Radiasi radioaktif (atau radiasi pengion) adalah energi yang dilepaskan oleh atom dalam bentuk partikel atau gelombang yang bersifat elektromagnetik. Manusia terpapar paparan tersebut melalui sumber alami dan antropogenik.
Sifat-sifat radiasi yang bermanfaat telah memungkinkan keberhasilan penggunaannya dalam industri, kedokteran, percobaan ilmiah dan penelitian, pertanian dan bidang lainnya. Namun dengan meluasnya fenomena ini, muncul ancaman terhadap kesehatan manusia. Radiasi radioaktif dosis kecil dapat meningkatkan risiko tertular penyakit serius.
Perbedaan antara radiasi dan radioaktivitas
Radiasi dalam arti luas berarti radiasi, yaitu penyebaran energi dalam bentuk gelombang atau partikel. Radiasi radioaktif dibagi menjadi tiga jenis:
- radiasi alfa – fluks inti helium-4;
- radiasi beta – aliran elektron;
- Radiasi gamma adalah aliran foton berenergi tinggi.
Karakteristik radiasi radioaktif didasarkan pada energinya, sifat transmisinya, dan jenis partikel yang dipancarkannya.
Radiasi alfa, yaitu aliran sel-sel bermuatan positif, dapat ditahan oleh udara atau pakaian yang tebal. Spesies ini praktis tidak menembus kulit, namun jika masuk ke dalam tubuh, misalnya melalui luka, sangat berbahaya dan berdampak buruk pada organ dalam.
Radiasi beta memiliki lebih banyak energi - elektron bergerak dengan kecepatan tinggi dan berukuran kecil. Itu sebabnya tipe ini radiasi menembus pakaian tipis dan kulit jauh ke dalam jaringan. Radiasi beta dapat dilindungi dengan menggunakan lembaran aluminium setebal beberapa milimeter atau papan kayu tebal.
Radiasi gamma merupakan radiasi energi tinggi yang bersifat elektromagnetik yang memiliki kemampuan penetrasi yang kuat. Untuk melindunginya, Anda perlu menggunakan lapisan beton tebal atau pelat logam berat seperti platina dan timah.
Fenomena radioaktivitas ditemukan pada tahun 1896. Penemuan ini dilakukan oleh fisikawan Perancis Becquerel. Radioaktivitas adalah kemampuan suatu benda, senyawa, unsur untuk memancarkan radiasi pengion, yaitu radiasi. Penyebab fenomena ini adalah ketidakstabilan inti atom, yang melepaskan energi saat peluruhan. Ada tiga jenis radioaktivitas:
- alami – karakteristik elemen berat, yang nomor serinya lebih besar dari 82;
- buatan – dimulai secara khusus dengan bantuan reaksi nuklir;
- diinduksi - karakteristik benda yang menjadi sumber radiasi jika terkena radiasi berat.
Unsur yang bersifat radioaktif disebut radionuklida. Masing-masing dari mereka ditandai oleh:
- setengah hidup;
- jenis radiasi yang dipancarkan;
- energi radiasi;
- dan properti lainnya.
Sumber radiasi
Tubuh manusia secara teratur terkena radiasi radioaktif. Sekitar 80% dari jumlah yang diterima setiap tahunnya berasal dari sinar kosmik. Udara, air dan tanah mengandung 60 unsur radioaktif yang merupakan sumber radiasi alam. Utama sumber alami Radiasi dianggap sebagai gas inert radon yang dilepaskan dari bumi dan bebatuan. Radionuklida juga masuk ke dalam tubuh manusia melalui makanan. Beberapa radiasi pengion yang terpapar pada manusia berasal dari sumber buatan manusia, mulai dari generator listrik nuklir dan reaktor nuklir hingga radiasi yang digunakan untuk perawatan medis dan diagnostik. Saat ini, sumber radiasi buatan yang umum adalah:
- peralatan medis (sumber utama radiasi antropogenik);
- industri radiokimia (ekstraksi, pengayaan bahan bakar nuklir, pengolahan limbah nuklir dan pemulihannya);
- radionuklida yang digunakan dalam pertanian dan industri ringan;
- kecelakaan di pabrik radiokimia, ledakan nuklir, pelepasan radiasi
- Bahan bangunan.
Berdasarkan cara penetrasinya ke dalam tubuh, paparan radiasi dibagi menjadi dua jenis: internal dan eksternal. Yang terakhir ini khas untuk radionuklida yang tersebar di udara (aerosol, debu). Mereka menyerang kulit atau pakaian Anda. Dalam hal ini, sumber radiasi dapat dihilangkan dengan mencucinya. Iradiasi eksternal menyebabkan luka bakar pada selaput lendir dan kulit. Pada tipe internal, radionuklida masuk ke aliran darah, misalnya melalui suntikan ke pembuluh darah atau melalui luka, dan dikeluarkan melalui ekskresi atau terapi. Radiasi semacam itu memicu tumor ganas.
Latar belakang radioaktif sangat bergantung pada letak geografis– di beberapa wilayah, tingkat radiasi bisa ratusan kali lebih tinggi dari rata-rata.
Pengaruh radiasi terhadap kesehatan manusia
Radiasi radioaktif, karena efek pengionnya, mengarah pada pembentukan radikal bebas dalam tubuh manusia - molekul agresif aktif secara kimia yang menyebabkan kerusakan dan kematian sel.
Sel-sel saluran pencernaan, sistem reproduksi dan hematopoietik sangat sensitif terhadapnya. Radiasi radioaktif mengganggu pekerjaan mereka dan menyebabkan mual, muntah, gangguan fungsi usus, dan demam. Dengan mempengaruhi jaringan mata, dapat menyebabkan katarak radiasi. Akibat radiasi pengion juga mencakup kerusakan seperti sklerosis vaskular, penurunan kekebalan, dan kerusakan pada peralatan genetik.
Sistem transmisi data turun-temurun mempunyai organisasi yang baik. Radikal bebas dan turunannya dapat mengganggu struktur DNA pembawa informasi genetik. Hal ini menyebabkan mutasi yang mempengaruhi kesehatan generasi berikutnya.
Sifat dampak radiasi radioaktif pada tubuh ditentukan oleh sejumlah faktor:
- jenis radiasi;
- intensitas radiasi;
- karakteristik individu tubuh.
Dampak radiasi radioaktif mungkin tidak langsung terlihat. Terkadang konsekuensinya menjadi nyata setelah jangka waktu yang lama. Selain itu, radiasi dosis tunggal yang besar lebih berbahaya daripada paparan radiasi dosis kecil dalam jangka panjang.
Besarnya radiasi yang diserap ditandai dengan suatu nilai yang disebut Sievert (Sv).
- Radiasi latar belakang normal tidak melebihi 0,2 mSv/jam, yang setara dengan 20 mikroroentgen per jam. Saat rontgen gigi, seseorang menerima 0,1 mSv.
- Dosis tunggal yang mematikan adalah 6-7 Sv.
Penerapan radiasi pengion
Radiasi radioaktif banyak digunakan dalam teknologi, kedokteran, sains, industri militer dan nuklir serta bidang aktivitas manusia lainnya. Fenomena ini mendasari perangkat seperti detektor asap, generator listrik, alarm lapisan es, dan mesin ionisasi udara.
Dalam pengobatan, radiasi radioaktif digunakan dalam terapi radiasi untuk mengobati kanker. Radiasi pengion telah memungkinkan terciptanya radiofarmasi. Dengan bantuan mereka, pemeriksaan diagnostik dilakukan. Instrumen untuk menganalisis komposisi senyawa dan sterilisasi dibuat berdasarkan radiasi pengion.
Penemuan radiasi radioaktif, tanpa berlebihan, bersifat revolusioner - penggunaan fenomena ini membawa umat manusia ke dalamnya tingkat baru perkembangan. Namun hal ini juga menimbulkan ancaman terhadap lingkungan dan kesehatan manusia. Dalam hal ini, menjaga keselamatan radiasi merupakan tugas penting di zaman kita.
Inti zat radioaktif manakah yang akan meluruh terlebih dahulu, inti mana yang akan meluruh berikutnya, dan inti manakah yang akan meluruh terakhir? Fisikawan berpendapat bahwa mustahil untuk mengetahui: peluruhan inti radionuklida tertentu adalah peristiwa acak. Pada saat yang sama, perilaku zat radioaktif secara keseluruhan mengikuti pola yang jelas.
Mari kita belajar tentang waktu paruh
Jika kita mengambil labu kaca tertutup yang mengandung Radon-220 dalam jumlah tertentu, ternyata setelah sekitar 56 detik jumlah atom Radon dalam labu akan berkurang setengahnya, selama 56 detik berikutnya - setengahnya lagi, dan seterusnya. , jelas mengapa selang waktu 56 detik disebut waktu paruh Radon-220.
Waktu paruh T 1/2 adalah kuantitas fisik yang menjadi ciri radionuklida dan sama dengan waktu di mana setengah dari jumlah inti radionuklida tertentu meluruh.
Waktu paruh beberapa radionuklida
Satuan waktu paruh dalam SI adalah sekon:
Setiap radionuklida memiliki waktu paruhnya masing-masing (lihat tabel).
Sampel mengandung 6,4 · 10 20 atom Yodium-131. Berapa banyak atom Iodine-131 yang ada dalam sampel setelah 16 hari?
Kami mendefinisikan aktivitas sumber radioaktif
Uranium-238 dan Radium-226 keduanya bersifat radioaktif α (intinya dapat secara spontan meluruh menjadi partikel α dan inti anak yang sesuai).
Dari sampel manakah partikel alfa yang lebih banyak akan dipancarkan dalam 1 s jika jumlah atom Uranium-238 dan Radium-226 sama?
Kami harap Anda menjawab pertanyaan dengan benar dan, dengan mempertimbangkan bahwa waktu paruh radionuklida ini berbeda hampir 3 juta kali lipat, kami menetapkan bahwa pada waktu yang sama, lebih banyak peluruhan α yang akan terjadi pada sampel radium dibandingkan pada uranium. Sampel.
Besaran fisis yang secara numerik sama dengan jumlah peluruhan yang terjadi pada suatu sumber radioaktif per satuan waktu disebut aktivitas sumber radioaktif.
Aktivitas suatu sumber radioaktif dilambangkan dengan simbol A. Satuan SI untuk aktivitas adalah becquerel.
Beras. 24.1. Grafik aktivitas Radium-226 versus waktu. Waktu paruh Radium-226 adalah 1600 tahun
Sejarah penemuan isotop radioaktif buatan
Isotop radioaktif buatan pertama (15P) diperoleh pada tahun 1934 oleh pasangan Frederic dan Irene Joliot-Curie. Dengan menyinari aluminium dengan partikel alfa, mereka mengamati emisi neutron, yaitu terjadi reaksi nuklir berikut:
Fisikawan Italia Enrico Fermi dikenal karena beberapa prestasinya, namun ia menerima penghargaan tertinggi - Hadiah Nobel - atas penemuan radioaktivitas buatan yang disebabkan oleh penyinaran materi dengan neutron lambat. Saat ini metode iradiasi neutron banyak digunakan dalam industri untuk memperoleh isotop radioaktif.
1 Bq adalah aktivitas sumber radioaktif dimana 1 peristiwa peluruhan terjadi dalam 1 s:
1 Bq adalah aktivitas yang sangat rendah, sehingga mereka menggunakan satuan aktivitas ekstrasistemik - curie (Ci):
Ilmuwan apa yang memberi nama pada unit-unit ini? Penemuan apa yang mereka buat?
Jika suatu sampel hanya mengandung atom satu radionuklida, maka aktivitas sampel tersebut dapat ditentukan dengan rumus:
dimana N adalah jumlah atom radionuklida dalam sampel pada waktu tertentu; λ — konstan peluruhan radioaktif radionuklida (kuantitas fisik yang merupakan karakteristik radionuklida dan berhubungan dengan waktu paruh dengan perbandingan:
Seiring waktu, jumlah inti radionuklida yang tidak membusuk dalam sampel radioaktif berkurang, sehingga aktivitas sampel menurun (Gbr. 24.1).
Kita belajar tentang penggunaan isotop radioaktif
Keberadaan radionuklida pada suatu benda dapat dideteksi dengan radiasi. Anda telah mengetahui bahwa intensitas radiasi bergantung pada jenis radionuklida dan kuantitasnya, yang menurun seiring waktu. Semua ini menjadi dasar penggunaan isotop radioaktif, yang telah dipelajari oleh fisikawan untuk diproduksi secara artifisial. Isotop radioaktif buatan kini telah diperoleh untuk setiap unsur kimia yang ditemukan di alam.
Ada dua arah penggunaan isotop radioaktif.
Beras. 24.2. Untuk mengetahui cara tumbuhan menyerap pupuk fosfat, isotop radioaktif Fosfor ditambahkan ke pupuk ini, kemudian tanaman diperiksa radioaktivitasnya dan jumlah fosfor yang diserap ditentukan
Beras. 24.3. Penggunaan radiasi γ untuk pengobatan kanker. Untuk mencegah sinar-γ merusak sel-sel sehat, digunakan beberapa sinar-sinar lemah yang difokuskan pada tumor.
1. Penggunaan isotop radioaktif sebagai indikator. Radioaktivitas adalah sejenis tanda yang dengannya Anda dapat menentukan keberadaan suatu unsur, memantau perilaku unsur tersebut selama fisik dan proses biologis dll. (lihat, misalnya, Gambar 24.2).
2. Penggunaan isotop radioaktif sebagai sumber radiasi (lihat, misalnya, Gambar 24.3).
Mari kita lihat beberapa contoh.
Kami mencari tahu bagaimana isotop radioaktif digunakan untuk mendiagnosis penyakit
Tubuh manusia memiliki kemampuan untuk mengumpulkan zat-zat tertentu zat kimia. Misalnya, diketahui bahwa kelenjar tiroid mengakumulasi yodium, jaringan tulang mengakumulasi fosfor, kalsium dan strontium, hati mengumpulkan beberapa pewarna, dll. Laju akumulasi zat tergantung pada kesehatan organ. Misalnya pada penyakit Graves, aktivitas kelenjar tiroid meningkat tajam.
Jumlah yodium di kelenjar tiroid dapat dipantau dengan mudah menggunakan isotop radioaktif γ-nya. Sifat kimia yodium radioaktif dan stabil adalah sama, sehingga radioaktif Yodium-131 akan terakumulasi dengan cara yang sama seperti isotop stabilnya. Jika kelenjar tiroid normal, maka beberapa saat setelah masuknya Iodine-131 ke dalam tubuh, radiasi darinya akan memiliki intensitas optimal tertentu. Namun jika kelenjar tiroid berfungsi tidak normal, maka intensitas radiasi γ akan sangat tinggi atau sebaliknya rendah. Metode serupa digunakan untuk mempelajari metabolisme dalam tubuh, mengidentifikasi tumor, dll.
Jelas bahwa, dengan menggunakan metode diagnostik ini, jumlah obat radioaktif harus diberi dosis secara hati-hati sehingga radiasi internal minimal. dampak negatif pada tubuh manusia.
Menentukan umur benda purbakala
Beras. 24.4. 1 g karbon yang diperoleh dari pohon muda memiliki aktivitas 14-15 Bq (memancarkan 14-15 partikel β per detik). 5700 tahun setelah kematian sebuah pohon, jumlah peluruhan β per detik berkurang setengahnya
Beras. 24.5. Produk medis yang paling umum: jarum suntik, sistem transfusi darah, dll. disterilkan secara menyeluruh menggunakan radiasi sebelum dikirim ke konsumen.
Selalu ada sejumlah β-radioaktif Karbon-14 (^C) di atmosfer bumi, yang terbentuk dari Nitrogen sebagai hasilnya. reaksi nuklir dengan neutron. Sebagai bagian dari karbon dioksida, isotop ini diserap oleh tumbuhan, dan melalui mereka oleh hewan. Selama hewan atau tumbuhan masih hidup, kandungan karbon radioaktif di dalamnya tetap tidak berubah. Setelah terhentinya aktivitas vital, jumlah karbon radioaktif dalam tubuh mulai berkurang, dan aktivitas radiasi β juga menurun. Mengetahui bahwa waktu paruh Karbon-14 adalah 5.700 tahun, maka umur temuan arkeologis dapat ditentukan (Gambar 24.4).
Kami menggunakan radiasi γ dalam teknologi
Detektor cacat gamma sangat penting dalam teknologi, yang dengannya mereka memeriksa, misalnya, kualitas sambungan las. Jika master mengelas engsel ke gerbang dan membuat cacat, lama-kelamaan engselnya akan lepas. Ini tidak menyenangkan, tapi situasinya bisa diperbaiki. Namun jika terjadi cacat pada saat pengelasan elemen struktur jembatan atau reaktor nuklir, tragedi tidak dapat dihindari. Karena fakta bahwa sinar γ diserap secara berbeda oleh baja padat dan baja berlubang, detektor cacat gamma “melihat” retakan di dalam logam, dan oleh karena itu mendeteksi cacat pada tahap pembuatan struktur.
Memusnahkan kuman dengan radiasi
Diketahui bahwa dosis radiasi tertentu dapat membunuh organisme. Namun tidak semua organisme bermanfaat bagi manusia. Jadi, dokter terus berupaya untuk membasmi mikroba patogen. Ingat: di rumah sakit mereka mencuci lantai dengan larutan khusus, menyinari ruangan dengan sinar ultraviolet, dan merawatnya instrumen medis dll. Prosedur seperti itu disebut desinfeksi dan sterilisasi.
Keunikan radiasi γ memungkinkan proses sterilisasi dilakukan secara industri (Gbr. 24.5). Sterilisasi tersebut dilakukan di instalasi khusus
Dengan perlindungan yang andal dari penetrasi radiasi. Isotop Cobalt dan Cesium yang dibuat secara artifisial digunakan sebagai sumber sinar-γ
Belajar memecahkan masalah
Tugas. Tentukan massa Radium-226 jika aktivitasnya 5 Ci. Konstanta peluruhan radioaktif Radium-226 adalah 1,37 · 10 11 s 1 .
Analisis masalah fisika, pencarian model matematika
Untuk menyelesaikan soal tersebut, kita akan menggunakan rumus penentuan aktivitas: A = AN. Mengetahui aktivitasnya, kita mengetahui jumlah N atom Radium. Massa suatu zat dapat ditentukan dengan mengalikan jumlah atom dengan massa satu atom: m = N ■ m 0 .
Dari mata kuliah kimia anda mengetahui:
1 mol suatu zat mengandung N A = 6,02 10 atom;
massa molar suatu zat (massa 1 mol).
Massa atom
Mari kita simpulkan
Waktu di mana setengah dari jumlah inti radionuklida tertentu meluruh disebut waktu paruh T 1/2. Waktu paruh adalah karakteristik radionuklida tertentu. Besaran fisika yang secara numerik sama dengan jumlah peluruhan yang terjadi pada suatu sumber radioaktif per satuan waktu disebut aktivitas sumber radioaktif. Jika sumber hanya mengandung atom satu radionuklida, aktivitas A sumber dapat ditentukan dengan rumus A = AN, dimana N adalah jumlah atom radionuklida dalam sampel; λ adalah konstanta peluruhan radioaktif radionuklida. Satuan SI untuk aktivitas adalah becquerel (Bq).
Seiring berjalannya waktu, aktivitas sampel radioaktif menurun, dan ini digunakan untuk menentukan usia temuan arkeologi.
Isotop buatan digunakan untuk sterilisasi peralatan medis, diagnosis dan pengobatan penyakit, deteksi cacat pada logam, dll.
Pertanyaan kontrol
1. Tentukan waktu paruh. Apa yang dimaksud dengan besaran fisika ini? 2. Apa aktivitas sumber radioaktif? 3. Apa satuan SI untuk aktivitas? 4. Bagaimana hubungan aktivitas radionuklida dengan konstanta peluruhan radioaktifnya? 5. Apakah aktivitas sampel radionuklida berubah seiring waktu? Jika berubah, mengapa dan bagaimana? 6. Berikan contoh penggunaan isotop radioaktif.
Latihan No.24
1. Jumlah inti Yoda-131, Radon-220 dan Uranium-235 sama. Radionuklida manakah yang mempunyai waktu paruh terpanjang? Sampel manakah yang memiliki aktivitas terbesar pada saat ini? Jelaskan jawabanmu.
2. Sampel mengandung 2 10 20 atom Yodium-131. Tentukan berapa banyak inti yodium dalam sampel yang akan meluruh dalam waktu satu jam. Aktivitas Yodium-131 selama ini dianggap tidak berubah. Konstanta peluruhan radioaktif Yodium-131 adalah 9,98 · 10 -7 s -1 .
3. Waktu paruh radioaktif Karbon-14 adalah 5700 tahun. Berapa kali jumlah atom Karbon-14 berkurang pada pohon pinus yang ditebang 17.100 tahun yang lalu?
4. Tentukan waktu paruh radionuklida jika, dalam selang waktu 1,2 s, jumlah inti yang meluruh berjumlah 75% dari jumlah awalnya.
5. Sampel radioaktif saat ini mengandung 0,05 mol Radon-220. Tentukan aktivitas Radon-220 dalam sampel.
6. Saat ini, studi tentang metabolisme dalam tubuh manusia menggunakan isotop radioaktif dianggap salah satu yang paling penting. Secara khusus, ternyata dalam waktu yang relatif singkat tubuh hampir pulih sepenuhnya. Gunakan sumber informasi tambahan untuk mempelajari lebih lanjut tentang studi ini.
Fisika dan teknologi di Ukraina
Pusat Ilmiah Nasional "Institut Fisika dan Teknologi Kharkiv"
(KIPT) adalah pusat ilmiah terkenal di dunia. Didirikan pada tahun 1928 atas inisiatif akademisi A.F. Ioffe sebagai Institut Fisika dan Teknologi Ukraina untuk tujuan penelitian di bidang fisika nuklir dan fisika benda padat.
Sudah pada tahun 1932, institut ini mencapai hasil yang luar biasa - inti atom Litium dipecah. Kemudian, hidrogen cair dan helium diperoleh dalam kondisi laboratorium, radar tiga dimensi pertama dibangun, dan studi pertama teknologi vakum tinggi dilakukan, yang menjadi pendorong pengembangan arah fisik dan teknologi baru - metalurgi vakum. Para ilmuwan di institut tersebut memainkan peran penting dalam memecahkan masalah penggunaan energi atom.
Selama bertahun-tahun, fisikawan terkemuka bekerja di NSC KIPT: I.V. Obreimov, L.D. Landau, I.V. Kurchatov, K.D. Sinelnikov, L.V. Shubnikov, A.I. Leipunsky, E.M. Lifshits, I.M. Lifshits, A.K. , Ya.B. Fainberg, D.V. Volkov dan lain-lain Sekolah ilmiah yang terkenal di dunia didirikan di institut tersebut.
Akselerator elektron linier terbesar di CIS dan satu set kompleks termonuklir “Uragan” terletak di NSC KIPT.
Direktur umum pusat tersebut adalah fisikawan terkenal Ukraina, akademisi NASU Nikolai Fedorovich Shulga.
Ini adalah materi buku teks
Obat-obatan. Radium dan radioisotop alami lainnya banyak digunakan dalam diagnosis dan terapi radiasi kanker. Penggunaan radioisotop buatan untuk tujuan ini telah meningkatkan efektivitas pengobatan secara signifikan. Misalnya, yodium radioaktif, yang dimasukkan ke dalam tubuh dalam bentuk larutan natrium iodida, terakumulasi secara selektif di kelenjar tiroid dan oleh karena itu digunakan dalam praktik klinis untuk menentukan disfungsi kelenjar tiroid dan dalam pengobatan penyakit Graves. Dengan menggunakan larutan garam berlabel natrium, laju sirkulasi darah diukur dan patensi pembuluh darah di ekstremitas ditentukan. Fosfor radioaktif digunakan untuk mengukur volume darah dan mengobati eritremia.
Penelitian ilmiah. Pelacak radioaktif, yang dimasukkan dalam jumlah mikro ke dalam sistem fisik atau kimia, memungkinkan untuk memantau semua perubahan yang terjadi di dalamnya. Misalnya, dengan menanam tanaman di atmosfer karbon dioksida radioaktif, ahli kimia dapat memahami detail halus tentang bagaimana tanaman membentuk karbohidrat kompleks dari karbon dioksida dan air. Akibat pemboman terus menerus terhadap atmosfer bumi oleh sinar kosmik berenergi tinggi, nitrogen-14 yang terkandung di dalamnya, menangkap neutron dan memancarkan proton, berubah menjadi karbon-14 radioaktif. Dengan asumsi bahwa intensitas pemboman dan, oleh karena itu, jumlah keseimbangan karbon-14 tetap tidak berubah selama ribuan tahun terakhir, dan dengan mempertimbangkan waktu paruh C-14 dari aktivitas residunya, maka kita dapat menentukan umur dari pemboman tersebut. ditemukan sisa-sisa hewan dan tumbuhan (penanggalan radiokarbon). Metode ini memungkinkan untuk mengetahui dengan pasti penanggalan situs-situs penemuan manusia prasejarah yang ada lebih dari 25.000 tahun yang lalu.
ruang Wilson(alias ruang kabut) - salah satu instrumen pertama dalam sejarah yang merekam jejak (jejak) partikel bermuatan.
Diciptakan oleh fisikawan Skotlandia Charles Wilson antara tahun 1910 dan 1912. Prinsip pengoperasian kamera menggunakan fenomena kondensasi uap jenuh: ketika pusat kondensasi muncul di media uap jenuh (khususnya, ion yang menyertai jejak partikel bermuatan cepat), tetesan kecil cairan akan terbentuk di atasnya. Tetesan ini mencapai ukuran yang signifikan dan dapat difoto. Sumber partikel yang diteliti dapat ditemukan di dalam ruangan atau di luarnya (dalam hal ini, partikel terbang melalui jendela yang transparan).
Pada tahun 1927, fisikawan Soviet P.L. Kapitsa D. V. Skobeltsyn mengusulkan penempatan kamera di medan magnet kuat yang membengkokkan lintasan untuk mempelajari karakteristik kuantitatif partikel (misalnya massa dan kecepatan).
Ruang awan adalah wadah dengan Tutup gelas dan piston di bagian bawah, berisi uap jenuh air, alkohol, atau eter. Uapnya dibersihkan secara menyeluruh dari debu sehingga tidak ada pusat kondensasi molekul air sebelum partikelnya beterbangan. Ketika piston diturunkan, akibat pemuaian adiabatik, uap menjadi dingin dan menjadi jenuh. Partikel bermuatan yang melewati ruangan meninggalkan rantai ion di sepanjang jalurnya. Uap mengembun pada ion-ion, membuat jejak partikel terlihat.
Ruang awan memainkan peran besar dalam mempelajari struktur materi. Selama beberapa dekade, instrumen ini tetap menjadi satu-satunya instrumen untuk studi visual penelitian radiasi nuklir dan sinar kosmik:
Pada tahun 1930, L.V.MysovskysR. A. Eichelberger melakukan eksperimen dengan rubidium di ruang awan dan mencatat emisi partikel β. Belakangan, radioaktivitas alami dari isotop 87 Rb ditemukan.
Pada tahun 1934, L.V. Mysovsky dengan M. S. Eigenson melakukan eksperimen di mana, dengan menggunakan ruang awan, keberadaan neutron dalam komposisi sinar kosmik terbukti.
Pada tahun 1927, Wilson menerima Hadiah Nobel Fisika atas penemuannya. Selanjutnya, ruang awan digantikan oleh ruang percikan gelembung sebagai sarana utama untuk mempelajari radiasi.
Isi
Pendahuluan 3
1 Radioaktivitas 5
1.1 Jenis peluruhan radioaktif dan radiasi5
1.2 Hukum Peluruhan Radioaktif 7
1.3 Interaksi radiasi radioaktif dengan materi dan penghitung
radiasi 8
1.4 Klasifikasi sumber radiasi radioaktif dan isotop radioaktif 10
2 Teknik analisis berdasarkan pengukuran radioaktivitas 12
2.1 Penggunaan radioaktivitas alami dalam analisis 12
2.2 Analisis aktivasi 12
2.3 Metode pengenceran isotop 14
2.4 Titrasi radiometrik 14
3 Penerapan radioaktivitas 18
3.1 Penerapan pelacak radioaktif dalam kimia analitik 18
3.2 Penerapan isotop radioaktif 22
Kesimpulan 25
Daftar sumber yang digunakan 26
Perkenalan
Metode analisis berdasarkan radioaktivitas muncul pada era perkembangan fisika nuklir, radiokimia, dan teknologi nuklir dan kini berhasil digunakan dalam berbagai analisis, termasuk dalam industri dan jasa geologi.Keuntungan utama metode analisis berdasarkan pengukuran radiasi radioaktif adalah ambang batas deteksi yang rendah dari elemen yang dianalisis dan keserbagunaannya yang luas. Analisis radioaktivasi memiliki ambang deteksi terendah di antara semua metode analisis lainnya (10 -15 g). Keuntungan beberapa metode radiometrik adalah analisisnya tanpa penghancuran sampel, dan keunggulan metode yang didasarkan pada pengukuran radioaktivitas alam adalah kecepatan analisisnya. Fitur berharga dari metode radiometrik pengenceran isotop terletak pada kemungkinan menganalisis campuran unsur-unsur dengan sifat kimia dan analitik yang serupa, seperti zirkonium - hafnium, niobium - tantalum, dll.
Komplikasi tambahan ketika bekerja dengan obat-obatan radioaktif disebabkan oleh sifat racun dari radiasi radioaktif, yang tidak menyebabkan reaksi langsung dalam tubuh dan dengan demikian mempersulit penerapan tindakan yang diperlukan secara tepat waktu. Hal ini memperkuat perlunya kepatuhan yang ketat terhadap tindakan pencegahan keselamatan ketika bekerja dengan obat-obatan radioaktif. Dalam kasus yang diperlukan, pekerjaan dengan zat radioaktif terjadi dengan bantuan apa yang disebut manipulator di ruang khusus, dan analis sendiri tetap berada di ruangan lain, terlindung secara andal dari efek radiasi radioaktif.
Isotop radioaktif digunakan dalam metode analisis berikut:
- metode pengendapan dengan adanya unsur radioaktif;
metode pengenceran isotop;
titrasi radiometrik;
analisis aktivasi;
definisi berdasarkan pengukuran radioaktivitas isotop alami.
Di dalam pekerjaan kursus Landasan teoritis metode analisis yang menggunakan fenomena radioaktivitas dan penerapan praktisnya dipertimbangkan.
1 Radioaktivitas
1.1 Jenis peluruhan radioaktif dan radiasi
Radioaktivitas adalah transformasi spontan (peluruhan) inti atom suatu unsur kimia, yang menyebabkan perubahan nomor atom atau perubahan nomor massa. Dengan transformasi inti ini, radiasi radioaktif dipancarkan.Penemuan radioaktivitas dimulai pada tahun 1896, ketika A. Becquerel menemukan bahwa uranium secara spontan memancarkan radiasi, yang disebutnya radioaktif (dari radio - emit dan activas - efektif).
Radiasi radioaktif terjadi selama peluruhan spontan inti atom. Beberapa jenis peluruhan radioaktif dan radioaktif
radiasi.
1) ?-Dekomposisi. Peluruhan inti dengan keluarnya partikel?, yaitu inti He 2+. Misalnya,
Ra > Rn + Dia;
kamu > Th + ? (Dia).
Sesuai dengan hukum perpindahan radioaktif, pada peluruhan ? diperoleh atom yang nomor atomnya dua satuan, dan massa atomnya empat satuan lebih kecil dari atom aslinya.
2) ?-Dekomposisi. Ada beberapa jenis?-peluruhan: elektronik?-peluruhan; positron?-peluruhan; K-ambil. Selama peluruhan elektronik, misalnya,
Layar > Y + ? - ;
P > S + ? - .
Sebuah neutron di dalam inti berubah menjadi proton. Ketika partikel bermuatan negatif dipancarkan, nomor atom unsur tersebut bertambah satu, dan massa atom praktis tidak berubah.
Selama peluruhan positron?-, positron (?+-partikel) dilepaskan dari inti atom, dan kemudian berubah menjadi neutron di dalam inti. Misalnya:
Umur positron pendek, karena ketika bertabrakan dengan elektron, terjadi pemusnahan yang disertai dengan emisi ?-kuanta.
Dalam penangkapan K, inti atom menangkap elektron dari kulit elektron terdekat (dari kulit K) dan salah satu proton inti diubah menjadi neutron.
Misalnya,
Cu >Ni+n
K + e - = Ar + hv
Salah satu elektron kulit terluar berpindah ke tempat bebas di kulit K, yang disertai dengan emisi sinar-X keras.
3) Pembagian spontan. Hal ini merupakan ciri khas unsur-unsur dalam tabel periodik DI Mendeleev dengan Z > 90. Selama fisi spontan, atom-atom berat terbagi menjadi beberapa bagian, yang biasanya merupakan unsur-unsur yang berada di tengah-tengah tabel L.I. Mendeleev. Fisi spontan dan peluruhan β membatasi produksi unsur transuranium baru.
Mengalir? dan?-partikel disebut demikian? dan?-radiasi. Selain itu, ?-radiasi diketahui. Ini adalah osilasi elektromagnetik dengan panjang gelombang yang sangat pendek. Pada prinsipnya, radiasi γ mirip dengan sinar-X keras dan berbeda dalam asal intranuklearnya. Radiasi sinar-X terjadi selama transisi pada kulit elektron suatu atom, dan radiasi dipancarkan oleh atom tereksitasi akibat peluruhan radioaktif (? dan?).
Akibat peluruhan radioaktif, diperoleh unsur-unsur yang menurut muatan inti (nomor urut), harus ditempatkan di sel-sel tabel periodik yang sudah ditempati oleh unsur-unsur dengan nomor atom yang sama, tetapi massa atom berbeda. Inilah yang disebut isotop. Sifat kimianya dianggap tidak dapat dibedakan, sehingga campuran isotop biasanya dianggap sebagai satu unsur. Keteguhan komposisi isotop pada sebagian besar reaksi kimia kadang-kadang disebut hukum keteguhan komposisi isotop. Misalnya kalium dalam senyawa alam merupakan campuran isotop, 93,259% dari 39 K, 6,729% dari 41 K dan 0,0119% dari 40 K (K-capture dan?-decay). Kalsium memiliki enam isotop stabil dengan nomor massa 40, 42, 43, 44, 46 dan 48. Dalam analisis kimia dan banyak reaksi lainnya, rasio ini praktis tidak berubah, oleh karena itu reaksi kimia biasanya tidak digunakan untuk memisahkan isotop. Paling sering, berbagai proses fisik digunakan untuk tujuan ini - difusi, distilasi atau elektrolisis.
Satuan aktivitas isotop adalah becquerel (Bq), sama dengan aktivitas nuklida dalam sumber radioaktif dimana satu peristiwa peluruhan terjadi dalam 1 s.
1.2 Hukum peluruhan radioaktif
Radioaktivitas yang diamati pada inti yang ada dalam kondisi alami disebut alami, radioaktivitas inti yang diperoleh melalui reaksi nuklir disebut buatan.Tidak ada perbedaan mendasar antara radioaktivitas buatan dan alami. Proses transformasi radioaktif dalam kedua kasus tersebut tunduk pada hukum yang sama - hukum transformasi radioaktif:
Jika t = 0, maka const = -lg N 0. Akhirnya
Dimana A adalah aktivitas pada waktu t; A 0 – aktivitas pada t = 0.
Persamaan (1.3) dan (1.4) mencirikan hukum peluruhan radioaktif. Dalam kinetika, persamaan ini dikenal sebagai persamaan reaksi orde pertama. Waktu paruh T1/2 biasanya ditunjukkan sebagai karakteristik laju peluruhan radioaktif, yang, seperti ?, merupakan karakteristik mendasar dari proses yang tidak bergantung pada jumlah zat.
Waktu paruh adalah periode waktu dimana sejumlah zat radioaktif berkurang setengahnya.
Waktu paruh berbagai isotop berbeda secara signifikan. Jangka waktunya berkisar antara 10 10 tahun hingga sepersekian detik. Tentu saja, zat dengan waktu paruh 10 - 15 menit. dan yang lebih kecil sulit digunakan di laboratorium. Isotop dengan waktu paruh yang sangat lama juga tidak diinginkan di laboratorium, karena jika benda di sekitarnya terkontaminasi secara tidak sengaja dengan zat ini, diperlukan pekerjaan khusus untuk mendekontaminasi ruangan dan instrumen.
1.3 Interaksi radiasi radioaktif dengan materi dan penghitung
radiasi
Akibat interaksi radiasi radioaktif dengan materi, terjadi ionisasi dan eksitasi atom dan molekul zat yang dilaluinya. Radiasi juga menghasilkan efek cahaya, fotografi, kimia dan biologis. Radiasi radioaktif menyebabkan sejumlah besar reaksi kimia dalam gas, larutan, dan padatan. Mereka biasanya digabungkan menjadi sekelompok reaksi radiasi-kimia. Ini termasuk, misalnya, penguraian (radiolisis) air dengan pembentukan hidrogen, hidrogen peroksida dan berbagai radikal yang masuk ke dalam reaksi redoks dengan zat terlarut.Radiasi radioaktif menyebabkan berbagai transformasi radiokimia dari berbagai senyawa organik - asam amino, asam, alkohol, eter, dll. Radiasi radioaktif yang intens menyebabkan tabung kaca bersinar dan sejumlah efek lainnya padatan. Berbagai metode untuk mendeteksi dan mengukur radioaktivitas didasarkan pada studi tentang interaksi radiasi radioaktif dengan materi.
Tergantung pada prinsip operasinya, penghitung radiasi radioaktif dibagi menjadi beberapa kelompok.
Penghitung ionisasi. Tindakannya didasarkan pada terjadinya ionisasi atau pelepasan gas yang disebabkan oleh ionisasi ketika partikel radioaktif atau?-kuanta memasuki penghitung. Di antara lusinan perangkat yang menggunakan ionisasi, yang khas adalah ruang ionisasi dan pencacah Geiger-Muller, yang paling banyak digunakan di laboratorium analisis kimia dan radiokimia.
Untuk laboratorium radiokimia dan lainnya, industri memproduksi unit penghitungan khusus.
Penghitung kilau. Pengoperasian pencacah ini didasarkan pada eksitasi atom sintilator oleh ?-kuanta atau partikel radioaktif yang melewati pencacah. Atom yang tereksitasi, kembali ke keadaan normal, mengeluarkan kilatan cahaya.
Pada periode awal mempelajari proses nuklir, penghitungan kilau visual memainkan peran penting, tetapi kemudian digantikan oleh pencacah Geiger-Müller yang lebih canggih. Saat ini metode sintilasi kembali banyak digunakan dengan menggunakan photomultiplier.
Balas Cherenkov. Pengoperasian penghitung ini didasarkan pada penggunaan efek Cherenkov, yang terdiri dari emisi cahaya ketika partikel bermuatan bergerak dalam zat transparan, jika kecepatan partikel melebihi kecepatan cahaya dalam medium tersebut. Fakta kecepatan superluminal suatu partikel dalam medium tertentu, tentu saja, tidak bertentangan dengan teori relativitas, karena kecepatan cahaya dalam medium apa pun selalu lebih kecil daripada kecepatan cahaya di ruang hampa. Kecepatan pergerakan suatu partikel dalam suatu zat bisa lebih besar dari kecepatan cahaya dalam zat tersebut, namun pada saat yang sama tetap lebih kecil dari kecepatan cahaya dalam ruang hampa, sepenuhnya sesuai dengan teori relativitas. Penghitung Cherenkov digunakan untuk penelitian dengan partikel yang sangat cepat, untuk penelitian di luar angkasa, dll., karena dengan bantuannya sejumlah karakteristik penting lainnya dari partikel dapat ditentukan (energinya, arah pergerakannya, dll.).
1.4 Klasifikasi sumber radiasi radioaktif dan
isotop radioaktif
Sumber radiasi radioaktif dibagi menjadi tertutup dan terbuka. Tertutup - harus kedap udara. Terbuka - sumber radiasi bocor apa pun yang dapat menimbulkan kontaminasi radioaktif pada udara, peralatan, permukaan meja, dinding, dll.Saat bekerja dengan sumber tertutup, tindakan pencegahan yang diperlukan terbatas pada perlindungan dari radiasi eksternal.
Sumber radiasi tertutup dengan aktivitas di atas 0,2 g-eq. radium harus ditempatkan di dalamnya perangkat pelindung dengan remote control dan dipasang di ruangan yang dilengkapi peralatan khusus.
Saat bekerja dengan sumber tertutup dengan aktivitas lebih rendah, layar harus digunakan dengan ketebalan dan bahan yang sesuai dengan jenis dan energi radiasi sumber radioaktif, serta instrumen jarak jauh, yang penggunaannya harus mengurangi dosis hingga maksimum yang diizinkan. . Laboratorium ketika bekerja dengan sumber tertutup bisa menjadi biasa saja.
Saat bekerja dengan sumber terbuka, perlu diperhitungkan: radiotoksisitas relatif isotop, yang bergantung pada waktu paruh, jenis dan energi radiasi; aktivitas di tempat kerja; keadaan fisik suatu zat; fitur pekerjaan.
Untuk setiap isotop radioaktif, konsentrasi maksimum yang diizinkan (MAC) di udara tempat kerja telah ditetapkan.
Menurut penurunan derajat radiotoksisitasnya, isotop radioaktif dibagi menjadi empat kelompok konsentrasi maksimum yang diijinkan:
Golongan A – isotop dengan radiotoksisitas yang sangat tinggi (konsentrasi maksimum yang diijinkan tidak lebih dari
1 10 -13 curie/l): 90 Sr, 226 Ra, 239 Pu, dll.
Golongan B – isotop radiotoksisitas tinggi (MPC dari 1 10 -13 hingga 1 10 -11 curie/l): 22 Na, 45 Ca, 60 Co, 89 Sr, 110 Ag, 131 I, 137 Cs, l41 Ce, 210 Pb , U (perkiraan), dll.
Golongan B – isotop radiotoksisitas rata-rata (MPC dari 1 10 -11 hingga 1 10 -9 curie/l): 24 Na, 32 P, 35 S, 36 C1, 42 K, 56 Mn, 55, 59 Fe, 69 Zn, 76 As, 82 Br, 124, 125 Sb, 140 Ba, dst.
Golongan D – isotop dengan radiotoksisitas paling rendah (MPC dari 1 10 -9 curie/l): 3 H, 14 C, dst.
2 Teknik analisis berdasarkan pengukuran radioaktivitas
2.1 Penggunaan radioaktivitas yang terjadi secara alami dalam analisis
Unsur-unsur yang secara alami bersifat radioaktif dapat diukur dengan sifat ini. Ini adalah U, Th, Ra, Ac, dll., totalnya lebih dari 20 elemen. Misalnya kalium dapat ditentukan berdasarkan radioaktivitasnya dalam larutan pada konsentrasi 0,05 M. Penentuan berbagai unsur berdasarkan radioaktivitasnya biasanya dilakukan dengan menggunakan grafik kalibrasi yang menunjukkan ketergantungan aktivitas pada persentase unsur yang ditentukan atau dengan metode penambahan.Metode radiometrik sangat penting dalam pekerjaan pencarian ahli geologi, misalnya selama eksplorasi deposit uranium.
2.2 Analisis aktivasi
Ketika terkena neutron, proton, dan partikel berenergi tinggi lainnya, banyak unsur non-radioaktif menjadi radioaktif. Analisis aktivasi didasarkan pada pengukuran radioaktivitas ini. Secara umum, partikel apa pun dapat digunakan untuk iradiasi, proses iradiasi dengan neutron adalah yang paling penting secara praktis. Penggunaan partikel bermuatan untuk tujuan ini melibatkan mengatasi kesulitan teknis yang lebih signifikan dibandingkan dengan neutron. Sumber utama neutron untuk analisis aktivasi adalah reaktor nuklir dan sumber portabel (radium-berilium, dll.). Dalam kasus terakhir,?-partikel yang dihasilkan dari peluruhan unsur?-aktif (Ra, Rn, dll.) berinteraksi dengan inti berilium, melepaskan neutron:9 Menjadi + 4 Dia > 12 C + n
Neutron melakukan reaksi nuklir dengan komponen sampel yang dianalisis, misalnya:
55 Mn + n = 56 Mn atau Mn (n,?) 56 Mn
Radioaktif 56 Mn meluruh dengan waktu paruh 2,6 jam:
56 Mn > 56 Fe+
Untuk memperoleh informasi tentang komposisi sampel, radioaktivitasnya diukur selama beberapa waktu dan kurva yang dihasilkan dianalisis (Gambar 2.1). Saat melakukan analisis seperti itu, diperlukan data yang dapat diandalkan tentang waktu paruh berbagai isotop untuk menguraikan kurva ringkasan.
Gambar 2.1 - Penurunan radioaktivitas dari waktu ke waktu
Pilihan lain untuk analisis aktivasi adalah metode ?-spektroskopi, berdasarkan pengukuran spektrum ?-radiasi suatu sampel. Energi?-radiasi bersifat kualitatif, dan laju penghitungan merupakan karakteristik kuantitatif dari isotop. Pengukuran dilakukan menggunakan spektrometer multisaluran dengan penghitung kilau atau semikonduktor. Ini adalah metode analisis yang jauh lebih cepat dan spesifik, meskipun agak kurang sensitif dibandingkan analisis radiokimia.
Keuntungan penting dari analisis aktivasi adalah batas deteksinya yang rendah. Dengan bantuannya, hingga 10 -13 - 10 -15 g zat dapat dideteksi dalam kondisi yang menguntungkan. Dalam beberapa kasus khusus, batas deteksi yang lebih rendah dapat dicapai. Misalnya digunakan untuk memantau kemurnian silikon dan germanium di industri semikonduktor, mendeteksi kandungan pengotor hingga 10 -8 - 10 -9%. Konten tersebut tidak dapat ditentukan dengan metode apa pun selain analisis aktivasi. Saat memperoleh unsur-unsur berat dalam tabel periodik, seperti mendelevium dan kurchatovium, para peneliti dapat menghitung hampir setiap atom dari unsur yang dihasilkan.
Kerugian utama dari analisis aktivasi adalah besarnya sumber neutron, serta durasi proses memperoleh hasil yang seringkali lama.
2.3 Metode pengenceran isotop
Disarankan untuk menggunakan metode pengenceran isotop untuk penentuan kuantitatif komponen campuran yang sulit dipisahkan yang memiliki sifat serupa.Dalam metode ini, tidak perlu mengisolasi seluruh zat yang ditentukan, tetapi hanya sebagian saja ke dalam keadaan semurni mungkin. Metode pengenceran isotop membuka kemungkinan baru dalam analisis campuran kompleks dan unsur-unsur yang memiliki sifat kimia dan analitik yang serupa. Misalnya, ketika menganalisis campuran zirkonium - hafnium atau niobium - tantalum, Anda dapat memperoleh endapan murni dari salah satu komponennya, tetapi pengendapannya tidak akan lengkap. Jika pengendapan sempurna tercapai, endapan yang dihasilkan akan terkontaminasi dengan unsur analog. Dalam metode pengenceran isotop, pengendapan tidak lengkap dilakukan dan, dengan menggunakan pengukuran aktivitas, kandungan unsur yang dianalisis ditemukan dengan akurasi yang wajar. Teknik serupa juga digunakan ketika menganalisis berbagai campuran zat organik.2.4 Titrasi radiometrik
Dalam titrasi radiometrik, indikatornya adalah isotop radioaktif suatu unsur. Misalnya, ketika titrasi fosfat dengan magnesium, sejumlah kecil fosfat yang mengandung P* radioaktif dimasukkan ke dalam larutan yang dianalisis.Perubahan aktivitas selama titrasi ini dapat dilihat pada Gambar 2.2a. Definisi grafis dari titik ekuivalen juga ditampilkan di sini. Sebelum titik ekivalen, aktivitas larutan akan menurun tajam, karena zat radioaktif akan berpindah dari larutan menjadi endapan. Setelah titik ekivalen, aktivitas larutan akan tetap hampir konstan dan sangat kecil.
Seperti dapat dilihat dari Gambar 2.2, b, penambahan hidrogen fosfat ke dalam larutan hingga titik ekivalen praktis tidak akan menyebabkan peningkatan aktivitas larutan, karena isotop radioaktif akan mengendap. Setelah titik ekivalen, aktivitas larutan mulai meningkat sebanding dengan konsentrasi hidrogen fosfat.
A) - perubahan aktivitas larutan yang mengandung fosfat selama titrasi dengan larutan; b) - perubahan aktivitas larutan bila dititrasi dengan yang mengandung fosfat.
Gambar 2.2 - Jenis kurva titrasi radiometrik
Reaksi titrasi radiometrik harus memenuhi persyaratan yang biasanya diterapkan pada reaksi analisis titrimetri (kecepatan dan kelengkapan reaksi, keteguhan komposisi produk reaksi, dll). Kondisi yang jelas untuk penerapan reaksi dalam metode ini juga merupakan transisi produk reaksi dari larutan yang dianalisis ke fase lain untuk menghilangkan gangguan dalam menentukan aktivitas larutan. Fase kedua ini seringkali berupa endapan yang terbentuk. Ada metode yang diketahui di mana produk reaksi diekstraksi dengan pelarut organik. Misalnya, ketika mentitrasi banyak kation dengan ditizon, kloroform atau karbon tetraklorida digunakan sebagai ekstraktan. Penggunaan ekstraktan memungkinkan penetapan titik ekivalen dengan lebih akurat, karena dalam hal ini penentuannya dapat mengukur aktivitas kedua fase.
2.5 Efek Mössbauer
Efeknya ditemukan pada tahun 1958 oleh R. P. Mossbauer. Dengan nama ini, fenomena emisi, penyerapan, dan hamburan ?-kuanta oleh inti atom sering kali digabungkan tanpa mengeluarkan energi untuk mundurnya inti atom. Penyerapan ?-radiasi biasanya dipelajari, oleh karena itu efek Mössbauer sering juga disebut ?-resonansi spektroskopi (GRS).
Ketika ?-kuanta dipancarkan, inti atom kembali ke keadaan normalnya. Namun, energi radiasi yang dipancarkan tidak hanya ditentukan oleh perbedaan keadaan energi inti dalam keadaan tereksitasi dan normal. Karena hukum kekekalan momentum, inti mengalami apa yang disebut kemunduran. Hal ini mengarah pada fakta bahwa dalam kasus atom gas, energi radiasi yang dipancarkan akan lebih kecil dibandingkan jika emitor berada dalam benda padat. Dalam kasus terakhir, kehilangan energi akibat recoil dikurangi hingga nilai yang dapat diabaikan. Dengan demikian, γ-kuanta radiasi yang dipancarkan tanpa mundur dapat diserap oleh atom-atom yang tidak tereksitasi dari unsur yang sama. Namun, perbedaan lingkungan kimia inti emitor dan inti penyerap menyebabkan beberapa perbedaan dalam keadaan energi inti, cukup untuk mencegah terjadinya penyerapan resonansi kuanta. Perbedaan keadaan energi inti dikompensasi secara kuantitatif menggunakan efek Doppler, yang menurutnya frekuensi radiasi (dalam hal ini, energi ?-kuanta) bergantung pada kecepatan pergerakan. Pada kecepatan gerak tertentu dari emitor (atau penyerap, karena hanya kecepatan gerak relatifnya yang penting), terjadi penyerapan resonansi. Ketergantungan intensitas penyerapan?-kuanta pada kecepatan gerak disebut spektrum Mössbauer. Spektrum Mössbauer yang khas disajikan pada Gambar 2.3, di mana laju penghitungan, yang berbanding terbalik dengannya, diplot sebagai ukuran intensitas penyerapan.
Gambar 2.3 - Spektrum serapan Mössbauer
Kecepatan pergerakan sampel atau emitor biasanya tidak melebihi beberapa sentimeter per detik. Spektrum Mössbauer adalah karakteristik suatu zat yang sangat penting. Hal ini memungkinkan seseorang untuk menilai sifat ikatan kimia dalam senyawa yang diteliti, struktur elektroniknya, serta fitur dan sifat lainnya.
3 Penerapan radioaktivitas
3.1 Penerapan pelacak radioaktif dalam kimia analitik
Pemanfaatan radionuklida dalam kimia analitik sangat beragam. Metode analisis kuantitatif, berdasarkan fakta bahwa dalam berbagai proses kimia, radioaktivitas spesifikDimana radioaktivitas sampel, dinyatakan dalam becquerel, dan massa sampel analit, dimana radionuklida tersebar merata, tetap konstan baik untuk seluruh sampel maupun untuk setiap bagiannya.
Mari kita pertimbangkan percobaan untuk menentukan tekanan uap dari logam yang sangat sulit menguap dan tahan api seperti tungsten. Diproduksi secara artifisial?-radioaktif tungsten-185 dapat digunakan sebagai penanda. Mari kita siapkan logam tungsten yang mengandung tanda ini dan tentukan aktivitas spesifiknya. Selanjutnya, kita akan mengumpulkan uap logam yang menguap dari permukaan tungsten pada suhu tertentu dan terkandung dalam uap dengan volume tertentu. Dalam kondisi yang sama saat ditentukan, kita akan menemukan aktivitas uap ini. Jelas terlihat bahwa massanya adalah uap
Selanjutnya, dengan mengetahui volume uap, Anda dapat mencari massa jenisnya pada suhu percobaan, dan kemudian, menggunakan informasi tentang komposisi uap, dan tekanannya.
Demikian pula, dengan menggunakan label radioaktif, Anda dapat mengetahui konsentrasi suatu zat dalam suatu larutan dan menentukan, misalnya, konsentrasinya dalam larutan jenuh. Dengan cara yang sama, seseorang dapat menemukan massa suatu zat yang tersisa setelah ekstraksi lingkungan perairan, dan masuk ke fase organik. Selanjutnya, dimungkinkan untuk menghitung koefisien distribusi antar fase zat yang diekstraksi (di sini penggunaan pelacak radioaktif penting ketika koefisien distribusi sangat tinggi dan tidak ada metode analisis lain untuk menentukan jumlah zat yang diekstraksi yang sangat rendah. tersisa dalam fase air).
Penggunaan pelacak radioaktif dalam metode pengenceran isotop adalah hal yang asli. Misalkan Anda perlu menentukan kandungan asam amino apa pun dalam campuran asam amino dengan sifat serupa, dan tidak mungkin melakukan pemisahan asam amino secara lengkap (kuantitatif) menggunakan metode kimia, tetapi ada metode yang memungkinkan Anda untuk mengisolasi mereka dari campuran di bentuk murni sebagian kecil dari asam amino ini (misalnya, menggunakan kromatografi). Masalah serupa muncul ketika menentukan kandungan lantanida dalam campuran lantanida dan ketika menentukan bentuk kimia apa unsur ini atau itu ditemukan di alam, misalnya di air sungai atau laut.
Mari kita gunakan sebagian ion iodida berdasarkan massa dan aktivitas untuk menentukan kandungan total yodium dalam air laut. Mari masukkan ion iodida berlabel ini ke dalam sampel yang dianalisis dan panaskan sehingga label radioaktif didistribusikan secara merata ke semua bentuk kimia yang mengandung yodium yang ditemukan dalam air laut (bentuk tersebut dalam hal ini adalah ion iodida, iodat, dan periodat). Selanjutnya dengan menggunakan perak nitrat, kita akan mengisolasi sebagian kecil ion iodida dalam bentuk endapan AgI dan menentukan massa dan radioaktivitasnya. Jika kandungan iodium total dalam sampel sama, maka diperoleh hasil seperti itu
Dengan menggunakan teknik yang sedikit berbeda, kandungan yodium air laut dapat diketahui dalam bentuk ion iodida. Untuk melakukan ini, setelah memasukkan label radioaktif ke dalam sampel, kondisi harus dibuat di mana pertukaran isotop (pertukaran atom yodium) antara ion iodida dan bentuk lain yang mengandung yodium (ion iodat dan periodat) tidak terjadi (untuk ini Anda perlu gunakan larutan dingin dengan lingkungan netral). Dengan mengisolasi lebih lanjut sebagian kecil ion iodida dari air laut menggunakan pengendap - perak nitrat dalam bentuk AgI (berat porsi) dan mengukur radioaktivitasnya, dengan menggunakan rumus (3.5) dapat diketahui kandungan ion iodida dalam sampel.
Penggunaan atom radioaktif juga merupakan dasar dari metode kimia analitik yang universal dan sangat sensitif seperti analisis aktivasi. Saat melakukan analisis aktivasi, dengan menggunakan reaksi nuklir yang sesuai, perlu untuk mengaktifkan atom-atom unsur yang ditentukan dalam sampel, yaitu menjadikannya radioaktif. Paling sering, analisis aktivasi dilakukan dengan menggunakan sumber neutron. Jika misalnya perlu mencari kandungan unsur tanah jarang dysprosium Dy pada batuan padat, lakukan sebagai berikut.
Pertama, serangkaian sampel disiapkan yang mengandung Dy dalam jumlah yang diketahui bervariasi (diambil, misalnya, dalam bentuk DyF 3 atau Dy 2 O 3 - atom oksigen dan fluor tidak diaktifkan oleh neutron). Sampel-sampel ini diiradiasi pada kondisi yang sama dengan fluks neutron yang sama. Sumber neutron yang diperlukan untuk percobaan ini adalah ampul kecil (seukuran pena) yang mengandung bahan pemancar neutron (misalnya campuran amerisium-241 dan berilium). Sumber neutron tersebut dapat disimpan dengan aman dengan menempatkannya dalam lubang yang dibuat di tengah balok parafin seukuran ember air.
Untuk iradiasi, sampel yang diketahui kandungan disprosiumnya ditempatkan pada sumur yang terletak di blok parafin dan terletak pada jarak yang sama dari sumbernya (Gambar 3.1).
1 – blok parafin, 2 – sumber neutron ampul,
3 – sampel yang diiradiasi.
Gambar 3.1 – Skema analisis aktivasi neutron
Sampel batuan yang dianalisis ditempatkan di sumur yang sama. Di bawah pengaruh neutron, reaksi nuklir 164 Dy(n, g) 165 Dy terjadi dalam sampel. Setelah waktu tertentu (misalnya setelah 6 jam), semua sampel dikeluarkan dari sumur dan aktivitasnya diukur dalam kondisi yang sama. Berdasarkan data pengukuran aktivitas obat, dibuat grafik kalibrasi pada koordinat “kandungan disprosium dalam sampel - aktivitas obat”, dan dari situ ditemukan kandungan disprosium dalam bahan yang dianalisis (Gambar 3.2).
Gambar 3.2 – Grafik ketergantungan sampel yang teraktivasi aktivitas/neutron terhadap massa m disprosium dalam sampel. Sampel yang dianalisis mengandung sekitar 3 μg disprosium
Metode analisis aktivasi bagus bukan hanya karena sensitivitasnya yang tinggi. Karena radiasi radionuklida yang terbentuk selama aktivasi berbeda dalam jenis dan energi, bila menggunakan peralatan radiometrik spektrometri, dimungkinkan untuk secara bersamaan menentukan hingga 10-15 unsur dalam sampel setelah aktivasi.
Dan satu lagi keuntungan penting dari analisis aktivasi: radionuklida sering kali terbentuk akibat aktivasi peluruhan neutron yang cukup cepat, sehingga lama kelamaan benda yang dianalisis menjadi non-radioaktif. Jadi, dalam banyak kasus, analisis aktivasi adalah analisis yang tidak berhubungan dengan penghancuran objek yang dianalisis. Hal ini sangat penting terutama dalam menentukan komposisi temuan arkeologis, meteorit, dan sampel unik lainnya.
3.2 Penggunaan isotop radioaktif
Salah satu penelitian paling menonjol yang dilakukan dengan menggunakan “atom yang diberi tag” adalah studi tentang metabolisme pada organisme. Terbukti dalam waktu yang relatif singkat tubuh mengalami pembaharuan yang hampir sempurna. Atom-atom penyusunnya digantikan oleh yang baru. Hanya zat besi, seperti yang ditunjukkan oleh eksperimen studi isotop darah, yang merupakan pengecualian terhadap aturan ini. Zat besi merupakan bagian dari hemoglobin sel darah merah. Ketika atom besi radioaktif dimasukkan ke dalam makanan, ditemukan bahwa oksigen bebas yang dilepaskan selama fotosintesis awalnya merupakan bagian dari air, bukan karbon dioksida. Isotop radioaktif digunakan dalam pengobatan baik untuk diagnosis maupun tujuan terapeutik. Natrium radioaktif, disuntikkan dalam jumlah kecil ke dalam darah, digunakan untuk mempelajari sirkulasi darah, yodium disimpan secara intensif di kelenjar tiroid, terutama pada penyakit Graves. Dengan mengamati pengendapan yodium radioaktif menggunakan meteran, diagnosis dapat ditegakkan dengan cepat. Yodium radioaktif dosis besar menyebabkan kerusakan sebagian jaringan yang berkembang tidak normal, dan oleh karena itu yodium radioaktif digunakan untuk mengobati penyakit Graves. Radiasi kobalt yang intens digunakan dalam pengobatan kanker (senjata kobalt).Yang tidak kalah luasnya adalah penerapan isotop radioaktif dalam industri. Salah satu contohnya adalah metode berikut untuk memantau keausan ring piston pada mesin pembakaran internal. Dengan menyinari ring piston dengan neutron, mereka menyebabkan reaksi nuklir di dalamnya dan menjadikannya radioaktif. Saat mesin beroperasi, partikel material cincin masuk ke dalam oli pelumas. Dengan memeriksa tingkat radioaktivitas dalam oli setelah waktu pengoperasian mesin tertentu, keausan ring dapat ditentukan. Isotop radioaktif memungkinkan untuk menilai difusi logam, proses dalam tanur tinggi, dll.
Radiasi kuat dari obat-obatan radioaktif digunakan untuk mempelajari struktur internal coran logam untuk tujuan deteksi
cacat.
Isotop radioaktif semakin banyak digunakan di bidang pertanian. Iradiasi benih tanaman (kapas, kubis, lobak, dll.) dengan sinar ?-radiasi dosis kecil dari obat radioaktif menyebabkan peningkatan hasil yang nyata. Radiasi dosis besar menyebabkan mutasi pada tanaman dan mikroorganisme, yang dalam beberapa kasus
dll.................
Pendahuluan…………………………………………………………………………………3
Penerapan sumber radioaktif di berbagai bidang
bidang kegiatan manusia………………………………………………….3
Industri kimia
Ekonomi perkotaan
Industri medis
Sterilisasi radiasi produk dan bahan
Produksi alat pacu jantung radioisotop
Iradiasi benih dan umbi sebelum disemai
Diagnostik radioisotop (memasukkan obat radioaktif ke dalam tubuh)
Limbah radioaktif, masalah pembuangannya…………………..8
Kurangnya pengembangan metode…………………………………………………...12
Tekanan dari keadaan eksternal…………………………………………………..13
Pengambilan keputusan dan kompleksitas masalah teknologi…………………...13
Ketidakpastian konsep…………………………………………………...14
Referensi………………………………………………….16
Perkenalan
Saat ini sulit menemukan cabang ilmu pengetahuan, teknologi, industri, pertanian dan kedokteran yang tidak menggunakan sumber radioaktivitas (isotop radioaktif). Isotop radioaktif buatan dan alami adalah alat yang ampuh dan halus untuk menciptakan metode analisis dan pengendalian yang sensitif di industri, alat unik untuk diagnosis medis dan pengobatan penyakit tumor ganas, obat yang efektif efek pada berbagai zat, termasuk zat organik. Hasil terpenting diperoleh dengan menggunakan isotop sebagai sumber radiasi. Pembuatan instalasi dengan sumber radiasi radioaktif yang kuat memungkinkan penggunaannya untuk memantau dan mengendalikan proses teknologi; diagnostik teknis; terapi penyakit manusia; memperoleh sifat-sifat baru suatu zat; mengubah energi peluruhan zat radioaktif menjadi panas dan listrik, dll. Paling sering untuk tujuan ini, isotop seperti ⁶⁰CO, ⁹⁰Sr, ¹³⁷Cs dan isotop plutonium digunakan. Untuk mencegah sumber mengalami penurunan tekanan, sumber tersebut harus memenuhi persyaratan ketat mengenai ketahanan mekanis, termal, dan korosi. Hal ini memberikan jaminan menjaga kekencangan selama seluruh periode pengoperasian sumber.
Pemanfaatan sumber radioaktif dalam berbagai bidang aktivitas manusia.
Industri kimia
Modifikasi radiasi-kimiawi pada kain poliamida untuk memberikan sifat hidrofilik dan antistatis.
Modifikasi bahan tekstil untuk mendapatkan sifat seperti wol.
Memperoleh kain katun dengan sifat antimikroba.
Modifikasi radiasi kristal untuk menghasilkan produk kristal berbagai warna.
Vulkanisasi radiasi pada bahan kain karet.
Modifikasi radiasi pipa polietilen untuk meningkatkan ketahanan panas dan ketahanan terhadap lingkungan agresif.
Pengobatan pelapis cat pada berbagai permukaan.
Industri kayu
Akibat penyinaran kayu lunak memperoleh kemampuan menyerap air yang jauh lebih rendah, stabilitas dimensi geometris yang tinggi, dan kekerasan yang lebih tinggi (produksi parket mosaik).
Ekonomi perkotaan
Pengolahan radiasi dan desinfeksi air limbah.
Industri medis
Sterilisasi radiasi produk dan bahan
Rangkaian produk yang dapat disterilkan secara radiasi mencakup lebih dari seribu item, termasuk jarum suntik sekali pakai, sistem layanan darah, instrumen medis, bahan jahitan dan pembalut, berbagai prostesis yang digunakan dalam bedah kardiovaskular, traumatologi, dan ortopedi. Keuntungan utama dari sterilisasi radiasi adalah dapat dilakukan secara terus menerus dengan keluaran yang tinggi. Cocok untuk sterilisasi produk jadi, dikemas dalam wadah pengangkutan atau kemasan sekunder, dan juga berlaku untuk sterilisasi produk dan bahan termolabil.
Produksi alat pacu jantung radioisotop dengan catu daya berdasarkan ²³⁸Pu. Ditanamkan ke dalam tubuh manusia, mereka digunakan untuk mengobati berbagai gangguan irama jantung yang tidak dapat diobati dengan pengobatan. Penggunaan sumber listrik radioisotop meningkatkan keandalannya, meningkatkan masa pakainya hingga 20 tahun, dan mengembalikan pasien ke kehidupan normal dengan mengurangi jumlah operasi berulang untuk menanamkan alat pacu jantung.
Pertanian dan industri makanan
Pertanian adalah bidang penerapan radiasi pengion yang penting. Sampai saat ini, dalam praktek pertanian dan penelitian ilmiah profil pertanian, bidang utama penggunaan radioisotop berikut dapat dibedakan:
Penyinaran terhadap objek pertanian (terutama tanaman) dengan dosis rendah untuk merangsang pertumbuhan dan perkembangannya;
Penerapan radiasi pengion untuk mutagenesis radiasi dan seleksi tanaman;
Penggunaan metode sterilisasi radiasi untuk memberantas serangga hama tanaman pertanian.
Iradiasi benih dan umbi sebelum disemai(gandum, barley, jagung, kentang, bit, wortel) menyebabkan peningkatan kualitas benih dan umbi-umbian, percepatan proses perkembangan tanaman (prekoksitas), meningkatkan ketahanan tanaman terhadap faktor yang tidak menguntungkan lingkungan.
Di bidang pemuliaan sedang dilakukan penelitian mutagenesis. Tujuannya adalah untuk memilih mutasi makro untuk pengembangan varietas unggul. Mutan radiasi yang menarik telah diperoleh pada lebih dari 50 tanaman.
Penggunaan radiasi pengion untuk mensterilkan serangga hama di elevator dan lumbung dapat mengurangi kehilangan hasil panen hingga 20%.
Diketahui bahwa radiasi pengion mencegah perkecambahan kentang dan bawang bombay, digunakan untuk disinfestasi buah-buahan kering, konsentrat makanan, memperlambat pembusukan mikrobiologis dan memperpanjang umur simpan buah-buahan, sayuran, daging, dan ikan. Kemungkinan mempercepat proses penuaan anggur dan cognac, mengubah tingkat pematangan buah, menghilangkan bau yang tidak sedap perairan obat. Dalam industri pengalengan (ikan, daging dan susu, sayuran dan buah-buahan), sterilisasi makanan kaleng banyak digunakan. Perlu dicatat bahwa penelitian terhadap produk makanan yang diiradiasi menunjukkan bahwa produk yang diiradiasi γ tidak berbahaya.
Kami memeriksa penggunaan radioisotop khusus untuk masing-masing industri. Selain itu, radioisotop digunakan di seluruh industri untuk tujuan berikut:
Mengukur tingkat lelehan cairan;
Pengukuran kepadatan cairan dan pulp;
Menghitung barang pada suatu wadah;
Mengukur ketebalan bahan;
Mengukur ketebalan es pada pesawat terbang dan kendaraan lainnya;
Pengukuran kepadatan dan kadar air tanah;
Deteksi cacat non-destruktif pada bahan produk.
Perangkat terapi radioisotop, serta diagnostik radioisotop klinis, telah menemukan penggunaan klinis secara langsung dalam praktik medis.
Perangkat terapi untuk iradiasi eksternal telah dikuasai. Perangkat ini telah secara signifikan memperluas kemungkinan terapi tumor jarak jauh melalui penggunaan opsi iradiasi statis dan seluler.
Digunakan untuk lokasi tumor tertentu berbagai pilihan dan metode pengobatan radiasi. Pengobatan persisten selama lima tahun untuk tahap 1, 2 dan 3 masing-masing diperoleh pada
90-95, 75-85 dan 55-60% pasien. Peran positif terapi radiasi dalam pengobatan kanker payudara, paru-paru, kerongkongan, rongga mulut, laring, kandung kemih dan organ lainnya juga telah diketahui.
Diagnostik radioisotop (memasukkan obat radioaktif ke dalam tubuh) telah menjadi bagian integral dari proses diagnostik pada semua tahap perkembangan penyakit atau penilaian keadaan fungsional organisme yang sehat. Radioisotop studi diagnostik dapat direduksi menjadi bagian utama berikut:
Penentuan radioaktivitas seluruh tubuh, bagian-bagiannya, organ individu untuk tujuan identifikasi kondisi patologis organ;
Penentuan kecepatan pergerakan obat radioaktif melalui area tertentu pada sistem kardiovaskular;
Studi tentang distribusi spasial obat radioaktif dalam tubuh manusia untuk visualisasi organ, formasi patologis, dll.
Aspek diagnosis yang paling penting meliputi perubahan patologis pada sistem kardiovaskular, deteksi neoplasma ganas secara tepat waktu, penilaian keadaan tulang, sistem hematopoietik dan limfatik tubuh, yang sulit diakses objek penelitian menggunakan metode klinis dan instrumental tradisional. .
Nay yang diberi label ¹³y telah diperkenalkan ke dalam praktik klinis untuk diagnosis penyakit tiroid; NaCe diberi label ²⁴Na untuk mempelajari aliran darah lokal dan umum;
Na₃PO₄, diberi label ³³P untuk mempelajari proses akumulasinya pada formasi kulit berpigmen dan formasi tumor lainnya.
Metode diagnostik dalam neurologi dan bedah saraf menggunakan isotop ⁴⁴Tc, ¹³³Xe dan ¹⁶⁹Y telah menjadi sangat penting. Hal ini diperlukan untuk diagnosis penyakit otak yang lebih tepat, serta penyakit pada sistem kardiovaskular. Dalam nefrologi dan urologi, obat radioaktif yang mengandung ¹³¹Y, ¹⁹⁷Hg,
¹⁶⁹Yb, ⁵¹Cr dan ¹¹³Yn. Berkat diperkenalkannya metode pemeriksaan radioisotop, morbiditas dini pada ginjal dan organ lainnya telah membaik.
Aplikasi p/isotop secara ilmiah dan terapan sangat luas. Mari kita lihat beberapa:
Yang menarik secara praktis adalah penggunaan pembangkit listrik radioisotop (RPU) tenaga listrik dari beberapa unit hingga ratusan watt. Aplikasi praktis terbesar telah ditemukan pada generator termoelektrik radioisotop, di mana konversi energi peluruhan radioaktif menjadi energi listrik dilakukan dengan menggunakan konverter termoelektrik; pembangkit listrik tersebut dicirikan oleh otonomi penuh, kemampuan untuk beroperasi dalam kondisi iklim apa pun, jangka panjang. masa pakai dan keandalan operasional.
Catu daya radioisotop menyediakan pengoperasian dalam sistem stasiun cuaca otomatis; dalam sistem peralatan navigasi di daerah terpencil dan tidak berpenghuni (suplai tenaga listrik ke mercusuar, rambu penunjuk arah, lampu navigasi).
Berkat pengalaman positif menggunakannya dalam kondisi suhu rendah, penggunaannya menjadi mungkin di Antartika.
Diketahui juga bahwa pembangkit listrik isotop dengan ²¹ºPo digunakan pada kendaraan yang bergerak di permukaan Bulan (lunar rover).
Penggunaan isotop r/a dalam penelitian ilmiah tidak dapat diremehkan, karena semua metode praktis didasarkan pada hasil penelitian yang positif.
Selain itu, perlu disebutkan spesialisasi yang sangat sempit seperti pengendalian hama pada benda seni kuno, serta penggunaan isotop r/a alami dalam mandi radon dan lumpur selama perawatan sanatorium-resor.
Pada akhir masa pakainya, sumber radioaktif harus diserahkan sesuai dengan prosedur yang ditetapkan ke instalasi khusus untuk diolah (dikondisikan) dan selanjutnya dibuang sebagai limbah radioaktif.
Limbah radioaktif, masalah pembuangannya
Permasalahan limbah radioaktif merupakan kasus khusus dari permasalahan umum pencemaran lingkungan oleh kotoran manusia. Namun pada saat yang sama, kekhususan limbah radioaktif memerlukan penggunaan metode khusus untuk menjamin keselamatan manusia dan biosfer.
Pengalaman sejarah penanganan sampah industri dan rumah tangga terbentuk dalam kondisi kesadaran akan bahaya sampah dan program netralisasinya didasarkan pada sensasi langsung. Kemampuan yang terakhir memastikan kecukupan kesadaran akan hubungan antara pengaruh yang langsung dirasakan oleh indra dan konsekuensi yang akan datang. Tingkat pengetahuan memungkinkan untuk menyajikan logika mekanisme dampak sampah terhadap manusia dan biosfer, yang cukup akurat sesuai dengan proses nyata. Ide-ide tradisional yang dikembangkan secara praktis tentang metode pembuangan limbah secara historis telah digabungkan dengan pendekatan yang berbeda secara kualitatif yang dikembangkan dengan penemuan mikroorganisme, yang tidak hanya membentuk dukungan metodologis yang berbasis empiris, tetapi juga berbasis ilmiah untuk keselamatan manusia dan habitatnya. Dalam sistem manajemen kedokteran dan sosial, sub-sektor terkait dibentuk, misalnya urusan sanitasi dan epidemiologi, kebersihan kota, dll.
Dengan pesatnya perkembangan ilmu kimia dan produksi bahan kimia, unsur-unsur baru yang sebelumnya tidak termasuk di dalamnya muncul dalam jumlah besar dalam limbah industri dan rumah tangga. senyawa kimia, termasuk yang tidak ada di alam. Dalam skalanya, fenomena ini sebanding dengan proses geokimia alami. Umat manusia dihadapkan pada kebutuhan untuk mencapai tingkat penilaian masalah yang lain, di mana, misalnya, efek akumulatif dan tertunda, metode untuk mengidentifikasi dosis paparan, kebutuhan untuk menggunakan metode baru dan peralatan khusus yang sangat sensitif untuk mendeteksi bahaya, dll. diperhitungkan.
Bahaya yang berbeda secara kualitatif, meskipun dalam beberapa karakteristiknya mirip dengan bahaya kimia, dibawa ke manusia oleh "radioaktivitas" , sebagai fenomena yang tidak dapat dirasakan secara langsung oleh indera manusia, tidak dihancurkan dengan metode yang diketahui umat manusia, dan secara umum masih kurang dipelajari: penemuan sifat-sifat baru, dampak dan akibat dari fenomena ini tidak dapat dikesampingkan. Oleh karena itu, ketika merumuskan tugas-tugas ilmiah dan praktis yang umum dan khusus “untuk menghilangkan bahaya limbah radioaktif” dan, khususnya, ketika memecahkan masalah-masalah ini, kesulitan-kesulitan terus-menerus muncul, yang menunjukkan bahwa formulasi tradisional tidak secara akurat mencerminkan sifat objektif dan nyata dari limbah radioaktif. “masalah limbah radioaktif”. Namun, ideologi pernyataan tersebut tersebar luas dalam dokumen hukum dan non-hukum yang bersifat nasional dan antarnegara, yang dapat diasumsikan mencakup berbagai pandangan ilmiah modern, arahan, penelitian dan kegiatan praktis; mempertimbangkan perkembangan semua organisasi terkenal dalam dan luar negeri yang menangani “masalah limbah radioaktif”.
Keputusan Pemerintah Federasi Rusia tanggal 23 Oktober 1995 No. 1030 menyetujui Program Target Federal “Pengelolaan Limbah Radioaktif dan Bahan Nuklir Bekas, Daur Ulang dan Pembuangannya untuk tahun 1996-2005.”
Limbah radioaktif dianggap di dalamnya “sebagai zat yang tidak dapat digunakan lebih lanjut (dalam hal apa pun keadaan agregasi), bahan, produk, peralatan, benda asal hayati yang kandungan radionuklidanya melebihi kadar yang ditetapkan oleh peraturan. Program ini memiliki bagian khusus “Keadaan masalah”, yang berisi deskripsi objek tertentu dan ruang publik, di mana “pengelolaan limbah radioaktif” terjadi, serta karakteristik kuantitatif umum dari “masalah limbah radioaktif” di Rusia.
“Akumulasi limbah radioaktif tanpa syarat dalam jumlah besar, tidak mencukupi sarana teknis untuk memastikan pengelolaan yang aman atas limbah ini dan bahan bakar nuklir bekas, kurangnya fasilitas penyimpanan yang dapat diandalkan untuk penyimpanan dan (atau) pembuangan jangka panjang meningkatkan risiko kecelakaan radiasi dan menciptakan ancaman nyata kontaminasi radioaktif terhadap lingkungan, paparan berlebihan terhadap radiasi. populasi dan personel organisasi dan perusahaan yang kegiatannya berkaitan dengan penggunaan energi atom dan bahan radioaktif."
Sumber utama limbah radioaktif tingkat tinggi (RAW) adalah energi nuklir (bahan bakar nuklir bekas) dan program militer (plutonium dari hulu ledak nuklir, bahan bakar bekas dari reaktor transportasi kapal selam nuklir, limbah cair dari pembangkit radiokimia, dll).
Timbul pertanyaan: apakah limbah radioaktif harus dianggap sekadar limbah atau sebagai sumber energi potensial? Jawaban atas pertanyaan ini menentukan apakah kita ingin menyimpannya (dalam bentuk yang dapat diakses) atau mengubur (yaitu membuat tidak dapat diakses). Jawaban yang diterima secara umum saat ini adalah bahwa limbah radioaktif memang merupakan limbah, kecuali plutonium. Plutonium secara teoritis dapat berfungsi sebagai sumber energi, meskipun teknologi untuk menghasilkan energi darinya rumit dan cukup berbahaya. Banyak negara, termasuk Rusia dan Amerika Serikat, kini berada di persimpangan jalan: “meluncurkan” teknologi plutonium dengan menggunakan teknologi plutonium. plutonium dilepaskan selama perlucutan senjata, atau mengubur plutonium ini? Baru-baru ini, pemerintah Rusia dan Minatom mengumumkan bahwa mereka ingin memproses ulang plutonium tingkat senjata bersama dengan Amerika Serikat; ini berarti kemungkinan pengembangan energi plutonium.
Selama 40 tahun, para ilmuwan telah membandingkan pilihan pembuangan limbah radioaktif. Ide utamanya adalah mereka harus ditempatkan di tempat yang tidak dapat memasuki lingkungan dan membahayakan manusia. Kemampuan untuk merusak limbah radioaktif ini bertahan selama puluhan dan ratusan ribu tahun. Bahan bakar nuklir yang diiradiasi, yang kami ekstrak dari isi reaktor radioisotop dengan waktu paruh dari beberapa jam hingga satu juta tahun (waktu paruh adalah waktu di mana jumlah zat radioaktif berkurang setengahnya, dan dalam beberapa kasus zat radioaktif baru muncul). Namun radioaktivitas sampah secara keseluruhan menurun secara signifikan seiring berjalannya waktu. Untuk radium, waktu paruhnya adalah 1620 tahun, dan mudah untuk menghitung bahwa setelah 10 ribu tahun akan tersisa sekitar 1/50 dari jumlah radium aslinya. Peraturan di sebagian besar negara mengatur keamanan limbah untuk jangka waktu 10 ribu tahun. Tentu saja, hal ini tidak berarti bahwa setelah masa ini, limbah radioaktif tidak lagi berbahaya: kita hanya mengalihkan tanggung jawab atas limbah radioaktif ke generasi mendatang. Untuk itu, tempat dan bentuk pembuangan sampah tersebut perlu diketahui oleh anak cucu. Perhatikan bahwa seluruh sejarah tertulis umat manusia berumur kurang dari 10 ribu tahun. Tantangan yang muncul dalam pembuangan limbah radioaktif belum pernah terjadi sebelumnya dalam sejarah teknologi: manusia tidak pernah menetapkan tujuan jangka panjang seperti itu untuk dirinya sendiri.
Aspek yang menarik dari masalah ini adalah bahwa kita tidak hanya perlu melindungi masyarakat dari sampah, namun pada saat yang sama juga perlu melindungi sampah dari manusia. Selama jangka waktu penguburan mereka, banyak formasi sosial ekonomi yang akan berubah. Tidak dapat dipungkiri bahwa di situasi tertentu Limbah radioaktif dapat menjadi target yang diinginkan para teroris, sasaran serangan dalam konflik militer dan seterusnya. Jelas bahwa, mengingat ribuan tahun yang lalu, kita tidak dapat mengandalkan, katakanlah, kendali dan perlindungan pemerintah – kita tidak dapat meramalkan perubahan apa yang mungkin terjadi. Mungkin yang terbaik adalah membuat sampah secara fisik tidak dapat diakses oleh manusia, meskipun di sisi lain hal ini akan mempersulit keturunan kita untuk mengambil tindakan pengamanan lebih lanjut.
Jelas bahwa tidak ada satu pun solusi teknis, tidak ada satu pun bahan buatan yang dapat “berfungsi” selama ribuan tahun. Kesimpulan yang jelas adalah bahwa lingkungan alam itu sendiri harus mengisolasi sampah. Pilihan yang dipertimbangkan: mengubur limbah radioaktif dalam-dalam depresi samudera, di sedimen dasar lautan, di tutup kutub; kirim mereka ke ruang angkasa; masukkan mereka ke dalam lapisan dalam kerak bumi. Sekarang sudah diterima secara umum bahwa cara terbaik adalah dengan mengubur sampah dalam-dalam formasi geologi.
Jelas bahwa limbah radioaktif padat kurang rentan terhadap penetrasi ke lingkungan (migrasi) dibandingkan limbah radioaktif cair. Oleh karena itu, limbah radioaktif cair diasumsikan terlebih dahulu diubah menjadi bentuk padat (vitrifikasi, diubah menjadi keramik, dll). Namun, di Rusia, injeksi limbah radioaktif cair yang sangat aktif ke cakrawala bawah tanah masih dilakukan (Krasnoyarsk, Tomsk, Dimitrovgrad).
Saat ini, yang disebut "multi-penghalang" atau konsep penguburan yang “sangat eselon”. Limbah pertama-tama ditampung oleh matriks (kaca, keramik, pelet bahan bakar), kemudian wadah serba guna (digunakan untuk pengangkutan dan pembuangan), kemudian bahan penyerap di sekeliling wadah, dan terakhir oleh lingkungan geologis.
Jadi, kami akan mencoba mengubur limbah radioaktif di pecahan geologi yang dalam. Pada saat yang sama, kami diberi syarat: untuk menunjukkan bahwa penguburan kami akan berhasil, sesuai rencana, selama 10 ribu tahun. Sekarang mari kita lihat masalah apa yang akan kita temui di sepanjang jalur ini.
Masalah pertama muncul pada tahap pemilihan lokasi penelitian.
Di AS, misalnya, tidak ada satu negara pun yang menginginkan hal ini. Sehingga di wilayahnya terdapat situs pemakaman nasional. Hal ini mengarah pada fakta bahwa, melalui upaya para politisi, banyak kawasan yang berpotensi cocok dicoret dari daftar, dan bukan atas dasar pendekatan ilmiah, tetapi sebagai akibat dari permainan politik.
Seperti apa keadaan di Rusia? Saat ini, di Rusia masih dimungkinkan untuk mempelajari suatu wilayah tanpa merasakan tekanan yang signifikan dari otoritas setempat (jika Anda tidak melibatkan penguburan di dekat kota!). Saya percaya bahwa ketika kemerdekaan nyata dari wilayah dan subyek Federasi meningkat, situasinya akan bergeser ke arah Amerika Serikat. Saat ini sudah ada kecenderungan Minatom untuk mengalihkan aktivitasnya ke fasilitas militer yang praktis tidak ada kendalinya: misalnya, negara kepulauan diusulkan untuk pembuatan situs pemakaman. Bumi baru(Tempat pengujian Rusia No. 1), meskipun dalam hal parameter geologi ini bukan tempat terbaik, yang akan dibahas nanti.
Namun anggap saja tahap pertama telah selesai dan situs telah dipilih. Penting untuk mempelajarinya dan memberikan perkiraan berfungsinya penguburan selama 10 ribu tahun. Di sinilah muncul permasalahan baru.
Kurangnya pengembangan metode.
Geologi adalah ilmu deskriptif. Cabang-cabang geologi tertentu berhubungan dengan prediksi (misalnya, geologi teknik memprediksi perilaku tanah selama konstruksi, dll.), namun geologi belum pernah ditugaskan untuk memprediksi perilaku sistem geologi selama puluhan ribu tahun. Dari penelitian bertahun-tahun di negara lain Bahkan ada keraguan apakah ramalan yang lebih atau kurang dapat diandalkan untuk periode seperti itu mungkin dilakukan.
Namun, mari kita bayangkan bahwa kita berhasil mengembangkan rencana yang masuk akal untuk mempelajari situs tersebut. Jelas bahwa akan memakan waktu bertahun-tahun untuk melaksanakan rencana ini: misalnya, Gunung Yaka di Nevada telah dipelajari selama lebih dari 15 tahun, namun kesimpulan tentang cocok atau tidaknya gunung ini tidak akan dibuat lebih awal dari dalam 5 tahun. . Pada saat yang sama, program pembuangan limbah akan mendapat tekanan yang semakin besar.
Tekanan dari keadaan eksternal.
Selama bertahun-tahun perang Dingin tidak ada perhatian yang diberikan pada limbah; mereka terakumulasi, disimpan dalam wadah sementara, hilang, dll. Contohnya adalah fasilitas militer Hanford (analog dengan “Beacon” kami), di mana terdapat beberapa ratus tank raksasa dengan limbah cair, dan banyak di antaranya tidak diketahui apa yang ada di dalamnya. Satu sampel berharga 1 juta dolar! Di sana, di Hanford, tong atau kotak sampah yang terkubur dan “terlupakan” ditemukan sebulan sekali.
Secara umum, selama bertahun-tahun perkembangan teknologi nuklir, banyak limbah yang terkumpul. Fasilitas penyimpanan sementara di banyak pembangkit listrik tenaga nuklir hampir terisi, dan di kompleks militer sering kali berada di ambang kegagalan karena usia tua atau bahkan lebih dari itu.
Jadi, masalah penguburan memerlukan mendesak solusi. Kesadaran akan urgensi ini semakin akut, terutama karena 430 reaktor daya, ratusan reaktor riset, ratusan reaktor angkut kapal selam nuklir, kapal penjelajah, dan pemecah es terus menerus mengakumulasi limbah radioaktif. Namun orang-orang yang tidak memihak belum tentu memberikan solusi teknis terbaik dan lebih cenderung melakukan kesalahan. Sementara itu, dalam pengambilan keputusan terkait teknologi nuklir, kesalahan bisa sangat merugikan.
Mari kita asumsikan bahwa kita menghabiskan 10-20 miliar dolar dan 15-20 tahun untuk mempelajari situs potensial. Saatnya mengambil keputusan. Jelas sekali, tidak ada tempat yang ideal di Bumi, dan tempat mana pun akan memiliki sifat positif dan negatif dalam hal penguburan. Tentu saja, Anda harus memutuskan apakah sifat-sifat positifnya lebih banyak daripada sifat-sifat negatifnya, dan apakah sifat-sifat positif ini memberikan keamanan yang memadai.
Pengambilan keputusan dan kompleksitas masalah teknologi
Masalah pembuangan secara teknis sangatlah rumit. Oleh karena itu, sangat penting untuk memiliki, pertama, ilmu pengetahuan yang berkualitas tinggi, dan kedua, interaksi yang efektif (seperti yang mereka katakan di Amerika - “antarmuka”) antara ilmu pengetahuan dan politisi pengambil keputusan.
Konsep Rusia tentang isolasi bawah tanah limbah radioaktif dan bahan bakar nuklir bekas di batuan permafrost dikembangkan di Institut Teknologi Industri Kementerian Energi Atom Rusia (VNIPIP). Itu disetujui oleh Keahlian Lingkungan Negara Kementerian Ekologi dan Sumber Daya Alam Federasi Rusia, Kementerian Kesehatan Federasi Rusia dan Gosatomnadzor Federasi Rusia. Dukungan ilmiah untuk konsep ini disediakan oleh Departemen Ilmu Permafrost Moskow Universitas Negeri. Perlu dicatat bahwa konsep ini unik. Sejauh yang saya tahu, tidak ada negara di dunia yang mempertimbangkan isu penguburan limbah radioaktif di lapisan es.
Ide utamanya adalah ini. Kami menempatkan limbah penghasil panas di lapisan es dan memisahkannya dari bebatuan dengan penghalang rekayasa yang tidak dapat ditembus. Akibat pelepasan panas, lapisan es di sekitar penguburan mulai mencair, tetapi setelah beberapa waktu, ketika pelepasan panas berkurang (akibat peluruhan isotop berumur pendek), batuan akan membeku kembali. Oleh karena itu, cukup untuk memastikan kedapnya penghalang teknik selama periode pencairan lapisan es; Setelah pembekuan, migrasi radionuklida menjadi tidak mungkin.
Konsep ketidakpastian
Setidaknya ada dua masalah serius dengan konsep ini.
Pertama, konsep ini mengasumsikan bahwa batuan beku tidak dapat ditembus oleh radionuklida. Sekilas, hal ini tampak masuk akal: semua air membeku, es biasanya tidak bergerak dan tidak melarutkan radionuklida. Namun jika dicermati literaturnya, ternyata banyak unsur kimia Mereka bermigrasi cukup aktif di batuan beku. Bahkan pada suhu 10-12ºC, air yang tidak membeku, yang disebut film, masih ada di dalam batuan. Yang paling penting adalah bahwa sifat-sifat unsur radioaktif yang menyusun limbah radioaktif, dari sudut pandang kemungkinan migrasinya di lapisan es, belum diteliti sama sekali. Oleh karena itu, anggapan bahwa batuan beku kedap terhadap radionuklida adalah tidak berdasar.
Kedua, meskipun ternyata permafrost memang merupakan isolator limbah radioaktif yang baik, tidak mungkin membuktikan bahwa permafrost itu sendiri akan bertahan cukup lama: ingatlah bahwa standar tersebut mengatur pembuangan untuk jangka waktu 10 ribu tahun. Diketahui bahwa keadaan permafrost ditentukan oleh iklim, dan ada dua iklim yang paling menentukan parameter penting– suhu udara dan jumlah curah hujan. Seperti yang Anda ketahui, suhu udara meningkat akibat perubahan iklim global. Tingkat pemanasan tertinggi terjadi di garis lintang menengah dan tinggi di belahan bumi utara. Jelas bahwa pemanasan seperti ini akan menyebabkan pencairan es dan pengurangan lapisan es.
Perhitungan menunjukkan bahwa pencairan aktif dapat dimulai dalam waktu 80-100 tahun, dan laju pencairan dapat mencapai 50 meter per abad. Dengan demikian, batuan beku Novaya Zemlya dapat hilang seluruhnya dalam 600-700 tahun, dan ini hanya 6-7% dari waktu yang dibutuhkan untuk mengisolasi sampah. Tanpa lapisan es Batuan karbonat Novaya Zemlya memiliki sifat isolasi yang sangat rendah terhadap radionuklida.
Masalah penyimpanan dan pembuangan limbah radioaktif (RAW) merupakan masalah energi nuklir yang paling penting dan belum terselesaikan.
Belum ada seorang pun di dunia yang mengetahui di mana dan bagaimana menyimpan limbah radioaktif tingkat tinggi, meskipun upaya ke arah ini sedang dilakukan. Sejauh ini kita berbicara tentang teknologi yang menjanjikan, dan belum pernah terjadi sebelumnya, teknologi industri untuk memasukkan limbah radioaktif yang sangat aktif ke dalam kaca tahan api atau senyawa keramik. Namun, tidak jelas bagaimana bahan-bahan ini akan berperilaku di bawah pengaruh limbah radioaktif yang dikandungnya selama jutaan tahun. Umur simpan yang begitu lama disebabkan oleh waktu paruh sejumlah unsur radioaktif yang sangat besar. Jelas bahwa pelepasannya ke luar tidak dapat dihindari, karena bahan wadah yang akan menampungnya tidak “hidup” sebanyak itu.
Semua teknologi untuk pengolahan dan penyimpanan limbah radioaktif bersifat kondisional dan dipertanyakan. Dan jika para ilmuwan nuklir, seperti biasa, membantah fakta ini, maka wajar jika kita bertanya kepada mereka: “Di manakah jaminan bahwa semua fasilitas penyimpanan dan tempat pemakaman yang ada belum menjadi pembawa kontaminasi radioaktif, karena semua pengamatan terhadapnya disembunyikan dari orang-orang. masyarakat?"
Ada beberapa kuburan di negara kita, meski mereka berusaha bungkam keberadaannya. Yang terbesar terletak di wilayah Krasnoyarsk dekat Yenisei, tempat terkuburnya limbah dari sebagian besar pembangkit listrik tenaga nuklir Rusia dan limbah nuklir dari sejumlah negara Eropa. Saat melakukan penelitian ilmiah di fasilitas penyimpanan ini, hasilnya ternyata positif, namun pengamatan baru-baru ini menunjukkan adanya pelanggaran ekosistem Sungai Yenisei, munculnya ikan mutan, dan struktur air di daerah tertentu. berubah, meskipun data pemeriksaan ilmiah disembunyikan dengan cermat.
Di dunia, pembuangan limbah radioaktif tingkat tinggi belum dilakukan, yang ada hanya pengalaman dalam penyimpanan sementara.
Bibliografi
1. Vershinin N.V. Persyaratan sanitasi dan teknis untuk sumber radiasi tertutup.
Di dalam buku. "Prosiding Simposium". M., Atomizdat, 1976
2. Frumkin M.L. dkk. Dasar-dasar teknologi pemrosesan radiasi produk makanan. M., Industri makanan, 1973
3. Breger A. Kh. Isotop radioaktif – sumber radiasi dalam teknologi radiasi-kimia. Isotop di Uni Soviet, 1975, No. 44, hlm.23-29.
4. Pertsovsky E. S., Sakharov E. V. Perangkat radioisotop di industri makanan, ringan dan pulp dan kertas. M., Atomizdat, 1972
5. Vorobyov E.I., Pobedinsky M.N.Esai tentang perkembangan pengobatan radiasi dalam negeri. M., Kedokteran, 1972
6. Pemilihan lokasi pembangunan fasilitas penyimpanan limbah radioaktif. E.I.M., TsNIIatominform, 1985, No.20.
7. Keadaan terkini masalah pembuangan limbah radioaktif di Amerika. Teknologi nuklir di luar negeri, 1988, No.9.
8. Heinonen Dis, Disera F. Pembuangan limbah nuklir: proses yang terjadi di fasilitas penyimpanan bawah tanah: Buletin IAEA, Wina, 1985, vol.27, no.2.
9. Studi geologi lokasi pembuangan akhir limbah radioaktif: E.I.M.: TsNIIatominform, 1987, No.38.
10. Bryzgalova R.V., Rogozin Yu.M., Sinitsyna G.S. dkk Penilaian beberapa faktor radiokimia dan geokimia yang menentukan lokalisasi radionuklida selama penguburan limbah radioaktif dalam formasi geologi. Prosiding Simposium CMEA ke-6, jilid 2, 1985.