核化学与放射化学PPT课件

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3. γ衰变
γ衰变是指从原子核内部放出的一种电磁 辐射,它一般是伴随着α或β衰变产生的.原
子核通过γ衰变从能量较高的激发状态跃迁到 较低能量状态(基态).
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4.电子俘获衰变(EC)
原子核从核外电子壳层中俘获电子而发 生的放射性衰变叫电子俘获衰变.
母体通过从核外俘获电子而使核内的一 个质子转变为中子和中微子.
常用的有机沉淀剂:甲基紫、次甲基蓝、罗丹明B等,
如:在氯化物溶液中,In3+以InCl4-配阴离子存在,次甲基蓝可使
In3+共沉淀ຫໍສະໝຸດ 40溶剂萃取法 (1)概述
溶剂萃取法又叫液-液萃取法,利用化合物在两种互不相溶 (或微溶)的溶剂中溶解度或分配系数的不同,使化合物从 一种溶剂内转移到另外一种溶剂中,将绝大部分的化合物提 取出来。 放射性核素分离的常用的方法之一( TBP 磷酸三丁酯萃取铀) 优点:方法简便,分离速度快,适用于短寿命放射性
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放射性活度及其单位
定义:
放射性样品 单位时间内发生衰变的原子核数。以 A表示。
A dN dt
单位:贝可勒尔(Bq):1Bq=每秒1次核衰变 居里(Ci): 1Ci=3.7×1010次衰变/s
放射性活度是指单位时间发生衰变的原子核数目,而 不是放射源发出的粒子数目。
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放射性平衡
在递次衰变中,如果母体的半衰期比任何一代 子体都长,从纯母体出发,经过足够长(5~10倍于 最长子体半衰期)时间以后,母体的原子数(或放射 性活度)与子体的原子数(或放射性活度)之比不随时 间变化,称在该母子体之间达到了放射性平衡,又 称久期平衡。
子(实际为氦原子核)而转变为另一个新的子 体核素(Y):
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2. β衰变
β衰变是指原子核自发地放射出β粒子
(电子或正电子)或俘获一个轨道电子而发生 的核内核子之间相互转化的过程。
原子核从核外的电子壳层中俘获一个轨道 电子的过程称轨道电子俘获(Electron
capture decay (EC, or e))(K俘获、L俘获)
T1< T2,λ1>λ2
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✓ 长期平衡: T1>>T2,λ1<<λ2
1N 1 2 N 2
A1 A2
例: 有一铀矿样品,测得其中含238U1g,含 226Ra3.59×10-7 g,问该矿石中铀与镭是否平衡?
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放射性衰变类型
根据原子核中放出的射线的种类,可 将放射性衰变分为以下几种类型:
1.α衰变 α衰变时,放射性母体同位素(X)放出α粒
(OH)3等氢氧化物,PbS等硫化物,磷酸钛、磷酸钙等磷酸盐, 硫酸盐、卤化物及草酸等) 吸附的效率影响因素:
①微量组分形成的化合物的溶解度,溶解度愈小,越容易被 吸附
②无定型沉淀表面所带电荷符号及数量,当微量组分所带电 荷符号与沉淀的相反时,吸附量大,因此pH及其他电解质的存在 将有较大影响
③吸附剂表面积的大小,表面积越大,吸附量越大
是由入射粒子携带
我们将能使核反应发生的最小入射粒子动
能 Ea定义为:核反应阈能,以 Eth表示。
E th
-
ma mA mA
Q
-
Aa AA AA
Q
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粒子加速器(particle accelerator): 是一种用人工方法产生高速带电粒子的装置
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核反应堆是一个能维持和控制核裂变链式 反应或核聚变反应,从而实现核能-热能转换的 装置。
S A mA m
式中:A,mA分别是物质中某种放射性核素化合物的放射性活度及其质量, m是该物质中稳定核素化合物的质量
通常情况下,mmA,则
S A m
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对于无载体的纯放射性核素
A S0 mA
A N = mA 6.02 1023 ln 2 0.693
M
TT
s0
6.02 1023 0.693 MT
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原子核反应
入射粒子(或原子核)与原子核(靶核)碰 撞导致原子核状态发生变化或形成新核的过程
原子核衰变 原子核自发射出某种粒子而变为另一种
核的过程
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核反应的一般表达式: A a , b 1 , b 2 , b 3 ,... B
或: a A B b1 b2
A 为靶核; a 为入射粒子; B 为剩余核;b1,b2…为出射粒子。
x D ax y by
也可服从对数分配定律:
ln a-x ln b-y
x
y
式中:a、x—微量组分在体系和晶体中的量; b、y—常量组分在体系和晶体中的量; D、λ—分离系数和对数分配系数
影响共沉淀的因素有:温度、液相组成、固相组成及溶剂等 38
(2)表面吸附 最常用吸附剂是无定型的氢氧化铁,常用(Fe(OH)3、Al
反应能Q定义为: Q Eb EB Ea E A
ma mA c2 mb mB c2
Ma M A c 2 Mb MB c2
a A b B
Bb BB Ba BA
Q > 0 为放能反应;Q < 0 为吸能反应。
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核反应阈能
核反应中,若为吸能反应,这时核反应能 Q < 0,需要提供能量核反应才能进行。提供方式
对于出射粒子为一个的情况:
A a , b B 二体反应
或: a A B b
出射粒子为两个的情况:
A a , b 1 , b 2 B 三体反应
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核反应能Q
对核反应: a A B b Q
静止质量 ma mA
相应动能 E a E A
mB mb
EB Eb
由能量守恒:(ma mA )c2 (Ea E A ) (mB mb )c2 (Eb EB )
载体:是以适当的数量载带某种微量物质共同参与 某化学或物理过程的另一种物质
载体与被载带物具有相同的化学行为,最终能与放 射性物质一起被分离出来
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载体有两类:同位素载体、非同位素载体
同位素载体:载体是微量物质的同位素 分离89Sr、90Sr用SrCl2;137Cs用CsCl,131I用127I,
3H用1H等 非同位素载体:载体不是微量物质的同位素
从能量的产生方式看,核反应堆可以分成 裂变反应堆和聚变反应堆两大类。目前世界上
有大小反应堆上千座,绝大多数属于裂变反应 堆,而聚变反应堆由于技术原因,尚处于发展
过程中。
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放射性核素Radioactive isotope: 能发生放射性衰变的核素。放射性核素按其来源有
天然放射性核素和人工核素之分 载体Carrier:
核化学与放射化学
复习
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放射化学:研究放射性物质,及与原子核转 变过程相关的化学问题的化学分支学科
2
放射化学的特点
1、放射性: 在涉及放化操作的整个过程中,放射性一直存 在,放射性核素一直按固有的速率衰变,并释放出带电粒子 或射线。这是放射化学最重要的特点。 2、不稳定性:由于放射性物质总是在不断地衰变,由一种 物质转变为另一种或多种物质,使研究体系的组成不断发生 变化。这就要求相应的快化学研究方法。 3、微量性:放射性物质的量通常都比较小(g、ng级), 低于一般的化学方法的检出限。操作中要注意丢失现象。
与形成混晶相比,表面吸附共沉淀的选择性要差得多
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(3)生成化合物
主要是指用有机沉淀剂时,生成化合物,主要指生成螯合物及 离子缔合物
生成螯合物:在不同pH下,1-硝基-2-萘酚可以载带60Co、59Fe、 237Pu等
离子缔合物:金属离子与中性络合剂或阴离子配体形成络合离 子后,可以与相对分子量较大的具有相反电荷的有机沉淀剂生成 难溶的离子缔合物,从而使微量的金属离子被载带下来。
3
同位素:质子数相同、中子数不同的两个或多 个核素。
1 1
H
0
(氕)
2 1
H1
(氘,
D)
13H 2 (氚,T )
U 233
92 141
U 235
92 143
U 238
92 146
➢ 同质异能素:处于不同的能量状态且其寿命 可以用仪器测量的同一种原子核
99 mTc和99 Tc
124m1 Sb、124m2 Sb等

=M(Z,A)-A
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原子核的结合能:由Z个质子和N个中子结合成质量 数为A=Z+N的原子核时,所释放的能量称为该原子 核的结合能,以B(Z,A)表示
Zp NnZAX N B(Z , A)
B(Z,A)=m(Z,A)c2
比结合能:原子核结合能对其中所有核子的平均值 亦即若把原子核全部拆成自由核子,平均对每
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暂时平衡
某种放射性核素母体按自身的衰变规律产生子 体核素。若母体的半衰期在有限程度上长于子体的 半衰期,在经过一定的衰变期以后,子体核素的原 子数以一种固定的比值与母体原子数建立平衡的现 象就是暂时平衡
T1>T2,λ1<λ2
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长期平衡
当母体的半衰期T1很长时,在通常的测量时间 内,观察不到母体的放射性活度的变化,称为长期 平衡
在已知的天然放射性同位素中,原子序数大于 82的放射性同位素可组成三个天然放射性衰变系列.
根据其母体同位素,可分别称为238U衰变系列 (铀系)、235U(锕铀系)和232Th(钍系).人工放射性同 位素发展后,又发现237Np衰变系列(镎系).它们的 基本特征是,在同一个衰变系列中,母体与子体同 位素的原子量之差为4的倍数
设系数 K=6.02×1023×0.693
1g任何放射性核素:
S0
K MT
Bq g
S0该放射性核素的一个特征常数,单位为Bq/g k值:S/60→min/60→h/24→d/365→a
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共沉淀法
此法是放射化学分离中应用最早的一种分离方法, 对微量的放射性物质而言,是一种分离和富集放射性 核素的有效手段。
分离226Ra加入Ba, 147Pm钷-Nd(NO3)3;99TcNH4ReO4
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放射性核素纯度(Radionuclide purity) 放射性核素纯度也称放射性纯度,指在含有某种
特定放射性核素的物质中,该核素的放射性活度对物 质中总放射性活度的比值。(该物质中可能有多种放 射性核素,放射性核素纯度只与其中放射性杂质的量 有关,而与非放射性杂质的量无关)
个核子所要添加的能量。用于表示原子核结合松紧 程度。
将结合能B( Z,A)除以核子数A,所得的商ε
B(Z , A)
A
半衰期
放射性原子核的数目因衰变减小到原来核数的 一半所需要的时间
表示方法: T1 2
放射性衰变服从指数衰减规律
N= N 0et
式中:N0为t=0时母体同位素的原子数; N为时间t时存在的母体同位素的原子数; e为自然底数,e=2.71828; λ为衰变常数,它表示一个放射性原子核在单位时间内衰变的概率.
T1>> T2,λ1 <<λ2
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不成平衡
当母体的半衰期T1小于子体的半衰期T2时,或者λ1 >λ2,母体以自己的半衰期衰减,子体则从零开始生长, 达到极大值后以慢于母体的速度衰减,待时间足够长[t >(7-10)T1],母体衰变殆尽,子体以其自身的半衰 期衰减。整个过程母、子体的放射性活度之比一直在变 化,不存在任何放射性平衡称为长期平衡。
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放射性衰变规律
放射性同位素不管其衰变方式如何,它 们的数量随时间的减小都服从于指数定律:
N=N0e-λt
式中:N0为t=0时母体同位素的原子数;
N为时间t时存在的母体同位素的原子数;
e为自然底数,e=2.71828;
λ为衰变常数,它表示一个放射性原子核在
单位时间内衰变的概率.
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放射性衰变系列
定义
当溶液中引入某种常量物质,并使之形成沉淀时,微
量放射性核素能随常量物质一起自溶液转入沉淀物中
的现象
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形成混晶 共沉淀机制 表面吸附
生成化合物
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(1)形成混晶
例子:BaSo4-RaSO4混晶,微量组分Ra取代一小部分BaSo4晶格 上的Ba的位置。微量组分在常量组分沉淀中分配服从均匀分配
定律:
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放射化学纯度(Radiochemical purity) 简称放化纯度,指在一种放射性样品中,以某种
特定的化学形态存在的放射性核素占总的该放射性核 素的百分数(该物质中可能有多种放射性核素,只针 对某一种放射性核素而言)
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比活度(Specific activity)
也称为比放射性,指放射源的放射性活度与其质量之比,即单位质量(通 常用重量表示)产品中所含某种核素的放射性活度
➢ 质量亏损:组成原子核的Z个质子和(A-Z)个中子
的质量和与该原子核的质量m(Z,A)之差称为质量亏
损,用m(Z,A)表示 m(Z,A)=Zmp+(A-Z)mn-m(Z,A) =ZMH+(A-Z)mn-M(Z,A)
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质量过剩(Mass excess)
➢以原子质量单位表示的原子质量M(Z,A) 与原子核的质量数A之差称为质量过剩, 用表示
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