Hóa Học Phóng Xa I PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH HỐ HỌC PHĨNG XẠ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH HỐ HỌC PHĨNG XẠ Là phương pháp dùng để xác định, tách định lượng loại hóa học (thành phần) vật liệu Ứng dụng:  Phân tích định tính: xác định loai thành phần (các yếu tố, phân tử, ) tài liệu nghiên cứu  Tách thành phần  Phân tích định lượng: Xác định nồng độ tuyệt đối tương đối thành phần vật liệu  Phân tích hố học vật liệu phóng xa: phương pháp đặc biệt  Các điều kiện vật lý hóa học cực đoan nhà máy điện hat nhân: Nhiệt độ, áp suất, xa ion hóa CÁC PHƯƠNG PHÁP HẠT NHÂN TRONG PHÂN TÍCH HỐ HỌC • Quang phổ khối (MS) • Cộng hưởng từ hat nhân (NMR) Phân tích kích hoat neutron (NAA) • Phân tích huỳnh quang tia X (XRS) • Chụp cắt lớp vi tính (CT) • Sắc ký Quang phổ khối Là phương pháp sử dùng thiết bị khối phổ kế để đo đạc tỉ lệ khối lượng điện tích của ion Tính chất:  Sử dụng từ trường tập trung  Có thể phân tích định tính định lượng  Giới han khối lượng mẫu thử ng÷mg Các phận chính: Một khối phổ kế thơng thường gồm phần: • Phần nguồn ion • phần phân tích khối lượng • phần đo đac Nguyên Lý: • Từ mẫu tao ion dang khí • Các chùm ion có tỷ lệ điện tích khối lượng phân tách điện trường và(hoặc) từ trường • Các chùm tia lựa chọn theo động lượng, vận tốc, thời gian bay Phân tích kích hoat Neutron Là phương pháp dùng để định tính định lượng, dựa phản ứng neutron hạt nhân bia tạo thành nhân hợp phân, sau phân rã phát tia gamma đặc trưng Ưu điểm: • Nhay cảm với ngun tố vi lượng • Phương pháp khơng phá hủy mẫu • Phân tích nhiều ngun tố Nhược điểm: • Nguồn neutron phải có lượng cao • Cần có quang phổ gamma độ phân giải cao • Chi phí cao Phân tích huỳnh quang tia X (XRF) Tia X có chất sóng điện từ Tia X xạ phát chùm tia electron đập vào bia có số khối lớn Ưu điểm: • Xác định thành phần mẫu • Kiểm tra khơng phá huỷ • Cho kết nhanh • Phân tích số lượng lớn nguyên tố Nhược điểm: • Dễ gây nguy hiểm • Han chế đo đac nguyên tố có Z < 11 Mơ hình Spiking •• Chọn mơ hình rò rỉ   • Tính số rò rỉ (R / B) • Xác định loại rò rỉ sở I131 / I-133 • Ước tính số nhiên liệu bị hư hại dựa tỷ lệ rò rỉ mức rò rỉ tiêu chuẩn • Tính tốn nhiễm bề mặt (I134 = 52.5 m) III Ky thuât hoa học phong xạ NỘI DUNG  Các kỹ thuật hóa học phóng xa so với kỹ thuật hóa học thông thường  Các hiệu ứng đặc biệt kỹ thuật hóa học phóng xa  Phương pháp phân tách hóa học phóng xa - Sự kết tủa - Chiết xuất dung môi - Trao đổi ion - Phép sắc ký  Ví dụ Các kỹ thuật hóa học phóng xa so với kỹ thuật hóa học thông thường  Sự diện phóng xa cần phải có số mối quan tâm quy định an toàn định  Thường xuyen xử lý hat nhân có chu kỳ bán rã ngắn  Số lượng nguyên tử tham gia hòa tan chất có nồng độ nhỏ  Các hiệu ứng đặc biệt: Sự phân ly xah ion hóa, nguyên tử hóa học nóng  Thiết bị đặc biệt (ví dụ che chắn), đào tao nhân lực  Chất thải phóng xa  Cần mẫu đặc biệt để đếm α, β γ Các hiệu ứng đặc biệt kỹ thuật hóa học phóng xa  Sự hấp thụ mức phóng xa bề mặt thủy tinh phòng thí nghiệm  Radiocolloids tập hợp nguyên tử với kích thước từ 0,1 đến 500nm  Sự tương tác xa ion hố với khơng khí có thể dẫn đến hình thành ozon oxit nitơ dẫn đến vấn đề ăn mòn  Phân rã phóng xa gây biến đổi hóa học: Hat nhân phân rã α β nguyên tố hóa học khác hat nhân mẹ, nó môi trường hóa học hat nhân mẹ Thay đổi trang thái oxy hóa liên kết khả  Sự phá vỡ liên kết hóa học nguyên tử phóng xa hình thành phản ứng hat nhân với phân tử đó Hiệu ứng SzilardChalmers nó sử dụng việc tách đồng vị phương pháp hoá học   Phương pháp phân tách hóa học phóng xa 1.Sự kết tủa  Là kỹ thuật lâu đời nhất, dễ dàng thực  Sự kết tủa lắng xuống chắt rắn dung dịch hoat động tác nhân thêm vào như: thuốc thử, hóa học, nhiệt, điện  Có dang: - Dang tinh thể: Dang dễ dàng lọc khỏi dung dịch - Dang keo: Khó xử lý đòi hỏi nhiều kỹ thuật cao siêu lọc, siêu ly tâm Phương pháp phân tách hóa học phóng xa Chiết xuất dung môi  Phương pháp chiết xuất dung môi sử dụng phân tách phóng xa vài lý do: đơn giản, đặc trưng tốc độ  Đặc tính tốc độ đặc biệt quan trọng với đồng vị phóng xa sống ngắn  Bao gồm bước: - Pha nước, pha hữu -Tao phức Phương pháp phân tách hóa học phóng xa Trao đổi Ion  Là phương pháp phân tách hóa học phóng xa phổ biến tính chọn lọc cao khả phân tách nhanh chóng  Một dung dịch có chứa ion tách tiếp xúc với nhựa có khả liên kết ion Sau đó ion lấy khỏi nhựa cách rửa dung dịch thích hợp  Nhựa thường polystyrenes liên kết chéo với nhóm chức gắn liền Phương pháp phân tách hóa học phóng xa 4.Phép sắc ký  Là kỹ thuật sử dụng để tách xác định thành phần hỗn hợp Trong đó, mẫu đưa vào “pha động” thường dòng chảy dung mơi, di chuyển qua “pha tĩnh”  Quá trình sắc ký xảy khác biệt số phân bố thành phần mẫu  Khi thành phần di chuyển qua hệ thống với tốc độ khác nhau, chúng tách khỏi theo thời gian Một cách lý tưởng, thành phần qua hệ thống khoảng thời gian riêng biệt, gọi "thời gian lưu." Phép sắc ký  Phân loai – Theo pha động: Sắc ký lỏng (LLC,LSC); sắc ký khí (GLC,GSC) – Theo loai lực phân ly: +Chiết xuất hấp phụ +Sắc ký phân chia +Sắc ký trao đổi ion +Sắc ký lọc Gel +Sắc ký lực – Theo vật liệu bọc pha tĩnh: +Phép sắc ký lớp mỏng (TLC): pha tĩnh lớp mỏng phủ kính, nhựa nhơm +Chữ sắc ký giấy (PC): pha tĩnh màng mỏng chất lỏng phủ lớp bảo vệ trơ +Phép sắc ký cột (CC): pha tĩnh đóng cột thủy tinh Phép sắc ký Loại Giai đoạn cố định Pha động Chiết xuất hấp phụ Chất rắn hút chất tan Chất lỏng khí Chất tan di chuyển mức khác theo lực hấp dẫn pha tĩnh Sắc ký Màng mỏng chất lỏng hình thành bề mặt chất trơ rắn hỗ trợ Nhựa rắn có chứa ion cố định di động đối nghịch với điện tích ngược kèm liên kết cộng hố trị   Chất lỏng khí Chất tan cân hai giai đoan theo hệ số phân chia chúng Sắc ký trao đổi ion   Chất lỏng chứa chất điện phân   Cơ chế Các ion hòa tan ion cố định bị thu hút nhựa nhờ lực tĩnh điện thay phản ứng di động   Phép sắc ký Loại Giai đoạn cố định Pha động Cơ chế Sắc ký loại trừ phân tử Gel xốp không có Chất lỏng tác dụng hấp dẫn phân tử hòa tan Các phân tử riêng biệt theo kích thước chúng: Các phân tử nhỏ vào lỗ gel, cần Lượng chất rửa giải lớn Các phân tử lớn qua cột với tốc độ nhanh Sắc ký lực Rắn mà đó Chất lỏng khí Loai phân tử đặc phân tử cụ thể biệt đặc biệt tương cố định tác với phân tử cố định pha tĩnh Ví dụ tích Tritium •1.Phân    = 12,3 năm, = 18KeV  Sử dụng máy đếm chất nhấp nháy lỏng  VÍ dụ: Bức xa neutron làm chậm nước nặng - Mẫu nước chưng cất để loai bỏ thành không bay - Mẫu nonaqueous  q trình oxi hố phần - Một phần trưng cất trộn lẫn với chất nhấp nháy lỏng Phân tích , ,   • :  = 28 năm, = 550 KeV  : = 64h, = 2200 KeV  = 51 ngày, = 1000 KeV  : = 59 ngày, = 1000 KeV - Nguồn: Phân hach - Đếm: LSC, khí đầy, chất nhấp nháy đếm Chrenkov - Tách hóa học: Sr kết tủa chọn loc (bán chọn lọc) chiết xuất Phân tích 234U, 235U 238U  Đếm: - Quang phổ Alpha: 234U, 235U 238U - Quang phổ Gamma: 235U 234Th 234Pa - 238U => 24d, 63 KeV - Phân tích kích hoat Neutron 238U(n,ϒ)239U→239Np 235U(n,f)  Hố chất để chuẩn bị cho mục đích mỏng: - Kết tủa: ví dụ: NdF3 , Fe(OH)2 234 U - Anionexchange: ví dụ: UCl5, UCl6, UO2+ phức hợp - Trích xuất: ví dụ: TBP