  [ M m An ( H 2O) p Sl ]h.c  h.c [ M  ]mnuoc.[ A ]nnuoc.aHp 2O aSl  mn (8.8) Trong [M m An ( H 2O) p Sl ]h.c nồng độ hợp chất solvat pha hữu cơ;  H O hoạt độ nhiệt động nước; as hoạt độ nhiệt động dung môi hữu tác nhân chiết pha hữu Ở giả thiết phân ly pha hữu Hệ số phân bố cation bằng: DM  m[ M m An ( H 2O) p S l ]h.c [ M ]nuoc anion: (8.9) DA  m[ M m An ( H 2O) p S l ]h.c (8.10) [ A]nuoc Từ phương trình (8.8) (8.9) nhận DM  1 mK P [ M ]mnuoc  m n a Hp 2O aSl [ A]nnuoc (8.11)  hc Đối với DA nhận phương trình tương tự Từ phương trình (8.11) thấy m > tương ứng n > hệ số phân bố thay đổi theo thay đổi nồng độ cation (anion) phân bố pha nước Nó tỷ lệ với hệ số hoạt độ cation va anion pha nước, hệ số tăng tăng nồng độ muối lạ (hiệu ứng muối) Khi hoạt độ nước giảm   tăng Sự tăng nồng độ anion (cation) dẫn tới làm tăng hệ số phân bố, làm   tăng, điều làm tăng hệ số phân bố Quá trình polyme hóa pha hữu làm tăng hệ số phân bố, pha loãng dung môi chiết dung môi hữu trơ dẫn tới làm giảm thấp hệ số phân bố Tùy theo mức độ chiết, nồng độ hoạt động chất bị chiết giảm hệ số hoạt độ γh.c bị thay đổi, mà hệ số phân bố giảm Khi chiết lượng lớn thay đổi hệ số phân bố độ hòa tan giới hạn hợp chất bị chiết tác nhân chiết Khi chiết vài cấu tử tương tác chúng ảnh hưởng đến hệ số phân bố Sự có mặt dung dịch chất kết hợp với tác nhân phản ứng tác nhân chiết có ảnh hưởng đến hệ số phân bố Theo chế mô tả trình chiết cation, chiết Thorinitrat Tributylphotphat chất tương tự xảy sau: Th4+ KP  4NO3 nuoc Th(NO3)4 2TBFh.c 2TBF  hc[Th( NO3 ) 2TBF ]h.c  [Th 4 ]nuoc[ NO3 ]4nuoc[TBF ]2h.c  TBF  (8.12) Đa số cation tạo thành với phức vòng (Khelat) hợp chất phức nội, hòa tan tốt thân tác nhân phản ứng dung môi hữu khác Trong dung dịch xảy trình sau: – Phân ly tác nhân RH (Khelat) pha nước: RH R-+ H+ Hằng số phân ly Kpl bằng: K pl  [ H  ]nuoc.[ R  ]nuoc [ HR]nuoc (8.13) – Phân bố tác nhân phản ứng pha nước pha hữu Hệ số phân bố Dph bằng: D pb  [ HR]h.c [ HR]nuoc (8.14) – Tạo thành hợp chất phức pha nước: Mn+ MRn nR- Hằng số không bền hợp chất phức Kkb bằng: [ M n ]nuoc.[ R  ]nnuoc K kb  [ MRn ]nuoc (8.15) – Phân bố hợp chất phức tao thành pha nước pha hữu cơ, trình đặc trưng hệ số phân bố Dk DK  [ MRn ]hc [ MRn ]nuoc (8.16) Hệ số phân bố cation DM từ (8.13) – (8.16) bằng: DM  K pl D pb [ HR]nh.c [ MRn ]h.c  [ M n ]nuoc K kb Dk [ H  ]nnuoc (8.17) Quá trình chiết ion kim loại Axetylaxetomat, Kupfcrron, Ditizon, – oxykilonlin nhiều tác nhân khác Hệ số phân bố phụ thuộc mạnh vào độ axit môi trường giảm tăng độ axit Quá trình chiết Amin xảy theo chế tạo thành hợp chất phức hữu hòa tan tốt Amin Trong trường axit có tạo thành muối amin, chúng tham gia vào phản ứng trao đổi với anion phức chất liên hợp ion R3Nhc + HXnuoc { (R3NH)+X- }hc MXn, nuoc + X-nuoc {(R3NH)+X-}h.c + MX-(n+1) nuoc MX-(n+1) nuoc {(R3NH)+MX-n+1}h.c + X-nuoc Hằng số cân phản ứng cuối bằng:  hc [ R3 NHMX n1 ]hc [ X  ]nuoc. X  hc [ R3 NHX ]hc [ MX n1 ]nuoc MX KP   (8.18)  n 1 Trong γhc hệ số hoạt độ [R3NHX] môi trường hữu Hệ số phân bố bằng: DM  Ở phức chất MX-n+1 [M ] i nuoc [ R3 NHMX n1 ]hc [M i ]nuoc (8.19)  [MX n1 ]nuoc(1   K b,i [ X ]) trình phân ly liên tục : MXn +X- MX+n-1 + 2X- MX2+n-2 + 3X- Từ (8.18) (8.19) có: Mn+ + nX- DM   h' c MX [ X  ]nuoc(1   K b,i [ X  ]  h.c X K p [ R3 NHX ]hc n 1 (8.20)  Quy trình chiết clorua sắt nhiều clorua kim loại khác amin có mặt axit halogenhydric xảy theo cách Quá trình chiết Urani Amin thực môi trường HNO3 theo phản ứng: UO2(NO3) + HNO3 HUO2(NO3)3 Chất tiên hợp ion bị chiết không amin mà dung môi chứa oxy (rượu, ete, este, andehyt, xeton) Trong trường hợp có tạo thành hợp chất dạng: R R O + H2O + MXn [ R R O H2O ]+ MX-n Trong trường hợp trình chiết tuân theo phương trình (8.20) tạo phức đóng vai trò lớn trình chiết, nhiều trường hợp trình tạo phức phụ thuộc vào nồng độ ion hidro mà pH môi trường có ảnh hưởng mạnh đến trình chiết Các ion hóa trị cao tạo thành phức chất bền vững hơn, mà trình chiết phụ thuộc vào điện tích ion Vì thế, Pu 4+ bị chiết tốt tác nhân chiết tạo phức so với Pu 3+; so với Sr2+ Y3+ bị chiết oxykinolin tốt v.v… Trên hình 8.1 có ảnh hưởng pH dung dịch nước tới trình chiết đồng vị phóng xạ Tenoiltrifloraxeton Benzen Ở có tách lựa chọn ion khác pH khác Hình 8.1 Ảnh hưởng pH dung dịch đến mức độ tách đồng vị phóng xạ Tenoiltrifloaxeton Benzen Quá trình chiết chất phóng xạ có phức tạp có trình phân hủy xạ Ngoài dùng phương pháp chiết để tách chất phóng xạ nồng độ vi lượng có kèm theo trình hấp phụ thành thiết bị thủy tinh tạp chất bẩn + Phân chia trình chiết Nếu dùng m để ký hiệu lượng chất phân bố m1 lượng chất chuyển vào pha theo phương trình (8.2) có: m1 V1 D m  m1 V2 (8.21) Ở V1 V2 thể tích dung môi thứ thứ Từ sau giai đoạn tách thứ có: m1  m( DV1 ) DV1  V2 (8.22) Khi chiết tiếp thể tích tách tác nhân chiết V sau giai đoạn tách thứ n: mn  m( DV1 n ) DV1  V2 (8.23) Nếu ký hiệu DV1/V2 ε – gọi hệ số tách phần bị tách E bằng: V D m1 DV1 V2  E    V m DV1  V2 D 1  1 V2 (8.24) Phần chất không bị tách φ – E   1 Sau lần tách thứ n phần chất bị tách En  (  )n  1 (8.26) Tổng lượng chất bị tách sau n lần chiết bằng: E n  (  1) n  (  1) n (8.27) Sự tách nhiều lần thể tích nhỏ tác nhân chiết cho hiệu tách lớn so với việc dùng toàn thể tích cho lần chiết Nếu dung dịch có chất bị chiết trình phân chia chúng phụ thuộc vào mức độ lựa chọn trình chiết, vào khác độ lớn D ε Mức độ tuyển chọn trình chiết logarit tỷ số hệ số phân bố chất bị chiết; tức logarit hệ số phân chia cấp chất α:  D1 D , ln   ln D2 D2 (8.28) Thật ε1 = ε2 khả lựa chọn không xây trình phân chia: ln V V1   D2 V2 V2 (8.29) V1  V2 ln  ln V 2 D2 V2 (8.30) Vì 1  D1 Cho nên 1 0 2 D1 Do tỷ số độ lớn D chất bị phân chia có ảnh hưởng đến mức độ tuyển chọn trình chiết, nghĩa toàn yếu tố gây ảnh hưởng không đồng hệ số phân bố làm thay đổi mức độ tuyển lựa, chất chất, nhiệt độ, thành phần dung dịch, chế tác dụng tác nhân chiết Phương pháp mô tả dùng thể tích tác nhân để tách liên tiếp chất bị chiết từ dung dịch cho gọi trình chiết dòng bắt chéo biểu diễn sơ đồ vẽ hình 8.2a Hình 8.2: Sơ đồ trình chiết lặp lại a) Quá trình chiết dòng chất lỏng bắt chéo; b) Sự chiết ngược chiều; c) Sự chiết với dung môi; d) trình chiết tưới với dung môi; e) chiết tưới với dung môi (F dung dịch ban đầu; S – dung môi hữu cơ; E – Ekstrac: phần chiết E Raphinat) Trong trình tách vậy, cấp dung dịch chiết tiếp xúc với định lượng tác nhan chiết tinh khiết vừa đưa vào Trong thực tế thí nghiệm, trình chiết theo dòng bắt chéo thực phễu phân chia (phễu chiết), thực tế công nghiệp thực thiết bị khuấy trộn phân lớp Phương pháp thứ phương pháp chiết ngược dòng Trong trình tách này, dung dịch tác nhan chiết gặp trộn lẫn Dung dịch đưa vào có nồng độ chất hoà tan tương đối lớn gặp tác nhân chứa lượng hoà tan trạng thái cân cấp chiết trước đó, tất cấp trước ứng với nồng độ dung dịch giảm thấp (xem hình 8.2b) Trong trình chiết ngược chiều, phần chất tan tách cấp chiết thứ n bằng: En   ( n  1)  n1  (8.31) Nếu so sánh kết trình chiết ngược chiều chiết theo dòng bắt chéo để tách phần xác định chất bị chiết, trường hợp thứ phải sử dụng số cấp lớn so với trường hợp thứ Tuy nhiên tiêu hao dung môi phương pháp thứ nhỏ Có phương án chiết ngược dòng khác dung môi, hình 8.2c 8.3c Trong kỹ thuật phạm vi phòng thí nghiệm, trình chiết thực tháp chiết Tháp chiết ngược chiều dung môi với thiết bị xung động tuần hoàn làm việc sau: Hỗn hợp bị phân chia đưa vào phần tháp, phần người ta nạp dung môi nặng, phần nạp dung môi nhẹ Thiết bị tạo xung tuần hoàn đẩy phần chất lỏng từ lên Trong khoảng xung đẩy có xẩy phân lớp pha ngăn Khi đẩy chất lỏng từ lên trên, chất lỏng nhẹ chui qua lỗ vào ngăn dạng bọt chuyển qua pha nặng nằm phía Sau ngừng trình đẩy nhờ lỗ nối ngăn mà chất lỏng bị giữ lại ngăn phân lớp Xung động tuần hoàn gây chuyển động liên tục dung môi vào dẫn tới tách dung môi nặng tinh khiết dung dịch cấu tử hỗn hợp phải tách Cùng với trình chiết thông thường người ta sử dụng chiết ngược chiều tưới (hình 8.2d,e) Những phương pháp khác biện pháp tiến hành, nguyên tắc tính toán Quá trình phân chia chiết 10 H2SO4 (1:1) vào Trong trường hợp trước hết có tách kết tủa hydroxit tellur, chất lại hoà tan axit dư Thêm Fe 2(SO4)3 1,5% vào lúc iod chuyển trạng thái chuyển vào NaOH 111 Ag Từ dung dịch Misen Palladi vừa bị chiếu xạ, người ta tách 111Ag phương pháp sắc ký phân bố cột chứa Hloplast – bao bọc màng Tributyl photphat Cũng cần phải nhắc đến phương pháp điều chế đồng vị nguyên tố siêu Urani cách chiếu xạ nơtron trường xạ mạnh nơtron, trường hợp hạt nhân phóng xạ tạo thành tiếp tục phản ứng với nơtron thứ hai, với nơtron thứ thứ Chẳng hạn trình điều chế 245 Cm từ 239Pu theo sơ đồ: Pu (n, ) 240Pu (n,  ) 241(n,  ) 242Pu (n,  ) 243Pu 243Am(n,  ) 244Am244Cm(n,  ) 245Cm 239 Ngoài phương pháp điều chế đồng vị phóng xạ mô tả lò phản ứng hạt nhân tiến hành phản ứng hạt nhân thứ cấp, ví dụ phương pháp điều chế 7Be Rudenko cộng tác viên vạch Be tạo thành trình chiếu xạ Liti Bor theo phản ứng: Li(3H, 2n), 10B (p,α), 7Li (p,n) 6Li (d,n) Các Triton, Proton Nơtron nhận lò phản ứng phản ứng: 10B (n,p) 10Be, 6Li (n,p) 6He, 6Li (n,d) 5He, 6Li (n,3H) 4He Bằng cách tương tự người ta thu đồng vị có thời gian sống lâu Manhe Nhôm theo phản ứng: 26Mg (3H,p) 28Mg; 24 Mg (3H,n) 26Al Quá trình tách Berili từ Liti chiếu xạ thực phương pháp trình bày - Phản ứng hạt nhân với hạt tích điện nhanh Các hạt tích điện nhận máy gia tốc loại đây, hoạt động máy gia tốc thực phản ứng hạt nhân phức tạp điều chế đồng vị phóng xạ hầu hết nguyên tố hoá học Phản ứng với hạt tích điện phản ứng ngư ng Tiết diện phản ứng hàm số lượng hạt Trong xyclotron người ta dùng hạt proton, đơtron làm hạt bắn phá, xyclontron đặc biệt dùng ion nguyên tố nặng 12C, 16 O, 20Ne … Tuỳ thuộc vào loại hạt bắn phá lượng chúng xảy phản ứng α, n; α, p; p, n; p, α; d, n; d, p; … Do tác dụng Dơtron Misen Liti Berili xyclontron người ta thu dòng nơtron nhanh gây phản ứng n, p; n, α n, 2n Betatron nhờ trình hãm dòng điện tử nhanh tạo thành dòng photon lượng cao, tác dụng dòng hạt loại xảy phản ứng …,n Nhiều loại phản ứng hạt nhân xảy 42 nhờ thiết bị gia tốc, có số chúng có ý nghĩa thực tế, chủ yếu với hạt mang điện, trường hợp này, trừ phản ứng d, p, nhận đồng vị phóng xạ nguyên tố khác với nguyên tố Misen, điều cho phép làm giàu điều chế đồng vị phóng xạ mặt chất mang trình tách chúng khỏi vật liệu Misen Ngoài việc điều chế đồng vị phóng xạ chất mang nhờ xyclotron người ta nhận nhiều đồng vị phóng xạ quan trọng thực tế nguyên tố mà dùng lò phản ứng hạt nhân có tính chất thuân lợi cho việc nghiên cứu Để tính toán hiếu suất đồng vị phóng xạ thực phản ứng thiết bị gia tốc với Misen mỏng thay đổi dòng hạt nhân không đáng kể, dùng công thức (8.45) (8.47) Đường cong phụ thuộc tiết diện hiệu phản ứng hạt nhân với hạt điện tích có dạng ngư ng Phản ứng bắt đầu lượng cao ngư ng, hiệu suất tăng mạnh đến cực đại sau giảm có xảy phản ứng cạnh tranh Tuy nhiên trường hợp Misen mỏng có thực tế lượng hạt bị thay đổi mạnh truyền qua lớp vật chất tiết diện phản ứng bị thay đổi Dòng hạt hàm số chiều dày truyền qua Misen Vì mà việc tính toán xuất phát từ giá trị hiệu suất đồng vị phóng xạ xác định thực tết Misen dày Trong trường hợp Misen có bề dày, chùm tia bị làm yếu nhiều bị hấp thụ hoàn toàn, công thức (8.45) (8.47) thay công thức tương tự, thay cho L.l độ lớn B, đặc trưng cho hiệu suất( độ phóng xạ) đồng vị phóng xạ tạo thành hạt rơi Misen đơn chất: A  F k.B.(1  e t ) (8.30) Trong F dòng hạt toàn Misen giây( F= F0.s); k phần dòng hạt bị giữ lại Misen tương tác với nguyên tử đáng ý Misen; s diện tích Misen Số hạt tích điện tác dụng Misen thiết bị gia tốc đo ion i Đối với dơtron ion điện tích khác Microampe ứng với 6,3.102 dơtron/sec: F= 6,3.102.i Từ A( số phân rã/sec) bằng: A  6,3.10 2.i.B.k (1  e t ) (8.51) 43 Khi chiếu xạ khoảng thời gian ngắn so với chu kỳ bán rã, triển khai hàm mũ e t chuỗi sử dụng số hạng khai triển ta có công thức: A= FkBλt (8.52) Thường bảng tra cứu khong cho đại lượng B, mà cho hiệu suất xác định thực tế đồng vị phóng xạ, tính Microcuri Microampe giờ( MCi/μa.h), dòng ion Ai hạt có lượng cho Người ta thu số liệu chiếu xạ thời gian ngắn nhiều so với chu kỳ bán rã đồng vị vào Misen có thành phần xác định cường độ dòng biết, cách xác định độ phóng xạ tuyệt đối Ai  FBk  3,7.10 (8.53) Từ đó: A= 3,7.104.Ai.it (8.54) i tính μa, t tính giờ( h) Dưới đưa phương pháp tách đồng vị phóng xạ quan trọng Be Người ta chiếu dơtron vào Liti kim loại Misen hoà tan HCl loãng sau lọc điều chỉnh pH dung dịch đến Amoniac Keo tạo thành tách cách lọc qua phễu lọc thuỷ tinh nhờ trình kết tủa Hydroxyt sắt Rửa 7Be từ phễu lọc HCl – dùng Fe(OH)3 hấp phụ chất hoà tan HCl 6M dùng este để chiết sắt, điều chỉnh dung dịch đến pH = 6,7 chiết 7Be dung dịch TenoiltriFloraxeton Benzen – khử chiết HCl đậm đặc 13 N Graphit chiếu xạ dơtron buồng chân không đặc biệt xyclotron Misen bốc cháy oxy tạo thành CO2 13NO2 chất ngưng tụ dụng cụ ngưng tụ dùng không khí lỏng, người ta thêm NO2 để làm chất mang – sản phẩm ngưng tụ đem hoà tan CCl4 18 F Chiếu dơtron vào oxit khó bay đó, ví dụ oxit Liti Một phần nhỏ F thu dạng F2 qua nước tạo thành H218F2 18F lại tạo thành Li18F Người ta đem hoà tan oxit Liti nước đem dung dịch tiếp xúc với Flo khí, 18F chuyển từ dung dịch vào pha khí trình trao đổi đồng vị sau hoà tan Flo nước, tạo thành H218F2 18 22 Na Chiếu dơtron vào Manhe kim loại – Misen hoà tan HCl loãng, trung hoà axit dư Sau dung dịch pha loãng nước dẫn qua cột sắc ký polietylen có chứa đầy cationit 22Na giải phóng HCl 44 0,1N, Manhe giữ lại tháp Cùng với 22Na người ta thu 24 Na 27 Mg Người ta dùng Nhôm kim loại làm Misen Sau chiếu Misen dơtron, người ta đem hoà tan dung dịch nóng NaOH 10% - keo phóng xạ 27 Mg tạo thành tách mặt giấy lọc sau pha loãng dung dịch nước Rửa kết tủa dung dịch NaOH 5% dung dịch nước sau hoà tan keo phễu HCl 0,1N Hiệu suất trình tách khoảng 90% lượng tạo thành phản ứng hạt nhân 37 Ar Khi dùng đơtron chiếu vào clorua kali có tao thành thể tách khỏi KCl nóng chảy chân không 37 Ar, chất có 42 K Kali kim loại chiếu đơtron, sau đem hoà tan nước Dùng HCl trung hoà dung dịch thu được, sau kết tủa Cobaltinitrit kali từ dung dịch kết tủa hoà tan HNO3 chuyển dạng bay đến khô để thu KCl4 44, 46, 47, 48 Sc: Chiếu nơtron vào titan kim loại, sau hoà tan Misen H2SO4 9M chứa 5% HNO3 16M Kết tủa không hoà tan tách phương pháp ly tâm Trung hoà dung dịch amoniac chứa Perhydrol Keo phóng xạ hydroxyt scandi phóng xạ HCl Lại thêm amoniac Perhydrol lặp lại lần trình tinh chế 48 V Chiếu đơtron vào Đioxit Titan Misen nấu chảy với hỗn hợp cacbonat nitrat Natri Hoà tách hỗn hợp sau nấu chảy nước, trung hoà dung dịch HCl, bay để kết tủa clorua natri, 48V giữ lại dung dịch 51 Cr Sau bị chiếu xạ nơtron, Vanadi hoà tan HNO3 6M Thêm vào vài mg FeCl3 đổ dung dịch thu vào lượng dư NaOH sôi Lặp lại trình kết tủa 51Cr với Fe(OH)3 Sau hoà tan kết tủa HNO3 6M bão hoà Brom lặp lại trình kết tủa Fe(OH)3 NaOH Khi 51Cr giữ lại dung dịch dạng Cromat Axit hoá dung dịch HNO3 Cromat khử SO2 đến bậc oxy hoá +3 Sau thêm clorua sắt vào 51 Cr3+ đồng kết tủa với Hydroxyt sắt, chất tách khỏi crom sau hoà tan HCl 6M chiết ete 52, 54 Mn Để điều chế Mangan phóng xạ dùng phương pháp: chiếu đơtron vào sắt Crom Hoà tan sắt bị chiếu xạ HCl 6M chiết ete cho sắt không bị chuyển hoàn toàn vào ete Ngoài Mangan phóng xạ pha nước chứa cobal photpho Người ta thêm brom vad amoniac vào 45 pha nước Khi kết tủa hydroxyt sắt tách ra, có Mangan( IV) đồng kết tủa theo Để tinh chế khỏi Coban phóng xạ người ta kết tủa lại vài lần Hydroxyt sắt Sau hoà tan kết tủa HCl 6M sắt chiết ete 55 Fe Người ta đem chiếu đơtron proton vào Mangan kim loại hợp kim với đồng Hoà tan Misen HCl 6M, pha loãng dung dịch nước nồng độ HCl 1M, thêm chất mang sắt coban, mangan, kẽm photpho, sau tạp chất đồng tách phương pháp tạo kết tủa với H2S Sắt kết tủa Kupferon, kết tủa lọc qua giấy lọc, trơ hoá hoà tan HCl Lại thêm chất mang coban, mangan, kẽm, photpho kết tủa sắt Kupferon Lặp lại trình tinh chế – lần 56 Co Đem chiếu đơtron proton vào sắt có tạo thành hỗn hợp đồng vị phóng xạ Coban( 55Co, 56Co, 57Co) Để tách chúng, người ta hoà tan Misen HCl 6M chiết sắt ete Từ dung dịch, Coban kết tủa lại sau thêm chất mang coban mangan tác dụng Cobantinitrat Kali Kết tủa tách hoà tan HNO3, axit tách bay hơi, kết tủa hoà tan nước sau thêm chất mang sắt mangan xảy trình kết tủa Cobaltinitrat kali bạc từ dung dịch CH3COOH 6M Giai đoạn kết tủa lặp lại từ – lần Để điều chế đồng vị chất mang, người ta dùng brông oxi hoá dung dịch sắt sau chiếu xạ đơtron HCl Sau dùng amoniac có mặt cloruaamon để kết tủa hydroxyt sắt Cobal phóng xạ bị giữ lại dung dịch Để phân huỷ cloruaamon người ta thêm HNO3 vào dung dịch 64 Cu Để điều chế 64Cu chất mang người ta dùng đơtron chiếu vào kẽm kim loai Hoà tan Misen HCl 6M, tap chất Galli phóng xạ chiết ete, trung hoà dung dịch NaOH đến pH =1 chiết 64Cu dung dịch 0,001% Ditizon CCl4 Tetracloruacacbon tách phương pháp bay hơi, kết tủa đem nung nóng tới 5000C 65 Zn Người ta hoà tan Cu bị chiếu xạ đơtron proton HNO3 sau tách trình bay nhiều cấp với HCl Dùng amoniac để hạ thấp độ axit dung dịch đem kết tủa đồng H2S Sau đun sôi để tách H2S, kẽm chiết Ditizon cloroform Lượng dư Ditizon tách amoniac, 65Zn nhả chiết HCl Sau người ta lặp lại trình chiết với chất mang tạp chất phóng xạ để tinh chế kẽm phóng xạ 67 Ga: Kẽm kim loại dùng làm Misen Sau dung đơtron hoăc proton để chiếu xạ người ta hoà tan kim loại HCl 6M chiết 67Ga ete 46 71 Ge: Chiếu đơtron vào Galli kim loại Hoà tan Misen HBr, chưng cất bromua galli tạo thành theo HBr Thêm HNO3 vào dung dịch bay dung dịch đến khô, sau hoà tan phần kết tủa nước 74 As: Dùng đơtron proton để chiếu xạ Germani nguyên tố, sau hoà tan Misen nước cường thuỷ Tách HNO3 trình bay với HCl, sau chưng cất tetraclorua germani chuyển 74As lại dung dịch từ As( V) As (III) axit bromuahydric sau đem chưng cất 74AsCl3 88 Y Hoà tan Stronxi chiếu xạ đơtron proton HCl, dùng amoniac để điều chỉnh pH đến nồng độ SrCl2 tới 0,5M Tách 88Y dạng keo phóng xạ cách lọc qua giấy lọc dùng HCl để rửa 88Y khỏi giấy lọc § - Điều chế đồng vị phóng xạ từ s n ph m c chia Urani tr nh ph n Khi phân chia 235U tác dụng nơtron chậm có tạo thành dãy liên tục đồng vị nguyên tố hoá học có số thứ tự từ 30( kẽm) đến 65( Terbi), đa số đồng vị tạo thành có tính phóng xạ - đồng vị phóng xạ sản phẩm phân chia urani chứa lượng dư nơtron, chúng chất xạ β Trong đa số trường hợp hạt nhân phóng xạ chuyển trạng thái ổn định sau phát vài điện tử, nhờ mà nhận chuỗi đồng vị phóng xạ có quan hệ họ hàng với nhau; ví dụ trình phân chia có tạo thành đồng vị phóng xạ Iod 137 53 I mà trình biến đổi đồng vị mô tả sơ đồ 137 53       137 137 137 I  54 Xe  55 Cs  56 Ba ( bền) Sự phân bố sản phẩm phân chia 235U tác dụng nơtron chậm theo số khối nêu hình 8.20 Sự phân bố thay đổi theo biến đổi lượng nơtron, dang đường không liền nét hình 8.20, cuối đường cong chuyển từ dạng có cực đại cực đại trình phân chia vào số khối( trình phân chia 235U nơtron chậm), tức xác suất phân chia đối xứng tăng lên Hàm lượng đồng vị phóng xạ hỗn hợp sản phẩm phân chia bị thay đổi liên tục, mảnh phân hạch có thời gian sống ngắn đi, đồng vị phóng xạ tích dần lại sản phẩm trình phân rã 47 Hình 8.20 Đường cong phụ thuộc hiệu suất mảnh phân hạch trình phân chia vào số khối( trình phân chia 235U nơtron chậm) Có thể tính lượng đồng vị đó( mắt xích chuỗi) hỗn hợp cách sau đây: Nếu N1, N2, …, Nn số nguyên tử đồng vị phóng xạ có quan hệ họ hàng với số phân rã tương ứng λ1, λ2, λ3, …, λn dN1  1 N1 dt dN  1 N1  2 N dt dN  2 N  3 N dt dN n  n1 N n1  n N n dt (8.55) Nếu thời điểm ban đầu, t = có mặt đồng vị chuỗi với số nguyên tử N1,0 có: N n (t )  N1,0 (C1.e 1t  C2 e 2t   Cn e nt ) Trong đó: C1  12 n1 (2  1 )(3  1 ) (n  1 ) 48 (8.56) C2  12 n1 (1  2 )(3  2 ) (n  2 ) Cn  12 n1 (1  n )(2  n ) (n1  n ) Nếu thời điểm đầu chất đầu chuỗi có đồng vị với lượng Nk,0 phương trình (8.56) có dạng: N n  N1, 12 n1[  N k ,0 k k 1 n1[ e  1t e  nt   ] (2  1 )(3  1 ) (n  1 ) (1  n )(2  n ) (n1  n ) e k t  (k 1  k )(k   k ) (n  k ) e k 1t e nt   ] (k  k 1 )(k 2  k 1 ) (n  k 1 ) (k  n )(k 1  n ) (n1  n ) (8.57) Có thể tính hiệu suất sản phẩm phân chia Urani từ lượng W toả lò phản ứng A  0,866.W r (1  e t ) (8.58) Trong A độ phóng xạ đồng vị nhận được, Ci/kg 235U; r hiệu suất mảnh phân hạch % Có thể dùng phương pháp sắc ký, chiết, đồng kết tủa phương pháp khác mô tả §2 chương trình để phân chia hỗn hợp sản phẩm phân hạch phân tích thành phần chúng Để điều chế đồng vị phóng xạ sản phẩm trình phân hạch Urani chiếu xạ Urani hợp chất đơtron lò phản ứng hạt nhân sử dụng nhiên liệu hạt nhân dùng, Urani lò phản ứng, sau tách Plutoni từ hoàn nguyên Urani, tức từ dung dịch thải sau trình Bảng 8.2 Các sản phẩm quan trọng trình phân chia nơtron nhiệt Đồng vị 137 Cs Chu kỳ bán rã 33 năm Hiệu suất trình phân chia % Đồng vị 95 Chu kỳ bán rá 65 ngày Zr 49 Hiệu suất trình phân chia 90 19,5 năm 95 Nb 38,7 ngày 140 13,4 ngày 5,7 99 Tc 6,2 91 61 ngày 5,9 129 Te 2,1.105 năm La 1,65 ngày 5,7 131 I 35,5 ngày Ce 33 ngày 129 8,1 ngày - Sr Ba Y 140 141 I 144 282 ngày 3,6 103 143 13,5 ngày 5,3 106 1,7.10 năm Nd 11,9 ngày 2,6 105 39,8 ngày Pm 2,26 năm 2,6 133 290 ngày 1,7 năm 0,03 Ce Pr 147 147 155 Au 0,2 Ru Ru Rh Xe 1,54 ngày 3,7 0,5 0,5 5,3 ngày Để điều chế đồng vị phóng xạ có thời gian sống lâu (90Sr, 99Tc, 106Ru, 137 Cs, 144Co, 147Pm, 155Eu) từ sản phẩm phân chia urani, trình chiếu xạ urani trì phẩn tử toả nhiệt thực thời gian lâu dài, thực tế dung dịch thải giữ từ đến 2,5 năm hoàn nguyên urani tách plutoni để phân rã đồng vị sống ngắn Việc tách đồng vị sống ngắn( 89Sr, 91Y, 95Zr, 95Mb, 103Ru, 131I, 140Ba, 141Ce, 143Pr,…) thực từ dung dịch vừa thu sau tách urani plutoni sau trình chiếu xạ Misen khoảng từ – tháng - Sản suất đồng vị thuộc nhóm có thời gian sống ngắn tạo thành trình phân hạch Urani + Tách 131I: trình phân hạch Urani có tạo thành đồng vị iod 127I, 129I, 131I, 132I, 133I Hai đồng vị cuối có chu kỳ bán rã 2,4 20,8 bị phân rã nhanh sau ngừng trình chiếu xạ Đồng vị bền 127I đồng vị có thời gian sống lâu 129I kèm theo 137I trình tách dùng làm chất mang Hiệu suất 137I 3% trình phân chia Việc sản xuất 131I thực quy mô lớn thiết bị đặc biệt với trang bị điều khiển từ xa Người ta hoà tan Urani bị chiếu xạ HNO3 đậm đặc, phần lớn iod bị bay thu lại thiết bị ngưng tụ trì nhiệt độ 30C Iod nằm dung dịch HNO3 chưng cất luồng tia nước cung với oxy Oxy oxy hoá oxit nitơ thành đioxit Vì thiết bị ngưng tụ với iod có dung dịch hỗn hợp HNO3 HNO2 HNO2 lại bị peroxit hydro oxy hoá 50 thành HNO3, iod bị chưng cất vào NaOH cột tinh cất Sau để làm hoàn toàn khỏi tạp chất người ta thêm H2SO4 vào dung dịch thực trình chưng luyện nhiều cấp cột tinh cất vào dung dịch loãng H2SO4 Axit iodhydric trung hoà bicacbonat natri đến pH =9 Hiệu suất Iod 85% cường độ riêng đạt tới 104 Ci/g NaI Trong phương pháp tinh chế khác iod phong xạ, sau tách phần chủ yếu HNO3 H2O2, người ta oxy hoá iod KMnO4 H2SO4 20% Sau tách vết HNO3 người ta thêm vào dung dịch H2SO4 đậm đặc dung dịch H3PO4 với lượng nhỏ peoxit hydro làm xúc tác Iod nguyên tố tạo thành chưng cất vào dụng cụ thu với dung dịch H2SO4 HI trung hoà Bicacbonat natri Phương pháp thứ thực trình oxy hoá iod sau hoà tan Misen tong HNO3 dung dịch anhydrid cromic 50% H2SO4 đến ion iodat Sau chưng cất HNO3 dung dịch chế biến axit oxalic để khử iod đến iod theo phương pháp đaz trình bày phía + Tách 95Zr 95Nb( 95Nb sản phẩm trình phân rã β 95Zr) Để điều chế 95Zr 95Nb sau trình tách iod trực tiếp từ dung dịch thải sau xử lý lõi Urani 95Zr 95Nb hấp phụ cột chứa silicagen Để tinh chế khỏi sản phẩm phân hạch khác, người ta rửa tháp H2SO4 HNO3 Sau 95Zr 95 Nb bị khử hấp phụ H2C2O4 0,5M chất tạo phức oxalat với nguyên tố kể Quá trinh phân chia Niobi Zirconi thực dung dịch axit hỗn hợp HCl HF Anionit Cũng hỗn hợp axit dùng trình nhả hấp phụ, trường hợp Zirconi bi rửa khỏi cột trước + Tách phân chia nhóm đồng vị nguyên tố đất (91Y, 143Pr, 147 Nd,….) từ dung dịch vừa thu sau tách 131I, 95Zr 95Nb, người ta tách nhóm đồng vị nguyên tố đất với Lantan dùng làm chất mang Ở sử dụng trình đồng kết tủa dạng hydroxyt, chiết Tributylphotphat từ dung dịch HNO3 Quá trình phân chia nhóm đồng vị thành cấu tử thực cationit, nhả hấp phụ dung dịch Limonatamon 5% axit Limonic pH= 2,8 – 3,2 Trình tự khỏi cột đồng vị thời gian sống ngắn nguyên tố đất sau: 147Nd, 143Pr Tiếp theo pH= 3,5 – 4,0 bắt đầu lọt 141Ce sau Lantan + Tách 89Sr 140Ba: Sau tách nhóm đồng bị nguyên tố đất hiếm, 89Sr 140 Ba hấp phụ từ dung dịch cationit rửa dung dịch 51 Limonatamon với axit Limonic pH= – 6, có gia nhiệt đến 95 – 980C 89Sr lọt khỏi tháp trước, sau 140Ba 89Sr có chứa tạp chất 90Sr có thời gian sống dài - Sản xuất đồng vị thuộc nhóm có thời gian sống lâu tạo thành trình phân hạch Urani Các đồng vị có thời gian sống lâu quan trọng sử dụng rộng rãi, thu trình phân chia hạt nhân Urani 137Cs 90Sr, trình tách chúng khỏi hỗn hợp sản phẩm phân hạch có ý nghĩa lớn sản xuất Việc tách đồng vị riêng biệt có thời gian sống lâu khác thực điều kiện thí nghiệm Việc tách phức hợp đồng vị có thời gian sống lâu sản phẩm phân chia Urani số tác gia quan tâm + Tách 137Cs Trong sản phẩm phân hạch có chứa 12 đồng vị Xezi, nhiên chế phẩm 137Cs người ta thu 133Cs với chu kỳ bán rã 2,6.106 năm đồng vị bền 135Cs, đồng vị khác có chu kỳ bán rã nhỏ Ngoài từ 133Cs lò phản ứng tạo thành 134Cs (T1/2 =2,3 năm) theo 137Cs, nhờ phản ứng n, γ Phương pháp tách 137Cs chọn tuỳ thuộc vào phương pháp tách Plutoni hoàn nguyên urani, nhờ trình người ta nhận dung dịch chứa sản phẩm phân hạch Nếu xử lý phần tử toả nhiệt lò phản ứng trình chiết Plutoni( IV) Uraniilnitrat Tributylphotphat từ dung dịch HNO3, dung dịch HNO3 sau trình xử lý có chứa lượng lớn Nitratnatri Trong trường hợp trước hết người ta cho bay dung dịch sau bão hoà phèn Alumoamoni 80 – 900C Nếu việc tách Urani (IV) Plutoni (VI) thực cách chiết dùng Metylizobutylxeton dung dịch nước chứa lượng nhỏ HNO Nitrat nhôm chất kết tủa, dung dịch sau trình xử lý có chứa lượng lớn Al(NO3)3 lượng đáng kể muối amoni Sau xử lý người ta thêm vào dung dịch nóng lượng Sulfat kali bão hoà Trong trường hợp làm lạnh có tách Amoni Kali, mà theo đồng kết tủa tới 99% 137Cs có dung dịch kết tủa phèn gạn ra, lại đưa vào lượng dung dịch sản phẩm phân chia để hoà tan đốt nóng, kết tinh lại làm nguội Hàm lượng 137Cs tăng lên Người ta lặp lại trình lúc thu phèn nhôm Xezi tinh khiết, ion NH4+, K+, Rb+ bị loại bỏ hoàn toàn vào nước Người ta hoà tan 137CsAl(SO4)2 thu HCl 1N kết tủa clorophatinat Xezi từ dung dịch Sau khử clorophatinat xezi Hydrazinhydrat 52 platin kim loại Khi có tạo thành 137CsCl, NH4Cl HCl Lượng dư Hydrazinhydit bị phân huỷ đun sôi Để làm khỏi tạp chất sau dung dịch bay đến khô Hiệu suất 137CsCl khoảng 99% Chế phẩm thu chứa tới 1% tạp chất Từ dung dịch thu sau trình chiết Urani Plutoni Tributylphot-phat, 137Cs tách sau tinh chế khỏi cation khác trình đồng kết tủa với Hydroxit sắt hoá trị 137Cs 106Ru bị giữ lại dung dịch Người ta kết tủa 137Cs từ dạng Cs2ZnFe(CN)6 cách cho thêm vào dung dịch đương lượng mol K4Fe(CN)6 nitrat kẽm pH= 2,7 kết tủa nhận bị thuỷ phân nước 250 – 3000C, sau 137Cs hoà tách nước Dung dịch axit hoá HCl bay đến khô Việc tách 137Cs từ dung dịch axit mạnh HNO3 sau trình chiết Urani Plutoni Tributylphotphat thực cách dùng axit photphovol-phramic chất kết tủa ion Xezi Amoni Khi dùng lượng dư nhỏ kết tủa phần lớn Amoni bị giữ lại dung dịch Kết tủa rửa khỏi tạp chất chế biến dung dịch Ba(OH)2 bão hoà Khi photphovolphramic xezi amoni bị phân giải tạo thành photphat volphramic Bari không hoà tan Dung dịch đun sôi để tách Amoniac trung hoà H2SO4 Bảng 8.3 Độ hoà tan muối nitrat số kim loại H O3 Độ hoà tan muối( g/l) HNO3 nồng độ % Muối 67 62 Ca(NO3)2 25,2 1,75 Sr(NO3)2 0,056 0,003 Ba(NO3)2 0,007 0,0006 Pb(NO3)2 0,28 0,01 Ce(NO3)3 63,0 2,92 Lượng dư hydroxyt Bari chuyển thành sulfat Bari lọc Sau bay dung dịch nhận 137Cs chứa tới 5% BaSO4 tạp chất không phóng xạ + Tách 90Sr: Quá trình tách dựa độ hoà tan nhỏ nitrat Stronxi HNO3 đậm đặc (xem bảng 8.3) 53 Để tách 90Sr từ dung dịch sau trình xử lý Urani Plutoni hợp lý thực trình đồng kết tinh với nitrat canxi, tách Stronxi khỏi chất trình kết tinh phân đoạn, trình ngâm chiết canxi từ muối nitrat hỗn hợp rượu với axeton, trình chiết sắc ký Phương pháp thứ cho phép tách tốt khỏi Xezi giữ lại tạp chất Bari, phương pháp lại tách hoàn toàn hơn, không thuận tiện trình sản xuất phân giải xạ cationit dung môi hữu Cách thứ đồng kết tinh với nitrat chì Người ta thêm vào dung dịch sản phẩm phân chia lượng HNO bốc khói Nitrat Chì dùng làm chất mang lấy theo lượng 0,1 g/l Khi bay nitrat chì kết tủa lại, 90Sr đồng kết tinh theo Người ta tách kết tủa khỏi dung dịch nước cái, rửa HNO3 80% hoà tan HNO3 loãng Sau lại tách kết tủa HNO3 bốc khói, lặp lại trình lần nữa, rửa kết tủa thu HNO3 80% Sau người ta hoà tan kết tủa HNO3 2,5M tiến hành trình kết tủa anot chì điện cực plantin Hiệu suất 90Sr đạt tới 99,9% Tạp chất trường hợp 144Ce, 90Y, 89Sr Bari không phóng xạ - Quá trình tách phức hợp đồng vị phóng xạ có thời gian sống lâu khỏi sản phẩm phân hạch Urani + Sơ đồ Okridz (USA) Sau cô đặc dung dịch sản phẩm phân hạch, kết tủa hydroxyt sắt pH=2,3, giá trị đạt cách dùng amoniac ure để trung hoà Trong điều kiện đồng kết tủa tới 90% 106Ru 99Tc Sau dùng amoniac để kết tủa hydroxyt nguyên tố đất Dùng Na2CO3 để kết tủa cacbonat kim loại kiềm thổ từ dung dịch lọc Vì mà nhận nhóm đồng vị: 1) 99Tc; 106Ru; 2) 144Ce; 147Pm; 155Eu; 3) 90Sr; 4) 137Cs 137Cs tách từ dung dịch lại trình đồng kết tinh với phèn amoni theo phương pháp trình bày Để làm 90Sr khỏi canxi tạp chất khác, kết tủa cacbonat hoà tan HNO3 kết tinh lại HNO3 80% Bari tách dẫn clorua-hydro qua dung dịch chuyển vào kết tủa BaCl 2.2H2O (9 đương lượng gam HCl/l) Sau bay dung dịch đến khô Hiệu suất 90Sr 90% + Sơ đồ Breznev, Levin, Korpusov, Manko, Bogachev Trong sơ đồ 91Y, 95Zr, 95Nb, 143Pr, 147Pr, 147Nd tách với sản phẩm phân hạch có thời gian sống lâu Trường hợp phải giữ dung dịch khoảng – năm 54 Người ta thêm vào dung dịch sản phẩm phân chia chất mang canxi dạng muối nitrat kết tủa CaC2O4 từ dung dịch, với CaC2O4 có đồng kết tủa 90 Sr nguyên tố đất Xử lý kết tủa thu HNO3 để phân huỷ H2C2O4 Dùng oxy ozon hoá để chuyển 141Ce Ce (IV), nồng độ xác định Ca2+ HNO3 chiết 141Ce Nitrometan 141Ce nhả chiết từ Nitrometan dung dịch HNO3 peoxithydro, chất khử Ce đến Ce (III) Hiệu suất đạt khoảng 97 – 98%, độ tinh khiết hoá phóng xạ 99,5% Sau tách 141Ce người ta tách 90Sr trình đồng kết tủa với nitrat Canxi phân chia tiếp phương pháp mô tả Các nguyên tố đất lại phân chia cách dùng Tributylphotphat để chiết từ dung dịch HNO Các nhóm nguyên tố đất chuyển vào axit HNO3 loãng giai đoạn nhả chiết Từ dung dịch lại sau kết tủa oxalatcanxi người ta tách 106Ru trình đồng kết tủa thêm chất mang Nikel dạng sulfit Kết tủa hoà tan HNO3 106Ru chiết Tributylphotphat Sau sắt tạp chất kết tủa dạng hydrat từ dung dịch sau kết tủa Nikel kiềm, có khoảng 97 – 98% 95Zr 95Nb đồng kết tủa với hydroxit sắt Kết tủa rửa hoà tan HNO3 đặc Người ta chiết 95Nb từ HNO3 10N Tributylphotphat Phần chiết xử lý peoxithydro, 95 Zr giữ lại pha hữu cơ, 95Nb chuyển vào pha nước 95Zr nhả chiết từ Tributyl-photphat dung dịch axitoxalic sau rửa sơ HNO loãng, nhờ tách 91Y §6 Sự tạo th nh đồng vị phóng xạ ph n ng hạt nh n với hạt có ƣợng ớn Phản ứng với hạt lượng lớn tạo thành hạt nhân phân tách vài nuclon gọi phản ứng phân tách sâu xa phản ứng đứt v Phản ứng Xibong cộng tác viên phát lần vào năm 1947, Xerber người giải thích chế loại phản ứng kể Khi bắn phá Misen hạt lượng cao (~ 50MeV), phản ứng hạt nhân không thông qua giai đoạn tạo thành hạt nhân trung gian sau biến đổi hạt nhân trung gian hạt nhân cách phát hạt lượng tử Đối với hạt có lượng cao hạt nhân thành khối thống nhất, hạt lượng cao xâm nhập vào chuyển động hạt lúc tương tự chuyển động khí loãng Ở lượng 100MeV Proton có khoảng chảy tự vật chất hạt nhân khoảng 10 -13cm, tức trùng với kích thước hạt nhân Do mà tiết diện tương tác hạt lượng cao với hạt nhân nhỏ diện tích tiết diện hạt nhân Khi chuyển động cá hạt va chạm với nuclon khác Một phần nuclon rời khỏi hạt nhân với 55 lượng cao, phần khác phân tán lượng bên hạt nhân, gây tượng kích thích cục Hạt nhân kích thích thoát nuclon Ngoài nhóm nuclon có tập trung lượng dư tách khỏi hạt nhân dạng hạt nhân nhẹ mới, thường dạng đồng vị phóng xạ thiếu hụt nơtron Ví dụ chiếu xạ hạt α lượng cao vào đồng có làm phân tách 17 nơtron 14 proton, mà tạo thành đồng vị 38Cl Điện tích hạt nhân bị thay đổi tới 14 đơn vị Khi chiếu proton vào Hafui, với lượng proton 660MeV có tạo thành đồng vị Xezi, tức số thứ tự giảm tới 14 đơn vị Đồng thời nhiều trường hợp, nguyên tố nặng có xảy trình tạo thành đồng vị nhiều nguyên tố Trong trường hợp có điểm khác với trình phân chia hạt nhân nơtron chậm trình phân chia đối xứng dễ xảy hơn, phân bố hiệu suất đồng vị theo khối lượng có dạng đường cong với cực đại rộng Trường hợp tương tác hạt nhân lượng cao với hạt nhân phức tạp phát hạt nhân nguyên tố nhẹ, 8Li, 7Be, 14C, 13N, 18P, 24Na Sau hạt nhân lại tham gia vào phản ứng hạt nhân thứ cấp, mà tạo thành đồng vị nguyên tố có số thứ tự lớn hạt nhân Misen ban đầu vài đơn vị Vì tác dụng hạt lượng cao Misen có tạo thành hỗn hợp phức tạp đồng vị phóng xạ Trong nhiều trường hợp có tạo thành ưu tiên đồng vị xác định Quá trình phân chia phân tích sản phẩm phản ứng hạt nhân lượng cao với nguyên tố hoá học khác thực theo phương pháp trình bày §2 chương 56 [...]... chất mang vào dung dịch chứa đồng vị phóng xạ, chất mang cùng với đồng vị phóng xạ được tách ra dưới dạng hợp chất có độ hoà tan nhỏ Phương pháp nỳ cho phép không chỉ tách 1 đồng vị phóng xạ mà còn có thể phân chia hỗn hợp đồng vị phóng xạ khi sử dụng các giai đoạn và sơ đồ phân tích hoá học thông thường Để điều chế đồng vị phóng xạ không lẫn tạp chất của đồng vị phóng xạ khác thì quá trình tách với... những chất chứa đồng vị bền của nguyên tố tách ra làm chất mang, nếu chất này tham gia vào quá trình trao đổi đồng vị nhanh chóng với đồng vị phóng xạ Lượng chất mang để tách đồng vị phóng xạ phụ thuộc vào tích số hoà tan của hợp chất tách ra, vào mức độ pha loãng cho phép các đồng vị phóng xạ bằng đồng vị bền, vào mức độ tách cần thiết Thường thì lượng chất mang được lấy bằng một vài miligam Sau khi... chất khó tan với đồng vị phóng xạ Phương pháp này thuận lợi đối với một số trường hợp tạo thành đồng vị phóng xạ theo phản ứng (n, γ) §3 Điều chế các đồng vị phóng xạ s n ph r 238U, 235U v 232Th c các quá tr nh ph n Trên hình 8.16 (cuối chương) có đưa ra các họ phóng xạ tự nhiên 238U, 235U, 232 Th; từ hình vẽ này thấy rằng, sản phẩm quá trình phân rã các đồng vị của Urani bao gồm đồng vị của nguyên tố... trong các sản phẩm phân rã của Th thì chứa các đồng vị của nguyên tố có số thứ tự từ 81 đến 90 Việc điều chế các đồng vị phóng xạ của nguyên tố phóng xạ có số thứ tự từ 84 đến 92 sẽ được trình bày trong các chương 11 và 13 Các sản phẩm phân rã của 235U – là những đồng vị của nguyên tố không phóng xạ, không có ứng dụng thực tế Trong các sản phẩm phân rã 238U và 232Th thì đáng quan tâm là những đồng vị. .. nghiệp Sau khi thêm vào dung dịch những chất tương tự về mặt hoá học với đồng vị được tách ra, thì tiến hành kết tủa chất mang, rồi tinh chế lại chuyển kết tủa vào dung dịch và tiến hành chia chất mang và đồng vị phóng xạ bằng quá trình kết tủa phân đoạn Trong trường hợp này cũng có thể dùng cả những phương pháp khác để tách đồng vị phóng xạ khỏi chất mang Để làm giàu và tách đồng vị phóng xạ ở nồng độ vi... trong điều kiện kết tủa thích hợp để đồng vị phóng xạ sẽ tạo thành keo Để tách nó có thể dùng phương pháp ly tâm hoặc hấp phụ nhanh khi lọc qua giấy lọc Khi rửa dụng cụ lọc chúng ta tách được đồng vị phóng xạ khỏi tạp chất và nếu chế biến bằng axit thí sẽ nhận được dung dịch đồng vị phóng xạ không có chất mang Thành phần dung dịch và các điều kiện thực nghiệm khác có ảnh hưởng lớn đến mức độ tách đồng vị. .. trình tách trong môi trường axit Cũng như trường hợp nêu ra ở trên đồng vị phóng xạ có thể tách ra ở trạng thái tự do không có mặt chất mang + Sự tách bằng điện phân: Trong trường hợp điều chế đồng vị phóng xạ theo phản ứng hạt nhân, trong đó có sự thay đổi điện tích hạt nhân nguyên tử hoặc do quá trình chuyển hóa và do phương pháp đồng vị phóng xạ, thì người ta có thể tách được đồng vị phóng xạ con... các đồng vị phóng xạ cần phải thêm nhiều lần vào dung dịch lọc những lượng xác định chất mang và lặp lại quá trình tách kết tủa Phương pháp kết tủa với chất mang đồng vị không thể điều chế được đồng vị phóng xạ có độ phóng xạ riêng rất cao, quá trình tách tiếp theo không thể thực hiện được, vì thể mà phương pháp đồng kết tủa với chất mang đồng vị không phải là phương pháp thuận lợi đối với tất cả các. .. phòng thí nghiệm và trong sản xuất Lần đầu tiên phương pháp đồng kết tủa với chất mang đồng vị đã được I và F.Joliot Curie sử dụng vào năm 1934 để tách các đồng vị phóng xạ nhân tạo khỏi Misen chiếu xạ + Quá trình đồng kết tủa với chất mang đồng hình Để dùng làm chất mang có thể dùng những nguyên tố tương tự về mặt hoá học với đồng vị tách ra Phương pháp này được dùng để tách đồng vị phóng xạ của những... có chất mang Mức độ hoàn toàn của quá trình tách phụ thuộc vào điều kiện tiến hành điện phân, nhiệt độ, nồng độ, bản chất dung môi, vật liệu điện cực và mật độ dòng Bằng quá trình điện phân có thể phân chia được hỗn hợp các đồng vị phóng xạ Việc tách đồng vị phóng xạ được thực hiện bằng cách điện phân các dung dịch rất loãng Đồng vị phóng xạ ở nồng độ nhỏ tách ra tại điện áp lớn hơn so với điện thế