Методы обнаружения и измерения радиоактивного излучения Ra226 и Th232

Министерство образования  Республики Беларусь

 

УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ

 

«БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

Факультет технологии органических веществ

 

кафедра физико-химических методов  сертификации продукции

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

 

Тема: “Методы обнаружения  и измерения радиоактивного излучения Ra226 и Th232 ”

 

 

РЕФЕРАТ

 

Страниц 29, таблиц 5, рис.3, литературных источников 13.

 

РАДИОАКТИВНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ, МЕТОДЫ ОБНАРУЖЕНИЯ И ИЗМЕРЕНИЯ, СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ, ТОРИЙ-232, РАДИЙ-226, ПИЩЕВЫЕ  ПРОДУКТЫ.

 

Цель курсовой работы: целью  данной курсовой работы является ознакомление с методами обнаружения и измерения  радиоактивного излучения в продуктах  питания, а так же выбор наиболее подходящего метода.

 

Что сделано: в работе описан краткий аналитический обзор  литературы по методам анализа, используемым для определения Th-232, Ra-226. Теоретические  основы наиболее распространенных методов  анализа, аналитический обзор патентной  литературы и нормативных документов по применению различных методов. В  своей курсовой работе я описал методы обнаружения и измерения радиоактивного излучения Th232 и Ra226. В четвертом пункте своей работы привел информацию о  периодичности и методике определения  содержания радионуклидов в продукции предприятия «Минскрыбпром», на котором проходил практику. Произвел расчет дозы внутреннего облучения организма человека при потреблении рыбы.

 

Вывод: ознакомление с методами обнаружения и измерения радиоактивного излучения в продуктах питания, а так же выбор наиболее подходящего  метода.

 

Пришел к выводу, что  содержание радионуклидов в речной рыбе на порядок меньше чем в морской. Рыба является одним из наиболее полезных и безопасных продуктов питания.

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

 

Введение

 

 

 

 

 

1. Краткий аналитический  обзор литературы по методам  анализа, используемым для контроля Ra226 и Th232, и обоснование целесообразности  применения выбранного метода  анализа

 

2. Теоретические основы  выбранного метода

 

3. Расчет дозы внутреннего  облучения по поступлению радионуклидов  в организм с потреблением  рыбы

 

4. Аналитический обзор  патентной, научной литературы  и нормативных документов (ГОСТ, СТБ, ТУ)

 

5. Описание стандартизированной  методики анализа целевой продукции

 

Заключение

 

Список использованной литературы

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Природная радиоактивность  обусловлена радиоактивными изотопами  естественного происхождения, присутствующими  во всех оболочках земли — литосфере, гидросфере, атмосфере и биосфере. Сохранившиеся на нашей планете  радиоактивные элементы условно  могут быть разделены на три группы.

 

1. Радиоактивные изотопы,  входящие в состав радиоактивных  семейств, родоначальниками которых  являются уран (U238), торий (Th232) и  актиний–уран (AcU235).

 

2. Генетически не связанные  с ними радиоактивные элементы: калий (К40), кальций (Ca48), рубидий  (Rb87) и др.

 

3. Радиоактивные изотопы,  непрерывно возникающие на земле  в результате ядерных реакций,  под воздействием космических  лучей. Наиболее важные из них  — углерод (С14) и тритий (Н3).

 

Естественные радиоактивные  вещества широко распространены во внешней  среде. Это в основном долгоживущие изотопы с периодом полураспада 108–1016 лет. В процессе распада они  испускают a- и b-частицы, а также g-лучи.

 

Главным источником поступающих  во внешнюю среду естественных радиоактивных  веществ, к настоящему времени широко распространенных во всех оболочках  земли, являются радиационные отходы. Благодаря деструктивным процессам  метеорологического, гидрологического, геохимического и вулканического характера, происходящих непрерывно, радиоактивные вещества подверглись широкому рассеиванию.

 

Естественная радиоактивность  растений и пищевых продуктов  обусловлена поглощением ими  радиоактивных веществ из окружающей среды. Из естественных радиоактивных  веществ наибольшую удельную активность в растениях составляет К40, особенно в бобовых растениях. Многие наземные растения, особенно водоросли, обладают способностью концентрировать в  своих тканях радий из почв и воды, некоторые накапливают уран. Анализы  различных продуктов питания  показали, что радий постоянно  присутствует в хлебе, овощах, мясе, рыбе и других продуктах питания. Обратим внимание на рыбу, основной и неотъемлемый продукт нашего рациона. Так как в морях и океанах  тонут атомные подводные лодки, происходит разлив отходов и т.д., вода разносит опасность по всей Земле. Мы все потребляем рыбу, доставляемую к нам разных концов полушария, так  что давайте задумаемся насколько она безопасна? И отстранившись от привычных Cs137 и Cs134 и Sr90 и Sr89 обратим внимание на менее заметные элементы, но не менее опасные.

 

Торий. Природный торий  состоит из 6 радиоактивных изотопов, а наиболее важный в радиологическом  отношении Th232 (Т1/2=1,41×1010 лет, a-излучатель) является родоначальником радиоактивного семейства.

 

Источником загрязнения  внешней среды Th232 является широкое  применение фосфорных удобрений, где  его содержание колеблется от 1,5 до 25 Бк/кг, и сжигание ископаемого органического  топлива.

 

Радий. Природный радий  имеет 4 основных радиоизотопа. Главный из них Ra226 (Т1/2=1622 года, a-излучатель). Для Ra226 в природе характерно рассеянное состояние.

 

Увеличение естественного  радиационного фона, которое сопровождает освоение человеком энергии атомного ядра, привело к формированию ряда научных дисциплин: радиоэкологии, радиационной гигиены, ядерной метеорологии и др., всесторонне исследующих  закономерности поведения во внешней  среде радионуклидов и действия ионизирующих излучений на объекты  окружающей среды и человека. В  результате радиологических исследований к настоящему времени достаточно полно изучены основные особенности  миграции наиболее важных в радиологическом  отношении нуклидов в природных  биогеоценозах, включая водные сообщества, а также влияние облучения  на живые организмы, в том числе  водные растения и животных. Это  позволило оценить радиационную обстановку в различных регионах земного шара, а также собрать  научную информацию для прогнозирования  возможных радиологических последствий  попадания радиоактивных веществ  в окружающую среду.

 

Подробными радиоэкологическими  исследованиями в последние 15--20 лет  была охвачена и гидросфера Земли. Интерес  к проблемам водной радиоэкологии  предопределяется рядом причин. Во-первых, моря и океаны являются основным резервуаром, куда поступают радионуклиды (выпадения  из атмосферы, жидкий и твердый сток с суши). Во-вторых, в водной среде обитают некоторые виды организмов, характеризующихся относительно высокой радиочувствительностью. В-третьих, специфические физико-химические свойства водной среды обеспечивают исключительно высокое накопление некоторых радионуклидов водными растениями и животными (коэффициенты накопления отдельных радионуклидов гидробионтами равны десяткам и сотням тысяч, т. е. концентрация радионуклидов в этих организмах в 104--105 раз выше, чем в воде), и в целом аккумуляция радиоактивных веществ живым веществом в воде относительно среды значительно выше, чем на суше. В-четвертых, в последние годы непрерывно возрастает роль Мирового океана как источника пищевых ресурсов человека, а в недалеком будущем гидросфера может стать основным поставщиком белков и других ценных питательных веществ для человека. С этой точки зрения вопросы накопления радионуклидов в пищевых морепродуктах приобретают первостепенный интерес. И, наконец, в-пятых, успехи водной радиоэкологии предопределяют решение таких важных вопросов, как удаление радиоактивных отходов.

 

 

 

 

 

 

1. КРАТКИЙ АНАЛИТИЧЕСКИЙ  ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ПО МЕТОДАМ  АНАЛИЗА, ИСПОЛЬЗУЕМЫМ ДЛЯ КОНТРОЛЯ  РАДИЯ-226 И ТОРИЯ-232, И ОБОСНОВАНИЕ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ВЫБРАННОГО МЕТОДА АНАЛИЗА

 

Проходя через любое вещество, излучения растрачивают энергии  и, в конце концов, поглощаются. Заряженные частицы отдают свою энергию в  актах ионизации – образовании  пар ионов. Для измерения излучения  применяют особые вещества – детекторы, в которых образуются ионы. Заряд  образовавшихся ионов затем создает  электрические сигналы, величина которых  соответствует энергии излучения, а их число - количеству прошедших  через детектор частиц или квантов. Детекторы – это часть приборов, применяющихся для обнаружения  ионизирующих излучений, измерения  их энергии и других свойств. Эти  приборы довольно сложны и нуждаются  в периодической поверке.

 

В зависимости от того, какие  изменения в анализируемом веществе используются для регистрации, различают  несколько методов обнаружения  и измерения радиоактивного излучения:

 

- ионизационные;

 

- сцинтилляционные;

 

- химические;

 

- фотографические.

 

- физические

 

1.1 Химические методы обнаружения  и измерения радиоактивного излучения

 

Поглощение энергии ионизирующих излучений в веществе может вызывать различные химические реакции, приводящие к необратимым изменениям в химическом составе вещества. Измеряя выход химических реакций, т.е. количество вновь образованных конечных продуктов реакций, можно определить поглощенную энергию. На этом принципе основаны химические методы обнаружения и измерения радиоактивного излучения.

 

Достоинство химических детекторов заключается в возможности выбора таких веществ, которые по воздействию  на них ионизирующих излучений мало отличаются от тканей. Следовательно, химические изменения, происходящие в  этих веществах под действием  излучения, могут непосредственно  служить мерой энергии излучения, поглощенной тканью. Химические детекторы  могут быть использованы для измерений  больших доз гамма-излучения/3/.

 

Можно выделить следующие  виды детекторов:

 

Жидкостные детекторы:

 

Ферросульфатный детектор основан на свойстве ионов двухвалентного железа окисляться в кислой среде радикалами ОН* до трехвалентного железа. Ферросульфатный детектор чувствителен к органическим примесям и требует насыщения кислородом. Недостатком считается низкая чувствительность.

 

7

 

 

 

 Нитратный детектор  основан на свойстве ионов  нитрата востанавливаться атомарным водородом до нитрит ионов, которые могут быть обнаружены рядом индикаторов. Имеют широкий диапазон измерения поглащения доз гамма-излучения. Недостатком является невысокая чувствительность.

 

Цериевый детектор нечувствителен к содержанию кислорода. Недостатком является невысокая чувствительность.

 

Детектор на основе хлорзамещенных углеводородов:

 

Детектор на основе хлороформа позволяет определять дозу гамма-излучения начиная с 10 рад. Недостатком является недостаточная термическая устойчивость, зависимость радиационного выхода от температуры и мощность дозы, чувствительность к примесям и дневному свету, плохая стабильность при хранении.

 

Детектор на основе четыреххлористого  углерода. Недостатком является недостаточная  термическая устойчивость, зависимость  радиационного выхода от температуры  и мощность дозы, чувствительность к примесям и дневному свету, плохая стабильность при хранении.

 

 

 

1.2. Физические методы. Масс-спектрометрия  с индуктивно-связанной плазмой

 

Масс-спектрометрия с индуктивно-связанной  плазмой (ICP/MS, ИСП/МС) развилась в один из наиболее успешных методов в атомной спектроскопии благодаря высокой чувствительности и возможности выполнения многоэлементного анализа.

 

Масс-спектрометрия - это  физический метод измерения отношения  массы заряженных частиц материи (ионов) к их заряду. Существенное отличие  масс-спектрометрии от других аналитических  физико-химических методов состоит  в том, что оптические, рентгеновские  и некоторые другие методы детектируют  излучение или поглощение энергии  молекулами или атомами, а масс-спектрометрия  имеет дело с самими частицами  вещества. Масс-спектрометрия измеряет их массы, вернее соотношение массы  к заряду. Для этого используются законы движения заряженных частиц материи  в магнитном или электрическом  поле. Масс-спектр - это просто рассортировка заряженных частиц по их массам (точнее отношениям массы к заряду). Следовательно, первое, что надо сделать для того, чтобы получить масс-спектр, превратить нейтральные молекулы и атомы, составляющие любое органическое или неорганическое вещество, в заряженные частицы - ионы. Этот процесс называется ионизацией.

 

Наиболее распространенный способ ионизации в так называемой индуктивно-связанной плазме. Индуктивно-связанная  плазма (ИСП, ICP) образуется внутри горелки, в которой горит, обычно, аргон. Аргон, вообще говоря, инертный негорючий газ, поэтому, чтобы заставить его гореть, в него закачивают энергию, помещая горелку в индукционную катушку. Когда в плазму аргоновой горелки попадают атомы и молекулы, они моментально превращаются в ионы. Для того чтобы ввести атомы и молекулы интересующего материала в плазму их обычно растворяют в воде и распыляют в плазму в виде мельчайшей взвеси.

 

В индуктивно-связанной плазме ионы генерируются при атмосферном  давлении, в то время как масс-спектрометр  работает при давлении меньше чем 10-5 мБар. Между ИСП и МС используется интерфейс в виде “узкого горла”, с помощью которого вытягиваются ионы из плазмы и осуществляется перепад давлений. В начале развития ИСП/МС в качестве интерфейса просто использовалось вытянутое носиком отверстие диаметром всего 50-70 мкм, охлаждаемое водой. Проблема, связанная с такой конструкцией заключалась в том, что холодные пограничные слои впереди конуса способствовали генерации большого количества посторонних ионов. Эту проблему удалось преодолеть путем увеличения диаметра входного отверстия до 1 мм, что отодвигало пограничные слои и ионы напрямую входили в масс-спектрометр из плазмы. Эта методика известна как непрерывный отбор образца и, следовательно, конус называется конус образца.