Strahlung: Wochentags radiochemisches Labor

In diesem Artikel werde ich auf das Thema Strahlung zurückkommen, das in meinem Beitrag am Geigerzähler angesprochen wurde.

... In den späten achtziger und frühen neunziger Jahren gingen die Leute oft mit einem Dosimeter auf den Markt und wählten damit „sauber“, wie sie dachten, Gemüse und Obst. Manchmal und jetzt stellt sich in thematischen öffentlichen Orten und Foren die Frage: Welches Dosimeter muss man kaufen, um auf den Markt für Lebensmittel zu gehen? Und wenn es kompetente Leute in der Gemeinde gibt, geben sie die richtige Antwort: keine. Und sie werden erklären, dass die Radioaktivität von Lebensmitteln vom Dosimeter nur in Mengen erfasst wird, die um ein Vielfaches über dem Grenzwert liegen. Das Dosimeter unterscheidet die harmlose Kalium-40-Aktivität nicht vom Äquivalent der Dosimeterwerte, sondern tötet bei regelmäßigem Verzehr von Strontium-90-Aktivität und alpha-aktivem und sehr radiotoxischem Plutonium mit Amerika wird es überhaupt nicht sehen, und um die Eignung des Produkts für die Verwendung zu beurteilen, ist Forschung in einem speziellen Labor erforderlich.
Im Moment arbeite ich in einem solchen Labor. Wir führen keine Hygienemessungen durch. Unsere Aufgabe ist es, die Radioaktivität der natürlichen Umwelt zu untersuchen - hauptsächlich Meerwasser, Niederschlag. Was uns interessiert, ist nicht die Tatsache, dass die Standards überschritten werden, sondern die Radionuklidgehalte in natürlichen Objekten selbst, die Formen, in denen sie vorhanden sind, ihre Verteilung und Migration. Glücklicherweise ist der Gehalt an Radionukliden in der Umwelt in den meisten Fällen sehr gering. Und ich möchte erzählen, wie wir diese niedrigen Ebenen finden und gleichzeitig einige verbreitete Mythen zerstreuen.

Auf KDPV - Novaya Zemlya, wo ich im vorletzten Jahr im Rahmen einer Expedition zum arktischen Schiff Mstislav Keldysh Forschungsschiff besucht habe.

Alpha, Beta, Gamma, Cribble, Crab, Booms

Eine einzigartige Eigenschaft des radioaktiven Zerfalls als Quelle eines analytischen Signals besteht darin, dass wir leicht ein einzelnes Zerfallsereignis registrieren können - das heißt, was mit einem Atom passiert ist. Daher ist die Messung der Radioaktivität in der Empfindlichkeit gegenüber anderen Analysemethoden häufig überlegen. Nur sehr langlebige Elemente - Uran-238 und 235, Thorium und manchmal Neptunium - sind empfindlicher für die chemische Bestimmung.

Wie wahrscheinlich jeder weiß, werden beim radioaktiven Zerfall Alpha-Partikel - Helium-4-Kerne, Beta-Partikel - Elektronen und manchmal Positronen, Gammastrahlen und in seltenen Fällen Neutronen, "Fragmentierungs" -Kerne und Protonen emittiert. Manchmal scheint jedoch nichts emittiert zu werden: Im Gegenteil, der Kern fängt ein Elektron ein. In diesem Fall kann es jedoch nicht ohne Strahlung auskommen: Die Elektronenhülle eines Atoms emittiert beim Wiederaufbau charakteristische Röntgenstrahlung.

Der einfachste Weg ist, wenn das für uns interessante Isotop ein Gamma-Emitter ist. Gammastrahlung existiert selten getrennt von allen anderen - nur beim Übergang langlebiger Kernisomere in den Grundzustand des Kerns. In der Regel tritt es während des Alpha- und Beta-Zerfalls auf, da der neue Kern nach dem Zerfall überschüssige Energie verlieren muss. Aufgrund der Penetration verlässt Gammastrahlung normalerweise leicht die Grenzen einer sehr dicken Probe, was bei Alphastrahlung unmöglich und bei Beta nicht immer möglich ist. Gammastrahlung hat auch eine gute Eigenschaft: Ihr Spektrum ist linear und sie identifiziert das emittierte Nuklid eindeutig.

Leider sind weit entfernt von allen Radionukliden wirksame Quellen für Gammastrahlung. Bei einigen wird der Gammastrahl in 0,0001% aller Zerfälle emittiert, bei jemandem findet der Zerfall sofort im Grundzustand des Tochterkerns statt und Sie können kein Gamma daraus gewinnen. Daher muss man sich die Alpha- und Betastrahlung ansehen.

Aus der Schule wissen wir, dass die Alphastrahlung durch ein Stück Papier verzögert wird. Ich werde noch mehr sagen: Es wird um ein paar Zentimeter Luft verzögert, und vor allem - es wird durch den Zusammenbruch selbst verzögert. Und wenn wir versuchen, Alphastrahlung zu erfassen, indem wir den Sensor von außen zu ihm bringen, fallen nur Alphateilchen hinein, die von der obersten Materieschicht, einer Dicke von einem Mikrometer oder einigen Mikrometern, emittiert werden. Ein ähnliches Problem besteht bei der Registrierung von Betastrahlung. Wenn es steif ist (wie Strontium-90), kann es mehrere Millimeter Probe überwinden. Und Tritium-Beta-Strahlen „brechen“ noch weniger durch als Alpha-Partikel und können kein Fenster durchqueren. Selbst Beta-Partikel aus Kohlenstoff-14 oder Nickel-63 passieren kaum einen dünnen Glimmer eines Geigerzählers oder eine undurchsichtige Folie, die den Szintillationsdetektor bedeckt.
Dann werde ich Ihnen sagen, was sie mit dieser Undurchdringlichkeit machen und wie sie damit umgehen sollen.

Aber zuerst zur Gammaspektrometrie

Über die Gammastrahlenspektrometrie wird wahrscheinlich in jeder Diskussion zum Thema "Pilze mit einem Dosimeter prüfen" erwähnt. Dies ist verständlich: Die Methode zur Lösung des Problems der „Bestimmung von Cäsium-137 auf MPC-Ebene“ ist in der Hardware relativ einfach (bis zu den „kniehohen“ Optionen zu Hause) und sehr aussagekräftig (dh sie liefert ein schnelles Ergebnis).

Die Gammaspektrometrie basiert auf der Tatsache, dass Gammastrahlung, die aus dem radioaktiven Zerfall dieses speziellen Isotops resultiert, ein Strom von fast monoenergetischen Gammastrahlen ist. Das heißt, im Strahlungsspektrum sehen wir eine schmale Linie oder mehrere Linien. Und dieses Spektrum ist charakteristisch, es kann verwendet werden, um ein Radionuklid zuverlässig zu identifizieren.

Wenn optische Strahlung oder sogar Röntgenstrahlung unter Verwendung eines Dispersionselements - eines Prismas oder eines Beugungsgitters (für Röntgenstrahlen dient beispielsweise ein Kristallgitter Graphit) als letzteres in das Spektrum zerlegt werden kann - besteht die einzige Möglichkeit, ein Gammastrahlungsspektrum zu erhalten, darin, die Energie jedes aufgezeichneten zu messen seine Quanten. Es gibt viele Methoden für eine solche Messung, zum Beispiel gibt es verschiedene Methoden, bei denen ein Gamma-Quantum in ein Elektron mit nahezu derselben Energie "umgewandelt" wird und dann der Elektronenfluss entsprechend den Energien im Magnetfeld in das Spektrum erweitert wird. Solche Methoden sind jedoch in der experimentellen Kernphysik anwendbar - jedoch nicht in Routinemessungen. Normalerweise wird ein proportionaler Detektor für ionisierende Strahlung verwendet, um die Energie von Gammastrahlen zu messen.

Ein Geiger-Müller-Zähler ist beispielsweise kein solcher Detektor. Nachdem das Americium-241-Gammastrahlenquant absorbiert wurde, erzeugt es einen Impuls, der sich nicht von demselben Impuls unterscheidet, den ein Geigerzähler als Reaktion auf das Cobalt-60-Gammastrahlenquant abgibt, obwohl sich die Energien dieser beiden Quanten in 23 unterscheiden mal. Der Szintillationszähler hat jedoch die Eigenschaft der Proportionalität - die Intensität des Lichtblitzes und damit die Amplitude des Impulses an der Anode des Photoelektronenvervielfachers wird durch die im Kristall absorbierte Energiemenge bestimmt.

Ein Szintillations-Gammaspektrometer ist daher einfach ein Szintillationsdetektor - ein Kristall eines Szintillators, beispielsweise Thallium-aktiviertes Natriumiodid, an das ein PMT gebunden ist. PMT-Impulse werden einem speziellen Gerät zugeführt, das als Mehrkanalanalysator bezeichnet wird (die englische Abkürzung MCA wird häufig verwendet). Tatsächlich ist dies ein ADC, jedoch mit einer Reihe spezifischer Anforderungen (insbesondere einer extrem kleinen differentiellen Nichtlinearität, die bei gewöhnlichen Anwendungen für niemanden von Belang ist). Das Prinzip seiner Wirkung besteht darin, dass es die Größe (seine Amplitude oder das Integral unter diesem Impuls) jedes Impulses misst und diese Impulse entsprechend ihrer Größe in "Haufen" "zerlegt". Diese "Haufen" - Kanäle - normalerweise von 256 bis 4096 oder mehr. Im Wesentlichen funktioniert der MCA wie eine Funktion, die bei jedem neuen Impuls aufgerufen wird:

unsigned int spectrum[4096] = {0}; //      void mca(unsigned int magnitude) //       { //     0  4095 spectrum[magnitude]++; //     ,  - return; //    . } 

Wenn genügend Impulse gesammelt wurden, können Sie ein Diagramm erstellen, das eine visuelle Anzeige des Gammaspektrums darstellt. So etwas wie das:



Dies brachte ich ein sehr aufschlussreiches Bild, das zeigt, dass alles einfach zu sein scheint, aber gleichzeitig - nicht sehr. Tatsache ist, dass dies ein Spektrum ist, das von einer monoenergetischen Strahlungsquelle aufgenommen wurde. Aber es ist keineswegs der einzige „Stick“ bei 662 keV. Nicht nur das, anstelle eines Stocks haben wir eine ziemlich vage "Glocke". Zu seiner Linken haben wir etwas, das tatsächlich nicht existiert (mit Ausnahme des Gipfels ganz links - er existiert in der Realität). Leider ist das Hardwarespektrum nicht gleich dem realen.

Woher kommen diese Unterschiede? Aus der Physik des Prozesses der Registrierung von Gammastrahlung.
Das Gamma-Quantum kann im gesamten Szintillatorkristall absorbiert werden und gibt ihm die gesamte Energie, die in die kinetische Energie von Photoelektronen umgewandelt wird, die letztendlich einen Lumineszenzblitz in der Kristall-Szintillation anregen. Von solchen Quanten haben wir rechts einen Peak, wir nennen ihn den Photopeak , weil er sich auf die Absorption durch den photoelektrischen Effekt bezieht. Und ein anderes Quantum kann „durchgehen“ und ihm nur einen Teil der Energie geben. Und - beliebig: von fast Null bis zu einem bestimmten Grenzwert - abhängig vom Winkel, unter dem das mit dem Quanten wechselwirkende Elektron wegfliegt. Dies ist der Compton-Effekt. Und von ihm - diesem breiten Plateau links vom Gipfel - das Compton-Kontinuum . Bei hohen Energien sehen wir auch einen solchen Effekt wie die Bildung von Elektron-Positron-Paaren, aufgrund derer im Spektrum Einzel- und Doppelemissionspeaks auftreten, die 511 und 1022 keV vom Photopeak entfernt sind, und der 511 keV-Peak selbst von Gammastrahlung Vernichtung. Vor dem Hintergrund des Compton-Kontinuums ist ein Rückstreupeak sichtbar - dies ist reflektierte Gammastrahlung von Objekten, die den Detektor umgeben, die aufgrund des Compton-Effekts einen Teil der Energie verloren haben, und noch niedriger sehen wir charakteristische Röntgenlinien durch Bleischutz. Nun, die äußerste linke Linie ist auch eine charakteristische Röntgenlinie, nur von dem Barium, in das sich Cäsium verwandelt hat, nachdem es sich aufgelöst hat. Ja, dies ist das Spektrum von Cäsium-137. Und fast alles, was wir in diesem Spektrum sehen, ist eine Anzeige einer einzelnen Spektrallinie . Es wird zwei Zeilen geben - jede hat die gleiche Form und wir werden ihre Summe sehen. Und ja, das Aussehen jeder dieser Linien hängt von ihrer Energie ab: Mit zunehmender Zunahme nimmt der Anteil der Compton-Komponente zuerst zu und der Photopeak fällt ab, dann erscheinen und wachsen die Auswirkungen der Bildung von Elektron-Positron-Paaren (Emissionspeaks, Vernichtungspeaks). Von hier aus erhalten wir eine anständige Komplexität bei der Verarbeitung der Spektren.

Ein Szintillations-Gammaspektrometer ist, wie ich bereits sagte, ein relativ einfaches Gerät. Bis zu dem Punkt, dass jede Hausfrau es bekommen kann. In aller Ernsthaftigkeit: Geräte werden für weniger als tausend Dollar hergestellt und verkauft. Alles, was Sie zum Arbeiten benötigen, ist ein Computer mit USB-Anschluss und Kabelschutz. Im zylindrischen Körper - alles und der Kristall und PMT und seine Stromquelle und der ADC. Für Interessierte - googeln Sie über Atom Spectra. Und für diejenigen, die einen Lötkolben in den Händen halten können, ist es durchaus möglich, ein solches Gerät selbst herzustellen - die Rolle eines Mehrkanalanalysators wird erfolgreich von einer Computer-Soundkarte und einem speziellen Programm, beispielsweise BeckMoni , gespielt , oder es kann auf einem Mikrocontroller, einem Integrator mit einem Reset und einem externen ADC (dem eingebauten) basieren sehr schlechte Parameter) machen einen MCA, der dem, was Greenstar tut, nicht unterlegen ist. Ja, und Laborgeräte passen manchmal in das Preisschild „bis zu einer Million Rubel“ und nehmen (abgesehen vom Bleischutz) fast keinen Platz auf dem Labortisch ein (zum Beispiel ist Kolibri von Green Star 8 x 13 x 3 cm groß und funktioniert auch über einen USB-Anschluss). Sie haben einen Nachteil - niedrige Auflösung.

Die besten Kristalle von NaI (Tl) ergeben eine spektrale Auflösung entlang der Cäsium-137-Linie von etwa 6%. Ein neuer und sehr teurer Szintillator - Lanthanbromid - macht 3,2% aus. Und diese Zahlen führen dazu, dass das reale Spektrum ungefähr so ​​aussieht:



Und im schlimmsten Fall wird es ein so ausdrucksloser Hügel sein, an dessen Hang einzelne Tuberkel kaum sichtbar sind, anhand dessen Isotope noch identifiziert werden können, aber es besteht keine Frage, sie zu quantifizieren. Und unsere natürlichen Proben auf einem Szintillations-Gammaspektrometer sehen so aus. Und das Spektrum „im besten Fall“ stammt übrigens von einem Kieselstein, aus dem Terra-P flutete und Milliregene pro Stunde zeigte (Granit würde fast das gleiche Bild liefern, nur würde es einen ganzen Tag dauern, um das Spektrum und dieses Spektrum zu erhalten in einer Minute getippt).

Daher arbeiten wir in den meisten Fällen an einem Spektrometer mit einem Halbleiterdetektor. Von Natur aus ähnelt es einer Germanium-Pin-Fotodiode, die vor dem Licht verborgen, aber für Gammastrahlen zugänglich ist. Aber in der Tat - es ist nur eine Ionisationskammer. Nur nicht mit Gas gefüllt, sondern mit undotiertem Germanium, zu dem Kontakte in Form einer p-Region einerseits und einer n-Region andererseits hergestellt werden. Ein Photon, das durch den Detektor (oder vielmehr durch die Region) fliegt, erzeugt auf seinem Weg Elektronen-Loch-Paare, die durch das elektrische Feld von der an den Halbleiterkristall an die Elektroden dieser Ionisationskammer angelegten Spannung verteilt werden, was zum Auftreten eines kurzen und sehr schwachen Stromimpulses führt, der wiederum proportional zur Energie ist. Aufgrund der sehr geringen Energie, die zur Bildung eines Paares erforderlich ist, und aus mehreren anderen Gründen beträgt die spektrale Auflösung eines OCH- oder HPGE-Detektors Zehntel von zienten und wirklich im Spektrum Spektrallinie -. Linie (obwohl ihre Begleiter als Abfahrts- Gipfel Compton Kontinuum, Backscatter und andere Dinge - gehen nicht weg).

Zur Veranschaulichung ist dies kein Spektrum meiner Arbeit und ich habe aus dem Internet genommen . Dies ist ein Gesamtspektrum von 89 Lachsproben, die vor der Küste von British Columbia gefangen wurden. Dies zeigt, dass das Fukushima-Echo nicht dort ankam: Spuren von Cäsium-137 wurden gefunden, aber es gab kein „frisches“ Cäsium-134 mit einer kurzen Halbwertszeit.



Sehen Sie, wie viele allerlei schwache und kleine Linien im Spektrum erschienen sind? Das Gammastrahlenszintillationsspektrum würde hier absolut nichts geben. Erstens, weil sich die Cäsium-137-Linie mit der 609 keV-Linie in Bezug auf Wismut-214 überlappen würde und die Cäsium-134-Linie nicht einmal versuchen würde, sich von der Blei-214-Linie zu trennen.

PPD funktioniert jedoch nicht bei Raumtemperatur und muss mit flüssigem Stickstoff gekühlt werden. Im Allgemeinen ist es ein sehr teures Gerät, über das nicht jedes Labor verfügt. Wir hatten Glück - wir haben unser eigenes Canberra, aber wir messen immer noch einige der Proben am Institut für Radiochemie des Chemischen Instituts der Moskauer Staatlichen Universität.

Ein Szintillationsspektrometer kann jedoch auf einem Flug zu einem Schiff mitgenommen werden. Und legen Sie es sogar in eine Tasche und führen Sie während der Landung eine Reihe von Gammastrahlenspektren auf Novaya Zemlya durch.

Alpha-Spektrometrie und ein bisschen über Beta-Strahlen

Die Alpha-Strahlung radioaktiver Isotope ist ebenfalls monoenergetisch und ihr Spektrum ist charakteristisch. Daher ist die Alpha-Spektrometrie eine sehr wertvolle Informationsquelle über die Radionuklidzusammensetzung. In mancher Hinsicht ist es eine einfachere Methode als die Gammaspektrometrie: Ein Alpha-Teilchen wird im Detektor immer vollständig absorbiert, daher stimmt das instrumentelle Spektrum der Alpha-Strahlung unter Berücksichtigung der begrenzten spektralen Auflösung mit dem realen überein. Und der Detektor ist so einfach wie drei Cent: Es ist entweder ein dünner Szintillator oder derselbe Halbleiterdetektor, der im Fall von Alphastrahlung einer Standard-Pin-Fotodiode sehr ähnlich ist, mit dem einzigen Unterschied, dass die Dicke der „toten“ Schicht beträgt Oberflächen einschließlich Metall und der p + -Region haben die kleinstmögliche Dicke (denken Sie an die Durchdringungsfähigkeit von Alpha-Partikeln). Er braucht keine Kühlung, und da Alpha-Teilchen Energien von mehreren MeV haben, treten viele Elektronen-Loch-Paare aus jedem von ihnen aus und der Signalpegel ist nicht so niedrig wie bei HPGE, wo Sie einen sehr rauscharmen Vorverstärker verwenden müssen, der zusammen mit dem Detektor gekühlt wird.

Schwierigkeiten ergeben sich nur aufgrund der gleichen geringen Durchdringungsfähigkeit. Der Detektor und die Probe werden in eine kleine Vakuumkammer gegeben, die auf mehrere Millimeter Quecksilber abgepumpt wird, und die Probe wird sehr dünn gemacht. Eine der Methoden ist die galvanische Abscheidung - eine Salpetersäurelösung mit alpha-aktiven Isotopen wird in die Elektrolysezelle gegeben, die Anode ist ein Platindraht und die Kathode ist eine Edelstahlscheibe. Zuvor wird die Lösung unter Verwendung einer Säule mit einem Ionenaustauscherharz maximal von allem Unnötigen gereinigt. Eineinhalb Stunden - und 10 Milliliter der Lösung verwandelten sich in einen Film mit einer Dicke von nicht mehr als einem Zehntel Mikron.

Beta-Strahlen sind nicht so hell und beeindruckend. Aufgrund der Tatsache, dass bei jedem Beta-Zerfall ein Teil der Energie (und welcher Teil benötigt wird) vom Antineutrino abgeführt wird, ist das Spektrum der Beta-Strahlung kontinuierlich und hat die Form breiter Buckel. Daher sind sie häufig auf ihre Punktzahl beschränkt, nachdem sie zuvor das interessierende Element auf chemischem Wege ausgewählt haben.

Wenn die Strahlung ausreichend hart ist, kann sie hier mit einem Szintillationsdetektor und einem Halbleiter (ähnlich wie bei Alphastrahlung, jedoch dicker - und es gibt universelle Detektoren wie beim "Arbeitspferd" des radiochemischen Labors - einem Desktop-Alpha-Beta-Radiometer nachgewiesen werden UMF-2000). Und wenn wir zum Beispiel Tritium haben, gibt es keine bessere Möglichkeit, als die Probe mit einem flüssigen Szintillator zu entnehmen und zu mischen. Diese Methode wird als Flüssigszintillationszählung bezeichnet. Im Übrigen ist es für Alpha geeignet und im Allgemeinen eine ziemlich universelle Methode. Die Geräte sind jedoch wieder teuer und komplex, wir haben kein solches Gerät, wir geben Proben entweder an das Radiochemische Labor des Geochemischen Instituts der Russischen Akademie der Wissenschaften oder an die Abteilung für Radiochemie der Chemischen Fakultät. Der Grund ist zuallererst, dass die Zerfallsenergie oft sehr klein ist, so dass es im Fall von Tritium notwendig ist, Lichtimpulse zu fangen, die nur ein Dutzend oder zwei Photonen ausmachen. Es verwendet die bevorzugte Methode der Kernphysiker - die Methode der Zufälle. Eine Photovervielfacherröhre erzeugt selbst in Abwesenheit von Licht ständig Impulse, deren Amplitude einem oder sogar mehreren Photoelektronen entspricht. Die Wahrscheinlichkeit, dass Impulse, die ein Elektron überschreiten, in drei PMTs gleichzeitig sofort zusammenfallen, ist jedoch sehr gering. Aber ein echtes Aufflackern der Szintillation, selbst wenn nur 10-15 Photonen darin waren, liefert sofort eine passende Antwort über alle drei Kanäle und wird aufgezeichnet.

Ein paar Worte zum Schutz

Wenn es um Strahlung geht, kommt es nicht darauf an, über Strahlenschutz zu sprechen. Wir müssen auch darüber nachdenken, aber nicht, um uns zu schützen - die Strahlungswerte unserer Proben sind verschwindend gering. Unsere Geräte müssen geschützt werden, da sonst der externe Strahlungshintergrund alle Versuche zunichte macht, schwache Strahlungsflüsse zu erkennen. Je kleiner der Hintergrund in der Verteidigung ist, desto sensibler ist die Definition.

Der einfachste Weg ist mit Alphastrahlung. Es selbst durchläuft nichts und die Energie von Alpha-Partikeln unterscheidet sich stark von der Gammastrahlung im Hintergrund, sodass für ein Alpha-Spektrometer kein besonderer Schutz erforderlich ist. Gammaspektrometer und Beta-Zähler befinden sich in einem massiven, normalerweise bleihaltigen Schild. Übrigens wird Blei für ihr Special übernommen. Canberra verwendet zum Beispiel Blei, das vom Meeresboden aus Schiffswracks alter Schiffe gewonnen wurde. Erstens gibt es in diesem Blei absolut keine Radionuklide anthropogenen Ursprungs, und zweitens ist Blei-210 bereits darin zerfallen. Dieses Isotop ist für uns als „radioaktive Uhr“ besonders wichtig, mit der die Geschwindigkeit der Sedimentansammlung am Meeresboden bestimmt werden kann.

Um den Hintergrund, einschließlich der mit kosmischer Strahlung verbundenen, weiter zu verringern, ist die Innenseite des Schutzes mit Kupfer, Cadmium und Kunststoff ausgekleidet. Dies geschieht, um die Röntgenfluoreszenz von Blei sowie Sekundärelektronen zu entfernen.
Und für Messungen mit besonders geringem Hintergrund befindet sich das Gerät in einem tiefen Keller oder sogar in einer Mine, die in Gesteinen mit geringer Aktivität abgeholzt wurde. Dies ist manchmal die einzige Möglichkeit, das Niveau der kosmischen Strahlung, die unverzüglich durch zig Zentimeter Blei fliegt, wiederholt zu reduzieren.

Was ist Radiochemie?

Die übliche Situation ist, wenn das interessierende Radionuklid so klein ist, dass ein solches Probenvolumen, das seine minimale nachweisbare Aktivität enthält, nicht in die Vorrichtung geschoben werden kann. Manchmal aufgrund der Abmessungen des Geräts und manchmal - aus fundamentalen Gründen (wie im Fall von alpha-aktiven Isotopen: Sie müssen den Probenbehälter in einen Film mit einer Dicke von einem Bruchteil eines Mikrometers verwandeln). Dies ist die Aufgabe von Konzentrationsmethoden.

Zum Beispiel haben wir Cäsium-137 in der Luft. Es gab keinen Atomkrieg, Tschernobyl war vor langer Zeit, also gibt es wenig Cäsium-137. $$$10 ^ {- 4}$und weniger Becquerel pro Kubikmeter. Das heißt, in Ihrem Zimmer tritt der Zerfall eines Cäsium-137-Atoms mehrmals pro Stunde auf. Für die Gammaspektrometrie muss mindestens Becquerel eingegeben werden. Was zu tun ist? Wir nehmen einen Staubsauger, wir schließen einen speziellen Filter daran an. Cäsium wird Teil des Staubes sein und auf diesem Filter sitzen. Sie trieben zehntausend Kubikmeter Luft hindurch, und der entstehende Staub kann in ein Gammaspektrometer geschoben werden.

Oder eine andere Möglichkeit: Um dasselbe Cäsium-137 aus Meerwasser zu isolieren, fahren Sie tausend Liter Meerwasser durch einen in Kobaltferrocyanid getränkten Waschlappen, der dazu neigt, Cäsium effizient von Wasser zu trennen.

Erinnerst du dich, wie die Curie-Ehepartner Radium abgebaut haben? Es wurde zusammen mit Bariumsulfat ausgefällt, wobei dieser Vorgang viele Male wiederholt wurde und die Radiumkonzentration in jeder Stufe erhöht wurde. Auf ungefähr die gleiche Weise - durch Copräzipitation, Sorption an Ionenaustauscherharzen und anderen Sorbentien, Elektrolyse und andere Methoden konzentrieren wir das Element, an dessen Isotop wir interessiert sind, um diejenigen zu entfernen, die stören (einschließlich seiner Radioaktivität) und manchmal das Probenvolumen um Millionen zu reduzieren mal.

Ich habe bereits über eine der Konzentrationsmethoden gesprochen, als ich über Alpha-Spektrometrie sprach: Aus einigen Millilitern einer Salpetersäurelösung haben wir den dünnsten Film erhalten. Zuvor haben wir ein Fass Meerwasser über Bord geschöpft, Eisenchlorid hinzugefügt und es dann mit Ammoniak ausgefällt. Der größte Teil des im Wasser enthaltenen Plutoniums befand sich im Sediment (Copräzipitation wird im Allgemeinen in der Radiochemie verwendet - zum Beispiel zur Isolierung von Strontium-90). All dieses Sediment wurde zusammen mit einer kleinen Menge Wasser in eine Literflasche gegeben, die wir an Land bringen werden. Und dann entfernen wir zuerst das überschüssige Wasser, dann lösen wir den Niederschlag auf und entfernen dort Eisen mit einem Ionenaustauscherharz, und dann entfernen wir alles andere mit einer Chromatographiesäule mit einem anderen Ionenaustauscherharz, aus dem Plutonium zum richtigen Zeitpunkt austritt. Und so erscheinen diese wenigen Milliliter, aus denen dann Plutonium durch Elektrolyse ausgefällt wird.

Gab es im 17. Jahrhundert einen Atomkrieg?

Ja, stellen Sie sich vor - es gibt eine solche "Theorie", dass vor 200-300 Jahren ein Atomkrieg stattfand und die hochentwickelte Zivilisation der Erdbewohner in eine spätfeudal-frühkapitalistische Gesellschaft verwandelt wurde. Und es war nicht das einzige: Spuren eines Atomkonflikts finden sich im alten Indien (Mohenjo-Daro), und die Radioaktivität vieler alter Knochen ist ebenfalls bekannt, was auch ein Beweis dafür ist, dass nukleare Explosionen über alten Zivilisationen donnerten.

Angenommen, es war. Was ist als Beweis zu suchen? Sie werden "radioaktive Infektion" sagen und Sie werden sich irren. Sie haben vielmehr nur teilweise recht.

Radioaktivität war und ist ohne Atomkrieg. Aber die Radioaktivität der Atombombe ist etwas Besonderes, sie hat etwas, das es ermöglicht, sie fehlerfrei von der natürlichen zu unterscheiden. Dies ist eine spezielle Radionuklidzusammensetzung.

Natürliche Radioaktivität beruht auf genau definierten Isotopen. Dies sind Kalium-40, Rubidium-87, Uran und Thorium (mit radioaktiven Produkten ihres Zerfalls) - im Allgemeinen Isotope mit riesigen Halbwertszeiten, die es ihnen ermöglichten, aus der Zeit zu überleben, als es weder Erde noch Sonne gab. Ihnen werden einige sogenannte kosmogene Isotope zugesetzt - Kohlenstoff-14, Beryllium-7, Natrium-22, Tritium. Sie entstehen unter dem Einfluss kosmischer Strahlung und werden ständig reproduziert.

Die für eine nukleare Explosion charakteristischen Radionuklide sind jedoch völlig unterschiedlich. In der vornuklearen Ära auf der Erde (ohne natürliche Kernreaktoren vom Oklo-Typ) gab es weder ein Atom aus Cäsium-137 noch Kobalt-60 oder Ruthenium-106. Wenn sie einmal während des Ausbruchs der Supernova entstanden sind, die die Substanz erzeugte, aus der sich die Sonne und die Planeten im Laufe der Zeit gebildet haben, dann waren sie zu unserer Zeit spurlos verschwunden. Und nach 200 Jahren hätte der langlebigste von ihnen überlebt. Und wir würden sie finden - in Form von deutlichen Aktivitätsspitzen in den Schichten der Bodensedimente, die wir jetzt in Schichten der 1950er-60er Jahre des letzten Jahrhunderts sowie in der Schicht von 1986 sehen.

Wir hätten sie sowohl in Mohenjo-Daro als auch in denselben radioaktiven Knochen aus der Steinzeit gefunden. Aber wir finden dort nur Thorium und Uran. Und die Produkte ihres Zerfalls sind das gleiche Radium.

Ein weiterer Mythos: Der Strahlungshintergrund hat sich seit der Entdeckung der Radioaktivität verzehnfacht. Eine Variante des Mythos mit Elementen der Verschwörungstheorie: Um dies zu verbergen, wurden in den sechziger Jahren radiometrische Geräte aus den Labors entfernt und nach Neukalibrierung zurückgegeben.

Dieser Mythos wird sehr einfach widerlegt. Seitdem ist es erstaunlich, wie, aber in den Laborablagerungen wurden die alten Geigerzähler in ihren einheimischen Kisten mit Pässen aufbewahrt. Typen MS-6, BC-6 usw. Und in ihnen war die handgeschriebene Figur des "natürlichen Hintergrunds". «» , , .

, — , — - , , -137 . , - . 8-12 / , , — . 0,5-1 / .

Nachwort oder noch einmal über das Dosimeter auf dem Markt

Die maximal zulässigen Radionuklidspiegel in Lebensmitteln variieren stark. Der Grund für ihre unterschiedliche Radiotoxizität ist in erster Linie die Tendenz, sich in verschiedenen Organen und Geweben zu konzentrieren und fest in ihnen zu fixieren. In Strontium-90, das sich in den Knochen in der Nähe des Knochenmarks ansammelt und fast für immer dort verbleibt, ist der Dosiskoeffizient mehr als doppelt so hoch wie bei Cäsium-137, das gleichmäßig im Körper verteilt ist. Wenn daher für Cäsium-137 die maximal zulässige Aktivität für die meisten Produkte 50-100 Bq / kg beträgt, ist sie für Radiostrontium halb so hoch. Bei Plutonium-239 wird die maximal zulässige Aufnahme in den Körper in zehn Becquerel pro Jahr gemessen .

— , . -, -137 - , «» - .

:
:
: , ,