Уральский Государственный Технический Университет — УПИ
Кафедра Радиохимии
Лабораторная работа № 17:
“Применение изотопных генераторов
для получения короткоживущих радионуклидов”
2008 г.
Цель работы:
Применение изотопных генераторов для получениякороткоживущих радионуклидов.
Теоретическая часть:
Для многих прикладных радиохимических целей удобнееприменять короткоживущие радионуклиды с периодами полураспада от несколькихминут до нескольких часов. Однако эффективное применение таких изотопов вдалиот места их образования (реактор, ускорители) возможно лишь в таких случаях,когда нужный радионуклид является дочерним продуктов другого радионуклида сбольшим периодом полураспада. Из материнского радионуклида приготовляют «изотопныйгенератор», который позволяет многократно получать короткоживущий дочернийрадионуклид, отделяя его химически от материнского изотопа. Активностьдочернего радионуклида при получении его в данный момент из генератора можноопределить по формуле:
/> (1)
где a2 — активность дочернего радионуклида, находящегося в генераторе в данныймомент; a01 — начальная активность материнского радионуклида в момент зарядкигенератора или в момент начала отсчета времени; t — время,прошедшее с начала отсчета до настоящего момента; т — время, прошедшее смомента предыдущего отделения дочернего радионуклида от генератора донастоящего времени (предполагается, что при этом дочерний радионуклид удаляетсяполностью): λ1 и λ2 — постоянные распадасоответственно материнского и дочернего радионуклидов. После отделениядочернего радионуклида его активность в генераторе возрастает со временем позаконам накопления дочерней активности и достигает максимума, а затем убывает всоответствии с формулой (1).
В момент времени, отвечающий максимуму активности дочернего радионуклида,А2 = А1. В дальнейшем отношение А2/А1возрастает со временем и стремится к предельному значению.
В большинстве случаев изотопный генератор представляет собойколонку, заполненную специально подобранным веществом (насадкой), в верхнейчасти которой фиксирован материнский нуклид. Пропуская через колонку вымывающийраствор, отделяют накопившийся дочерний короткоживущий радионуклид и получаютего препарат. Одним из примеров изотопного генератора служит устройство,включающее генетическую пару 137Cs — 137mBa. Схему распада можнопредставить следующим образом:
β — γ
137Cs — > 137mBa — > 137Ba
Т = 30 лет Т= 2.54 мин
Предельное отношение (А2/А1) пред.для данной генетической пары практически равно единице, т.к λ2>>λ1.Поскольку период полураспада материнского нуклида достаточно велик, тоизотопный генератор Ва-137 может служить длительное время без существенногоизменения своих радиохимических характеристик. В качестве насадки для фиксации Cs-137 обычно используют высокоспецифичные к цезиюнеорганические сорбенты, например, ферроцианиды тяжелых металлов, и, вчастности, ферроцианид никеля — калия.
Структура и сорбционные свойства ферроцианидов болееподробно рассмотрены в рекомендуемой литературе. Ва-137 обычно выделяютрастворами солей бария, которые используют для получения меченого сульфатабария.
Вымывание бария из ферроцианида никеля — калия можноосуществлять также растворами кислот или солей натрия, калия, кальция и др. Частичноевымывание возможно и при промывании водой.
Практическая часть:
1. Через изотопный генератор пропускаем 15 мл солянойкислоты с концентрацией 0,1 моль/л.
2. Измеряем скорость счета в течении 30 мин (первые 5 мин синтервалом 30 с после через 1 мин). Опыт проводим дважды. Данные заносим втаблицу № 1. Рассчитываем In=I-Iф; LnIn.
Таблица № 1.t
I1
I2
Iп1 Iп2 LN In1 LN In2 48882 49335 48613 49066 10,79 10,80 0,5 42834 41904 42565 41635 10,66 10,64 1 37556 37206 37287 36937 10,53 10,52 1,5 33283 32775 33014 32506 10,40 10,39 2 28899 28732 28630 28463 10,26 10,26 2,5 25583 24828 25314 24559 10,14 10,11 3 22417 22247 22148 21978 10,01 10,00 3,5 19891 19510 19622 19241 9,88 9,86 4 17252 16959 16983 16690 9,74 9,72 4,5 15353 14897 15084 14628 9,62 9,59 5 13194 12969 12925 12700 9,47 9,45 6 10454 9943 10185 9674 9,23 9,18 7 7968 7921 7699 7652 8,95 8,94 8 6182 6039 5913 5770 8,68 8,66 9 4814 4614 4545 4345 8,42 8,38 10 3660 3674 3391 3405 8,13 8,13 11 2816 2840 2547 2571 7,84 7,85 12 2310 2362 2041 2093 7,62 7,65 13 1772 1807 1503 1538 7,32 7,34 14 1475 1462 1206 1193 7,10 7,08 15 1259 1247 990 978 6,90 6,89 16 1010 971 741 702 6,61 6,55 17 870 847 601 578 6,40 6,36 18 747 715 478 446 6,17 6,10 19 650 620 381 351 5,94 5,86 20 533 534 264 265 5,58 5,58 21 538 501 269 232 5,60 5,45 22 493 491 224 222 5,41 5,40 23 447 470 178 201 5,18 5,30 24 438 459 169 190 5,13 5,25 25 383 431 114 162 4,74 5,09 26 396 381 127 112 4,85 4,72 27 380 380 111 111 4,71 4,71 28 345 365 76 96 4,34 4,57 29 313 328 44 59 3,79 4,08 30 373 325 104 56 4,65 4,03
3. Построим график зависимости LnInот t для обоих опытов.
/>
Рисунок № 1. График зависимости LnInот t для Опыта № 1.
/>
Рисунок № 2. График зависимости LnInот t для Опыта № 2.
4. Методом наименьших квадратов рассчитаем скорость счетакороткоживущего радионуклида на момент выделения и период полураспада дляпервого опыта.
Уравнение прямой:
y= 10,67 — 0,259x.
В данном уравнении величина 10,67 есть LnI0,следовательно скорость счет на момент выделения равна:
I0=Exp(10,67) = 47741 имп/10 с
Коэффициент регрессии — λ, следовательно периодполураспада равен:
T1/2=Ln (2) / λ= 2,67 мин
Погрешность в определении λ равна 0,001 следовательнодля периода полураспада равна:
Δ T1/2=0,01
5. Методом наименьших квадратов рассчитаем скорость счетакороткоживущего радионуклида на момент выделения и период полураспада длявторого опыта.
Уравнение прямой:
y= 10,76 — 0,261x.
В данном уравнении величина 10,67 есть LnI0,следовательно, скорость счет на момент выделения равна:
I0=Exp(10,76) = 47269 имп/10 с
Коэффициент регрессии — λ, следовательно периодполураспада равен:
T1/2=Ln(2) / λ= 2,66 мин
Погрешность в определении λ равна 0,001 следовательнодля периода полураспада равна:Δ T1/2=0,01
6. Рассчитаем РНЧ для обоих опытов.
РНЧ= (I0-Iк) / I0
РНЧ1= (47741-373) *100%/ 47741=99,78%
РНЧ2= (47269-325) *100%/ 47741=99,88%
Вывод
В ходе данной лабораторной работы мы получили навык работы сизотопным генератором. Рассчитали скорость счета короткоживущего радионуклидана момент выделения (I01=47741; I02=47269) и период полураспада (T1/21=2.67±0.01; T1/2 2=2.66±0.01). Попериоду полураспада можно судить о том, что данный радионуклид — 137mBa. Так же рассчитали РНЧ1(99,78%) и РНЧ2 (99,88%), полученные значения РНЧподтверждаются графиками зависимости LnIn отt (скорость счета LnInнедостигает нуля, это связано с наличием 137Cs).По высокой РНЧ и высокой активности (о ней можно судить по скорости счета), атак же по тому, что 137mBa мы можем получить по истечении 10 периодов полураспадаможно сказать, что мы применяли изотопный генератор. Погрешность в определениипериода полураспада связана с неточностью оборудования (секундомера), а так жес неточностью проведения опыта.
Ответы на коллоквиум:
1. Высокая селиктивность ферроцианида никеля-калия к 137Cs объясняется тем что, сорбент имеетподходящую кристаллическую решетку, так же К и Cs обаявляются щелочными металлами, оба катионы так же у них близкие химическиесвойства.
2. РНЧ= (I0-Iк) / I0=99,99%
Можно предположить, что A (137mВа) =99,99%, а A (137Cs) =0,01%, тогда воспользуемся формулой связи массырадионуклида с его активностью.
/>
/>
/>
/>