Внеклассное мероприятие «Что такое радиация, радиохимия, ядерное топливо и радиоактивные отходы?»

Что такое радиация, радиохимия, ядерное топливо и радиоактивные отходы?

Воронаев Иван Геннадьевич

учитель химии школы «БИОТОП», педагог доп. образования ЭБЦ «Крестовский остров», сотрудник лаборатории химического и радиохимического анализа АО «Радиевый институт им. В.Г. Хлопина».

Радиация - страшный, невидимый враг, способный нанести нам непоправимый вред! Высокие дозы радиации могут привести к смерти живого организма! Такие фразы мы часто слышим в средствах массовой информации. На основании этого, многие, услышав слово радиация, пытаются упасть в обморок. Но так ли страшен черт, как его малюют? Как именно радиация воздействует на человека? Откуда она берется, какие есть средства защиты от нее? И всякая ли радиация такая опасная, или вовсе нет? Зачем вообще она нужна?

История создания и развития ядерной индустрии связана с открытием и детальным изучением явления радиоактивности, открытого в ходе целенаправленного исследования строения вещества: сначала молекул и атомов, а затем – ядра и элементарных частиц.

Именно всем известные супруги Кюри начали первый этап, посвященный открытию, изучению свойств, установлению местоположения в периодической системе и генетических связей естественных радиоактивных элементов и изотопов. В этот период последовал шквал открытий различных радиоактивных элементов.

И, спустя время, в начале XX века возникает термин «радиохимия». Отличие классической химии от радиохимии в том, что фундаментальное положение первой — неизменяемость природы химического элемента в ходе исследования. Определяющим принципом радиохимии является зависимость качественных изменений радиоактивных изотопов от изменения количественного состава ядра атома.

Природа распорядилась так, что из 2500 нуклидов, известных в настоящее время, стабильными являются только 271. Остальные нуклиды (90%!) нестабильны, т.е. радиоактивны; они превращаются путем распадов в стабильные нуклиды.

Понятие «радиация» происходит от латинского слова «radiatio» – лучеиспускание. Вообразим, что мы уменьшились до размеров в 10 тысяч раз меньших атома, тогда мы сможем увидеть то, откуда берутся основные виды радиации. Всем известно, что ядро атома состоит из протонов и нейтронов. И, у некоторых элементов, ядро может быть скомпоновано не совсем удачно. У таких «неудачных» ядер есть лишняя энергия, от которой они норовят избавиться. И сделать это можно несколькими способами: выбросить небольшой кусочек: 2 протона и 2 нейтрона – это альфа частица. В ядре нейтрон может превратиться в протон и наоборот. В таком случае вылетает бета-частица – это электрон или антиэлектрон (позитрон). И, наконец, ядро может просто «выплюнуть» избыток энергии в виде электромагнитной волны (гамма-излучение).

Все эти частицы существуют в природе изначально (спонтанный радиоактивный распад радионуклидов, космические лучи и термоядерные реакции на Солнце). Искусственные, то есть созданные человеком: ядерные реакторы, ускорители элементарных частиц, искусственные радионуклиды.

Но в не зависимости от происхождения, любые виды радиации действуют на живой организм одинаково. Самое главное – это поток частиц с огромной скоростью, у которых нет ни запаха, ни цвета, ни вкуса.

Теперь ответ на вопрос: «Зачем нужна радиация?».

Современное состояние радиохимии характеризуется бурным развитием химии и технологии ядерного горючего, известное всем как атомная энергетика. Атомная энергетика - активно развивающаяся отрасль. Очевидно, что ей предназначено большое будущее, так как запасы нефти, газа, угля постепенно иссякают, а уран, являющийся основным топливом ядерных реакторов, - достаточно распространенный элемент на Земле.

Но для атомной энергетики интересен не любой уран, а именно уран-235, которого в природе всего 0,7%.

Вот радиохимия и занимается такими проблемами, как получение урана из очень разбавленных растворов (например, выделение его из морской воды), выделение трансплутониевых элементов в условиях высоких радиационных нагрузок, выделение ценных компонентов из отработанного топлива, глубокая очистка контурных вод энергетических ядерных установок, локальный неразрушающий анализ элементов и т.д. Решение этих задач связано с дальнейшим исследованием состояния и поведения радиоактивных нуклидов при различных процессах.

Поскольку любое производство не бывает полностью безотходным, так и в атомной индустрии образуется отработавшее ядерное топливо (ОЯТ), которое содержит большое множество ценных компонентов.

Темпы развития радиохимической промышленности отстают от темпов развития ядерной энергетики: в мире наблюдается дефицит перерабатывающих мощностей. Поэтому количество ОЯТ постоянно увеличивается и его регенерация является основной задачей радиохимической технологии.

Большая часть продуктов деления, растворяется в азотной кислоте с образованием нитратов соответствующих элементов. Полученный в процессе растворения азотнокислый раствор ядерного топлива, содержащий все сопутствующие компоненты (продукты деления, конструкционные материалы, примеси), направляют на дальнейшую переработку.

Основной процесс такой переработки – экстракция, метод извлечения компонентов из растворов. Эффективность процесса экстракции во многом зависит от состава растворов. Поэтому цель радиохимиков, которые занимаются данными проблемами – подбор эффективных составов экстрагентов и условий экстракции для выделения нужных компонентов и удаления ненужных.

Развитие таких подходов будет способствовать развитию крупномасштабной ядерной энергетики.