AWANS INFORMACJE FORUM Dla nauczyciela Dla ucznia LOGOWANIE


Katalog

Jarosław Gruca
Fizyka, Artykuły

Produkcja radioizotopów

- n +

Produkcja radioizotopów

Prawie czterdzieści lat po odkryciu promieniowania naturalnego Irena Curie (córka Marii Skłodowskiej) wraz ze swym mężem odkryli możliwość otrzymywania pierwiastków promieniotwórczych sztucznie - w laboratorium. Jądra atomowe niektórych pierwiastków naświetlonych promieniowaniem L(jądro 42He) przekształcają się w inne jądra, często nietrwałe. Jednym z pierwszych otrzymanych sztucznie pierwiastków był azot 13N, jako produkt powstały przez naświetlanie boru 10B cząstkami ?, co można zapisać :
105B + L -> 137N + n.

Zbiór atomów danego pierwiastka mających tę samą masę atomową nazywamy izotopem danego pierwiastka. Pierwiastek może składać się z kilku izotopów.

Izotopy promieniotwórcze wytwarza się w dwojaki sposób: w reaktorach jądrowych lub w cyklotronach.

Reaktorem jądrowym nazywamy urządzenie, w którym zachodzi samoistnie podtrzymywany proces rozszczepienia jąder uranu. Proces taki można przeprowadzić wstrzeliwując powolny neutron do próbki uranu 235U. Powstałe jądro 236U jest niestabilne i następuje jego rozszczepienie na dwa fragmenty (pierwiastki), przy jednoczesnej produkcji nowych neutronów. Powstałe nowe neutrony mogą rozszczepić nowe jądra uranu, co nazywamy reakcją łańcuchową. Podczas podziału jądra uwalniana jest energia cieplna, ale również powstają nowe izotopy promieniotwórcze. Obecnie na świecie istnieje kilka tysięcy reaktorów, a produkcja powstałych w nich radioizotopów nabiera przemysłowego rozmachu.

W reaktorze pierwiastki radioaktywne powstają głównie w wyniku dwóch procesów: podczas rozszczepienia uranu i podczas aktywacji neutronami materii znajdującej się w strefie aktywnej reaktora. Fragmenty rozszczepienia jąder paliwa uranowego stanowią różnorodne izotopy różnych pierwiastków, wśród których są również izotopy promieniotwórcze. Około 90% wytwarzanych w reaktorze radioizotopów ma bardzo krótki czas połowicznego rozpadu (10 dni). Do tych radioizotopów należą: jod, tellur, prazeodym, nuten i inne. Pozostałe 10% to izotopy długo życiowe o czasie połowicznego rozpadu ok. 10 lat. Są to izotopy: baru, cezu, lantanu i inne.

Reakcje zachodzące w reaktorach są bardzo dobrym źródłem neutronów, które są najskuteczniejszymi pociskami wywołującymi reakcje jądrowe. Przewaga neutronów w jądrze danego pierwiastka powoduje jego rozpad. Podczas pracy reaktora w jego osłonie postawiono kanały prowadzące do wnętrza reaktora. Kanały te służą do produkcji izotopów promieniotwórczych, czyli radioizotopów. Przez te kanały do rdzenia reaktora wprowadza się próbki odpowiednich substancji, przeznaczonych do naświetlania lub do aktywacji. Próbki mogą mieć konsystencje płynną, sypką lub stałą. Próbka przeznaczona do aktywacji musi być odpowiednio opakowana, dlatego umieszcza się ją w kwarcowej fiolce lub w stalowej koszulce. We wnętrzu reaktora próbkę poddaje się bombardowaniu neutronami, powstającymi w reaktorze. Czas bombardowania zależy od materiału próbki, którą chcemy aktywować i waha się od kilku godzin do kilku lat. W praktyce przyjęto zasadę, że czas bombardowania powinien być kilka razy dłuższy niż wynosi okres półtrwania otrzymanego izotopu. Po napromieniowaniu próbkę wyjmuje się poprzez kanał do tzw. komór gorących, gdzie próbkę poddaje się dalszej obróbce i oczyszczaniu. Ze względu na promieniowanie obróbki tej dokonują roboty.

Izotopy jąder ubogich w neutrony otrzymuje się za pomocą cyklotronów. Są to urządzenia służące do przyspieszania protonów i innych cząstek naładowanych elektrycznie np. cząstek L. Cząstki te przyspiesza się do bardzo dużych prędkości zbliżonych do prędkości światła i bombarduje się nimi jądra "tarczy" - pierwiastka macierzystego, z którego powstaje żądany radioizotop.

Produkowane izotopy mają zastosowanie w wielu dziedzinach życia. W medycynie wykorzystuje się je w walce z nowotworami - kobaltoterapia. Bomba kobaltowa powstaje w reaktorze podczas działania neutronów na niepromieniotwórczy kobalt 5927C

W rolnictwie przy otrzymywaniu nowych odmian roślin po naświetlaniu nasion. W technice np. podczas modyfikowania procesu polimeryzacji, przy znajdowania dyslokacji w ciałach stałych (defektoskopia). Izotopów używa się również przy prześwietlaniu spawnych połączeń rur, przy produkcji papieru (np. produkcja banknotów).

Reaktory jądrowe, laboratoria naukowo-badawcze stosujące izotopy promieniotwórcze są producentami różnorakiego rodzaju odpadów, które trzeba odpowiednio składować. Jedna elektrownia jądrowa produkuje kilka ton skażonych odpadów rocznie. Odpady te składuje się w specjalnych bunkrach zalanych betonem zwanych "mogilnikami" lub wypalony materiał rozszczepialny jest stapiany ze szkłem w specjalne bloki i zamykany w stalowych pojemnikach.

Opracowanie: Jaroław Gruca

Zgłoś błąd    Wyświetleń: 1436


Uwaga! Wszystkie materiały opublikowane na stronach Profesor.pl są chronione prawem autorskim, publikowanie bez pisemnej zgody firmy Edgard zabronione.


BAROMETR


1 2 3 4 5 6  
Średnia ocena: 1



Ilość głosów: 1

Serwis internetowy, z którego korzystasz, używa plików cookies. Są to pliki instalowane w urządzeniach końcowych osób korzystających z serwisu, w celu administrowania serwisem, poprawy jakości świadczonych usług w tym dostosowania treści serwisu do preferencji użytkownika, utrzymania sesji użytkownika oraz dla celów statystycznych i targetowania behawioralnego reklamy (dostosowania treści reklamy do Twoich indywidualnych potrzeb). Informujemy, że istnieje możliwość określenia przez użytkownika serwisu warunków przechowywania lub uzyskiwania dostępu do informacji zawartych w plikach cookies za pomocą ustawień przeglądarki lub konfiguracji usługi. Szczegółowe informacje na ten temat dostępne są u producenta przeglądarki, u dostawcy usługi dostępu do Internetu oraz w Polityce prywatności plików cookies.
Dowiedz się więcej.