РАДИОХИМИЯ

Профессор, д.х.н.
Бекман И.Н.

РАДИОХИМИЯ

Курс лекций

Аннотация

Курс посвящен критическому анализу современного состояния науки радиохимии и перспективам ее развития. В первой части (фундаментальная радиохимия) рассмотрены такие аспекты, как кинетика распада и накопления радионуклидов, синтез и свойства новых трансурановых элементов, химия мюония и позитрония, химия ультраразбавленного состояния и диффузия радионуклидов в твердых телах, жидкостях и газах, радиоактивные равновесия в естественных и реакторных радиоактивных семействах, изотопные эффекты и эффекты отдачи, а также обсуждены современные методы разделения, концентрирования и переработки радиоактивных веществ. Значительное внимание уделено химии горячих атомов. Вторая часть курса посвящена химии радиоактивных (т.е. не имеющих стабильных изотопов) элементов и некоторым важным «экзотическим» изотопам. Третья часть (прикладная радиохимия) посвящена радионуклидным и ядерно-химическим методам исследования вещества: гамма-резонансная спектроскопия, позитронная спектроскопия и томография, эманационно-термический анализ твердых тел и твердофазных процессов, микротомография на радиоактивных газовых зондах, метод радиоактивного диффузионного газового зонда, метод изотопного разбавления, изотопно-кинетический метод исследования химических реакций и др. В заключительной части курса приведены примеры использования идей радиохимии в химии, геологии, охране окружающей среды, молекулярной биологии и медицине.

Название курса: Радиохимия.
Автор курса: профессор, д.х.н. Бекман Игорь Николаевич.
Назначение курса: подготовка студентов в области прикладной радиохимии, ядерной энергетики, радиационной экологии, нераспространения оружия массового поражения.
Требования к предварительной подготовке: университетские курсы по радиоактивности, Ядерной индустрии, радиационной химии, экологической химии и химической технологии.
Объем курса: 60 учебных часов лекций

Программа курса

ВВЕДЕНИЕ. Предмет, основные разделы и задачи радиохимии. Современные определения термина радиохимия. Объекты изучения в радиохимии. Краткий обзор основных этапов в развитии радиохимии. Особенности радиохимии как самостоятельной области химической науки. Радиохимия и ядерная физика. Ядерная технология и радиохимия. Применение радионуклидов в химии, различных областях науки, биологии, медицины и техники. Радиохимия и проблемы экологической безопасности.

Часть первая. РАДИОАКТИВНОСТЬ
ПРОЦЕССЫ РАДИОАКТИВНОГО РАСПАДА. Явление радиоактивности. Строение атома. Атомное ядро. Радиоактивный распад. Кинетика радиоактивного распада.
РАДИОАКТИВНЫЕ РЯДЫ И РАВНОВЕСИЯ. Анализ сложных процессов накопления и распада. Радиоактивные семейства. Природные и искусственные семейства генетически связанных радионуклидов.

Часть вторая. ОБЩАЯ РАДИОХИМИЯ
ИЗОТОПНЫЙ ОБМЕН. Основные определения. Классификация реакций изотопного обмена в радиохимических исследованиях. Движущая сила реакций изотопного обмена. Механизм изотопного обмена. Константы равновесия, коэффициент и степень изотопного обмена. Кинетика реакций гомогенного и гетерогенного изотопного обмена. Термодинамика реакций изотопного обмена. Особенности реакций идеального изотопного обмена. Методы исследования процессов изотопного обмена.
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ МИКРОКОНЦЕНТРАЦИЙ РАДИОНУКЛИДОВ МЕЖДУ ДВУМЯ ФАЗАМИ. Соосаждение, адсорбция, сокристаллизация. Распределение компонента между двумя жидкими фазами (экстракция), между твердой фазой и расплавом и между твердой и газовой фазами.
СОСТОЯНИЕ РАДИОНУКЛИДОВ В УЛЬТРАМАЛЫХ КОНЦЕНТРАЦИЯХ. Радиоколлоиды. Состояние радиоактивных изотопов в растворе, газовой фазе и твердом теле.

Часть третья. ХИМИЯ ЯДЕРНЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ (ядерная химия)
ФИЗИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ ЯДЕРНЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ. Энергия отдачи. Образование атомов отдачи. Заряд атомов отдачи. Пробег атомов отдачи. Концентрационные профили атомов отдачи в твердых телах. Кинетическая энергия осколков деления.
ХИМИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ ПОСЛЕДСТВИЙ РАДИОАКТИВНОГО РАСПАДА. «Горячие» атомы. Химические эффекты процессов радиоактивного распада. Удержание. Влияние различных факторов на удержание. Эффект Сцилларда-Чалмерса. Методы исследования реакций горячих атомов. Химия горячих атомов на осколках деления ядерного топлива. Применение для синтеза новых соединений.

Часть четвертая. ХИМИЯ РАДИОАКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ.
ЕСТЕСТВЕННЫЕ РАДИОАКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ. Радий, радон, уран, торий.
ИСКУССТВЕННЫЕ РАДИОАКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ. Технеций, нептуний, плутоний. Трансплутониевые элементы.
СВЕРХТЯЖЁЛЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ. «Островки стабильности». Новые сверхтяжелые ядра: синтез и свойства.

Часть пятая. ПРИКЛАДНАЯ РАДИОХИМИЯ
МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ И ВЫДЕЛЕНИЯ РАДИОНУКЛИДОВ. Ускорители и ядерные реакторы. Выделение, концентрирование и очистка радиоактивных веществ: экстракция, ионнообменная хроматография, сокристаллизация, мембранные технологии.
СИНТЕЗ И ИДЕНТИФИКАЦИЯ СОЕДИНЕНИЙ, МЕЧЕННЫХ РАДИОНУКЛИДАМИ. Основные понятия. Номенклатура ИЮПАК меченных органических соединений. Принципиальные основы получения меченных соединений. Пути введения радионуклидов в органические молекулы. Химический синтез. Изотопный обмен. Био-синтез. Ядерно-физические и физико-химические методы. Радионуклидная, химическая и радиохимическая чистота меченных соединений. Радиционная устойчивость меченных веществ. Процессы авторадиолиза. Химия ультракороткоживущих радионуклидов. Радиохимические аспекты позитронно-эмиссионной томографии. Идентификация меченных соединений. Способы установления положения радионуклида в меченной молекуле.
МЕТОДЫ РАДИОАКТИВНЫХ ИНДИКАТОРОВ В ХИМИИ, БИОЛОГИИ, МЕДИЦИНЕ. Ядерные процессы в химических исследованиях. гамма-резонансная спектроскопия. Эманационно-термический и диффузионно-структурный анализы. Микротомография на радиоактивных диффузионных газовых зондах. Активационный анализ. Радиоактивные индикаторы в аналитической химии, физической химии, химии твердого тела, органической химии и материаловедении. Радиохимия в биологии, молекулярной биологии, биохимии и медицине. Гео- и космохронология.

Часть шестая. РАДИОХИМИЯ ЯДЕРНОГО ТОПЛИВНОГО ЦИКЛА
РАДИОХИМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ЯДЕРНОЙ ИНДУСТРИИ. Структура ядерной индустрии. Атомное оружие. Атомная энергетика. Энергетические ядерные реакторы. Предотвращение загрязнения окружающей среды выбросами АЭС. Радиационные инциденты в ядерно-энергетическом комплексе СССР и России. Ядерные топливные циклы: открытый цикл, замкнутый цикл. Приготовление компонентов ядерного топлива. Радиохимические аспекты ядерного синтеза.
ПЕРЕРАБОТКА ОТРАБОТАВШЕГО ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА. Радиохимическая переработка ядерного горючего. Ядерно-физические методы регенерации компонентов ядерного топлива. Проблема оружейного плутония. Радиохимические аспекты ядерной трансмутации.
ОБРАЩЕНИЕ С РАДИОАКТИВНЫМИ ОТХОДАМИ. Очистка и утилизация ядерных отходов. Хранение отработавшего ядерного топлива. Захоронение радиоактивных отходов.

Часть седьмая. РАДИАЦИОННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ В РАДИОХИМИИ
ОСНОВЫ БИОЛОГИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ РАДИАЦИИ. Специфичность действия ионизирующих радиаций на организм. Биологическая эффективность различных типов излучений. Накопление радионуклидов в критическом органе. Радиационная чувствительность различных органов. Общая схема радиационного поражения млекопитающих. Механизм биологического действия ионизирующих излучений. Радиационный канцерогенез, лучевая болезнь, генетические заболевания, мутации. Профессиональный и социально приемлемый уровни риска. Меры защиты: радиопротекторы и иммунокоррекция. Медицинский радиологический и радиобиологический риски. Радиофобия. Эффекты синергизма. Дозовые нагрузки на человека, население, популяцию, и ее медико-биологические и социальные последствия.
ДОЗИМЕТРИЯ И ЗАЩИТА ОТ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ. Поглощение и рассеивание излучения веществом. Расчет дозы от различных типов источников ионизирующих излучений. Внешняя и внутренняя дозы излучения. Предельнодопустимые дозы. Расчет защиты от ионизирующих излучений. Учет геометрии источника. Защита от нескольких радионуклидов.
ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ В РАДИОХИМИИ. Нормы радиационной безопасности. Пути поступления радионуклидов в организм человека. Индивидуальный и популяционный радиологические риски. Классы радиохимических лабораторий. Правила работы с радионуклидами.

Часть восьмая. РАДИОАКТИВНОСТЬ СРЕДЫ ОБИТАНИЯ
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ И РАДИАЦИОННЫЙ РИСК. Интегральный экологический риск. Ядерные, радиохимические и токсикологические характеристики наиболее экологически важных радионуклидов. Риск и безопасность ядерной индустрии. Испытания ядерного оружия и их экологические последствия. Ядерная зима. Экологические последствия аварий на предприятиях ядерно-топливного цикла.
РАДИАЦИОННЫЙ МОНИТОРИНГ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ. Методы регистрации ядерных излучений. Способы отбора проб (воздух, вода, почва) их качественный и количественный радиометрический анализ. Концентрирование радионуклидов. Влияние климатических условий на достоверность мониторинга радионуклидов в среде обитания. Мониторинг состояния здоровья населения и качества окружающей среды. Мониторинг иммунного статуса населения. Повышение радиорезистентности реципиентов. Управление радиоэкологическим риском.
РАДИОНУКЛИДЫ В ЭКОСИСТЕМАХ. Естественные радионуклиды в окружающей среде. Космическое излучение и космогенные радионуклиды. Проблема радона. Радон в урановых рудниках и хвостохранилищах. Радон в жилищах. Карты радонового риска. Доза облучения живых организмов от радона и продуктов его распада в живых организмах. Радоновый риск рака легких. Бальнеологические радоновые курорты и радоновая терапия. Техногенные радионуклиды в среде обитания. Радиоактивное загрязнение биосферы: атмосфера, почва, грунтовые воды, морская вода. Состояние и миграция радионуклидов в различных типах природных сред. Накопление радионуклидов в животном и растительном мире. «Горячие частицы» в атмосфере. Радионуклиды в питьевой воде и пище. Радиоэкологическая безопасность регионов.

Часть девятая МЕДИЦИНСКАЯ РАДИОХИМИЯ
СИНТЕЗ РАДИОНУКЛИДОВ МЕДИЦИНСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ. Малые циклотроны и атомные реакторы в медицинских учреждениях. Генераторы дочерних радионуклидов. Методы очистки сверкороткоживущих радионуклидов.
РАДИОФАРМПРЕПАРАТЫ. Направленный синтез биологически активных веществ, меченных короткоживущими изотопами: химические и биохимические методы.
РАДИОФАРМПРЕПАРАТЫ В ДИАГНОСТИКЕ ЗАБОЛЕВАНИЙ, ТЕРАПИИ И ХИРУРГИИ
НАПРАВЛЕНИЕ РАЗВИТИЯ СОВРЕМЕННОЙ РАДИОХИМИИ

Профессор, д.х.н. Бекман И.Н.