放射化学第一讲引言ppt课件

放射化学 Radiochemistry 1 一些基本要求 课堂上请不要吃东西 如果没有吃饱饭 可以吃完后再进教室 有问题可以示意老师 也可以下课后给老师提出 上课时不要接打手机 一个作业本 一个计算器 2 关于尊师重教 凡学之道 严师为难 师严然后道尊 然后民知重学 大学之礼 虽诏于天子 无北面 所以尊师也 学记 2006年9月7日 中共中央政治局常委 国务院总理温家宝在中共中央政治局委员 北京市委书记刘淇 国务委员陈至立 教育部部长周济 北京市市长王岐山等陪同下 到北京市西城区黄城根小学 亲切看望师生 并和五年级学生一起上课 3 放射化学 Radiochemistry 开课院 化学学院主讲教师 刘春立选修对象 化学专业本科生及部分研究生周二 3 4 二教420 4 本课程的基本内容 前言 核性质 6学时 核衰变的统计性质 2学时 核衰变规律 4学时 核辐射探测装置 4学时 核反应及其能量 4学时 辐射防护原则及方法 4学时 核分析技术 4学时 期中考试 2学时 讨论课 2学时 5 放射化学进度表 参考书目 王祥云刘元方 核化学与放射化学 北京大学出版社 2007 主要参考书 郑成法毛家骏秦启宗 核化学与核技术应用 原子能出版社 1990 主要参考书 蒋明 原子核物理导论 原子能出版社1983 刘元方江林根编著 放射化学 科学出版社1988 德 C 克赖尔著朱永贝睿等译 放射化学基础 原子能出版社1993 任时仁著 生物学中的放射性核技术 北大出版社1997 7 课程考核方法 作业10 期中考试20 论文 我看美国的放射化学 课堂报告 人一组 论文10 期末考试60 8 放射化学Radiochemistry 主要研究放射性核素和核转变产物的化学性质和行为 研究它们的制备 分离 纯化及鉴定方法 研究放射性标记化合物的合成和性质 研究放射性核素及其标记化合物在化学 生物 医学和其他科学技术领域以及在工农业生产中的应用 选自 叶明吕主编张庆喜主审 放射化学实验 第二版 原子能出版社 1991 9 Radiochemistry Thebranchofchemistrydealingwithradioactivephenomena FromWebster sNewWorldDictionary ThirdCollegeEdition p1108 放射化学是化学的一个分支 是研究有关放射性现象的一门科学 10 放射化学方法的创立 11 放射化学研究方法的创立 1898年春天M Curie发现沥青铀矿的放射性比纯铀的放射性约大四倍 因而推测在沥青铀矿中还有一种放射性更强的放射性元素 将沥青铀矿磨碎并溶解于盐酸 进行硫化物沉淀等多步化学分离 在整个分离过程中 始终用跟踪放射性的办法 来确定大量其它元素中微量放射性元素的去向 并巧妙地根据放射性的行踪来判断该元素的某些化学性质 这种创造性的方法 是一种崭新的放射化学研究方法 12 DiscoveryofRadium 13 DiscoveryofRadium 14 DiscoveryofRadium 15 DiscoveryofRadium 16 DiscoveryofRadium 17 作业 绘出并简要分析以上分离流程 用中文表示 18 DiscoveryofRadium PierreandMarieCurieintheirlaboratory whereradiumwasdiscovered 19 DiscoveryofRadium Aviewoftheextractionofradiumintheoldshedwherethefirstradiumwasobtained 20 DiscoveryofRadium Aviewoftheextractionofradiumintheoldshedwherethefirstradiumwasobtained 21 早期的化学实验器具 22 早期的化学实验器具 23 放射化学的发展 1898年M Curie用化学方法发现放射性元素钋 1910年 英国的Cameron提出将放射化学作为一个独立的分支 已有100多年的发展历程 放射化学的基本理论已经发展成熟 有过辉煌的历史 我国上世纪50 60年代 近30多年的发展情况看 这一学科实际上已经走过独立发展的阶段 明显地走向与各学科的横向结合 成为各学科广泛应用的技术手段 目前放射化学在放射性废物的处理和处置领域正在发挥越来越大的作用 24 放射化学发展史和成就 1895 1900诞生阶段放射性的发现 1896 创建放化分析方法 1898 发现 射线 1900 1900 1930成长阶段发现 放射性 1903 认识到放射性核素的衰变规律 1905 建立了放射性同位素的分离方法 1913 25 放射化学发展史和成就 1930 1950全盛时期发现中子 1932 人工放射性元素的合成 活化分析方法的建立 1934 铀的裂变 1939 反应堆 1942 第一颗原子弹爆炸 1945 1945 8 6 9日本广岛 长崎 26 放射化学发展史和成就 1950 1970全面应用时期军事 军备竞赛 第一颗氢弹 1952 核燃料循环 1951 Purex流程 TBP 第一座核电站 1954 1970 民用238Pu作为人造卫星的能源供给核素放射免疫分析的建立 1960 合成新元素 1981 27 放射化学的特点 28 放射化学的特点 放射性 在涉及放化操作的整个过程中 放射性核素一直按固有的速率衰变 并释放出带电粒子或射线 这是放射化学最重要的特点 不稳定性 由于放射性物质总是在不停地衰变 由一种物质转变为另一种或多种物质 使研究体系的组成不断发生变化 这就要求相应的快化学研究方法 微量性 放射性物质的量通常都比较小 ug ng级 低于一般的化学方法的检出限 操作中要注意丢失现象 29 放射化学的主要内容 30 放射化学的主要内容 放射性元素化学核化学核药物化学放射分析化学同位素生产及标记化合物环境放射化学 31 放射化学的现状 32 放射化学的现状 20世纪40 60年代 核武器和核电发展的需要 放射化学处于辉煌阶段 以生产和处理核燃料为中心 60年代后 放射性同位素和核技术的广泛应用 特别是与生命科学 环境科学 地球科学 水文地质科学的结合 使这一学科具有更广阔的发展空间 目前 随着我国积极发展核电政策的实施 放射化学在乏燃料后处理和放射性废物处理和处置方面将发挥越来越重要的作用 33 放射化学在北大 1898年 在中国创立第一所国立综合性大学 京师大学堂 的同时 放射化学也不声不响地成为自然科学的一个新生儿 1955年北大设立物理研究室 在此基础上 成立了北京大学原子能系 1960年起改称技术物理系 1956年北大开始建设我国第一个放射化学专业 1958年开始在全国正式招收放射化学专业本科生 1981年 放射化学专业成为国家批准建立的首批博士点之一 34 放射化学在北大 在我国放射化学学科的创立和发展过程中 徐光宪院士 刘元方院士 黎乐民院士 唐孝炎院士 吴季兰教授 孙亦梁教授等一大批杰出的化学家在这里建功立业 几十年来 大批的放射化学和应用化学人才走向社会 为我国的核科学事业和经济建设做出了卓越的贡献 五十年中 北大放射化学 应用化学专业共培养本科生2276名 硕士生202名 博士生63名 博士后22名目前正在筹建国防科工委 放射化学与辐射化学 重点学科实验室 35 放射性 Radioactivity 放射性的发现DiscoveryofRadioactivity自然界中的放射性现象RadioactivityinNature 36 放射性的发现DiscoveryofRadioactivity W RoentgenAntoineHenriBecquerelPierreCurieMarieCurie neeSklodowska 37 W Roentgen sdiscoveryofx rays 1895年末德国物理学家W Roentgen用Crookes管研究高压放电现象时注意到 当阴极电子束流轰击玻璃管壁时 观察到了荧光以及X射线 W Roentgen sdiscoveryofx rays In1895 W Roentgen sdiscoveryofx raysinthislaboratoryrevolutionizedscienceandmedicine 39 H Becquerel 1895年 法国科学家Becquerel将几十种矿物样本在阳光下曝晒后用黑纸包上 发现只有一种铀矿物 硫酸铀酰钾复盐 K2UO2 SO4 2 2H2O 能使底片感光 认为是X射线所为 1896年2月 他无意中将一块未经太阳曝晒的铀矿物放在照相底版上 也发现了底片感光现象 发现其它的铀化合物也能发出这种射线 到1896年5月Becquerel又证明了纯金属铀的放射性大于铀化合物的放射性 40 M Curie 发现除了铀和铀的化合物外 钍和钍的化合物也有类似的放射现象 铀和钍发出射线与其化合物的组成无关 放射现象是一种特有的原子现象 她在发现了钋和镭元素后才将这一现象称为放射性 radioactivity 41 钋 Polonium 和镭 Radium 的发现 1898年6月 Curie夫妇得到了很少量的放射性比铀强150倍的黑色粉末 再经过一番提炼又得到了放射性比铀强400倍的新放射性元素钋 同年年底 Curie夫妇在G Bemont的协助下 在铅的沉淀中又发现了放射性更强的另一种元素镭 1902年提炼出了120mg在光谱中见不到钡的纯氯化镭 42 TheNobelPrizeinPhysics1903 MarieCurie n eSklodowska1 4oftheprizeb 1867 inWarsaw Poland d 1934 AntoineHenriBecquerel1 2oftheprizeb 1852d 1908 Hisdiscoveryofspontaneousradioactivity PierreCurie1 4oftheprizeb 1859d 1906 Theirjointresearchesontheradiationphenomena PierreCurie1 4oftheprizeb 1859d 1906 PierreCurie1 4oftheprizeb 1859d 1906 43 TheNobelPrizeinChemistry1911 Herservicestotheadvancementofchemistrybythediscoveryoftheelementsradiumandpolonium bytheisolationofradiumandthestudyofthenatureandcompoundsofthisremarkableelement MarieCurie n eSklodowska 44 RadioactiveSubstancesinNature RadioactivesubstancesarewidelydistributedintheearthAtmosphereLithosphere thesolid rockypartoftheearth earth scrust 45 对待放射性的两种不可取态度 惧怕大无畏 46 辐射防护的重要性 在进行放化操作之前 必须了解所用放射性核素的核性质 毒性以及应采取的防护措施 实际工作中必须严格遵守放射性安全防护规定 在操作强放射性实验前 应先做冷实验 每一步操作必须谨慎小心 尽可能减少容器或设备的放射性沾污 放射性废物不可随意丢弃 必须妥善存放或回收处理 47 Radiochemistry Theendofthissession 48 放射性元素化学ChemistryofRadioelements 天然放射性元素化学研究天然放射性元素 U Th Ra Po 的化学性质 以及有关它们的提炼精制的化学工艺 重点是铀和钍 人工放射性元素化学主要研究人工放射性元素的化学性质和核性质 以及它们的分离 纯化和精制的化学过程 重点是钚等超铀元素和主要的裂片元素 诸如239Pu 核燃料 99mTc 核医学中广泛应用 49 核化学NuclearChemistry 用各种能量的轻 重粒子引发核反应 实现原子核的转变 分离鉴定核反应的产物 并由此探讨其反应机理 例如 点石成金 新元素的合成244Pu 48Ca 289114 3n 50 核药物化学NuclearPharmaceuticalChemistry 合成用于诊断各种疾病的新药物 诸如心肌显像药物 脑显像药物 为核医学对各种脏器多种疾病的诊断和治疗 以及为研究人体的体内动态生理活动提供药物 51 放射分析化学RadioanalyticalChemistry 研究放射性物质的分离分析方法以及核技术在分析中的应用 突出成功的分析方法是中子活化分析 带电粒子激发X荧光分析及其微区扫描 同位素稀释法 加速器质谱分析等 52 同位素生产及标记化合物IsotopeProductionandLabeledCompounds 用反应堆或加速器生产各种比活度和不加载体的 或无载体的 放射性核素和放射源 制备广泛应用于各个领域的放射性标记化合物 53 环境放射化学EnvironmentalRadiochemistry 针对环境中的放射性污染 重点研究与放射性废物的处理和处置有关的各种化学问题 利用示踪技术研究污染物质在环境中的迁移和转化问题 当前在锕系元素和裂变产物的核素迁移方面进行着大量的工作 54 研究方向 放射性核素在地质介质中的迁移扩散规律研究纳米材料在环境中的行为研究锕系和裂片核素在地圈中的化学与迁移行为国际系列大会国际学术委员会委员国家原子能机构国际合作顾问专家组成员核化学与放射化学学会常务理事 副理事长北京核学会常务理事 副理事长 核化学与放射化学 杂志编委国防科工委科学技术一等奖一项 三等奖一项 55 在研项目 国家自然科学基金面上项目 温度和电位对弱吸附性放射性物种在深部花岗岩中迁移扩散的影响研究 弱吸附性放射性核素在高庙子膨润土中迁移扩散机理研究 国家自然科学基金重大项目 部分参与 核技术在分子水平上研究低毒污染物的毒理 教育部博士点基金项目 弱吸附性放射性核素在花岗岩 膨润土中的迁移扩散机理研究 国防科工委高放废物地质处置专项研究 处置库围岩和缓冲回填材料与关键核素的作用机制研究 国防基础研究项目 核素迁移研究 中国工程院咨询项目 高放废物地质处置战略研究 处置化学 56 Articlespublished LiuChunli LiShushen WangZhiming GuoZede ZhaoYingjie LiZhentangandJiangLing TheMigrationofRadionuclides85Sr 134 137Csand60CoinUnsaturatedChineseLoess Radiochim Acta76 91 95 1997 ChunliLiu ShushenLi QingdangQiao JingshuWang ZiqiangPan ManagementofSpontaneousCombustioninCoalMineWasteTipsinChina Water Air andSoilPollution103 441 444 1998 ChunliLiu ShanggengLuo YongxingZhang ZhimingWang ShushenLi YingjieZhao ShiweiNiandLingJiang MigrationofRadionuclides85Sr 137Csand60CoinUnsaturatedChineseLoess ALaboratorySimulationExperiment Radiochim Acta84 101 105 1999 ChunliLiu ZhimingWang YongxingZhang ShanggengLuo ShushenLi ZedeGuoandLingJiang MigrationofRadionuclides85Sr 134Csand60CoinUnsaturatedChineseLoess AnIn situTestProgram Radiochim Acta85 131 135 1999 LiuChunli YangYuee WangZhiming LiShushen LiBing JiangLing JiangHong WangLing LiDanandDuZhongde InfluenceofHumicSubstancesontheMigrationof237Np 238Puand241AminaWeakLoessAquifer Radiochim Acta89 2001 C L Liu X Y Wang S S Li Z M Wang H C Gao B Li R Y Wen H F Wang L T Tang C T XinandL Jiang Diffusionof99Tcingranite Asmallscalelaboratorysimulationexperiment Radiochim Acta89 639 642 2001 C L Liu S S Li X Y Wang Z M Wang C T Xin H F Wang R J Li B Li L T TangandL Jiang Migrationof99TcinunsaturatedChineseloessunderartificialrainfallcondition anin situtest Radiochim Acta89 643 645 2001 C L Liu Z M Wang S S Li Y E Yang H Jiang B Li L Jiang L Wang D Li Z D DuandZ M Guo TheMigrationofRadionuclides237Np 238Puand241AminaWeakLoessAquifer AFieldColumnExperiment Radiochim Acta89 2001 LiuChunli WangXiangyun LiShushen WangZhiming WangJinsheng LiBing JiangLing Migrationof85SrinUnsaturatedChineseLoess AnIn situtest JRadioanal Nucl Chem 247 429 434 2001 C L Liu X Y Wang Z M Wang S S Li C T Xin H F Wang B Li L Jiang Migrationof99Tcinaweakloessaquifer Afieldcolumnexperiment JRadioanal Nucl Chem 250 No 3 587 591 2001 QianT W TangH X ChenJ J WangJ S LiuC L WuG B SimulationofthemigrationofSr 85inChineseLoessunderartificialrainfallcondition Radiochim Acta89 6 403 406 2001 JianzhunJiang ChunliLiu WeijinZhou HongchengGao Theextractionoflow concentrationsofgold I with198Auasaradiotracer JRadioanal Nucl Chem 254 1 405 408 2002 C L Liu S S Li Z M Wang Y E Yang B Li H Jiang L Jiang L Wang L G Yao Z M Guo D Li Z D Du Fieldstudyofthemigrationof90Srinaweakloessaquifer Radiochim Acta91 357 360 2003 C L Liu S S Li X Y Wang Z M Wang H F Wang R J Li C T Xin B Li L Jiang C Z Jia MigrationofTc 99inunsaturatedChineseloessundernaturalrainfallconditions Anin situtest JRadioanal Nucl Chem 258 2 411 413 2003 T Tanaka M Mukai T Maeda J Matsumoto H Ogawa Z T Li X D Wang Z W Fan L T Guo C L Liu C L Liu S S Li Z M Wang Y E Yang B Li L Jiang FieldstudyofthemigrationofSr NdandCeinaweakloessaquifer JRadioanal Nucl Chem 260 3 519 522 2004 C L Liu Z M Wang S S Li Y E Yang B Li H Jiang L Jiang L Wang D Li FieldstudyofthemigrationofNp 237 Pu 238andAm 241inaweakloessaquifer JRadioanal Nucl Chem 260 1 193 197 2004 S S Li C L Liu Y J Zhao Q H Wu Z M Wang S W Ji FieldstudyofthemigrationofSr 90 Np 237 Pu 238andAm 241inunsaturatedChineseloessunderartificialrainfallcondition Radiochim Acta92 2 89 94 2004 57 主要参考书 58 主要出版物 RadiochimicaActa FRG 刘元方院士JournalofRadioanalytical NuclearChemistry Hungary 核化学与放射化学 中国核学会核化学与放射化学学会 王祥云教授 59 Radiochemistry TheIntegrationofPhysicsandChemistry 1789 KlaprothUraniumdiscovered1841 PeligotUraniumisolated1895 RoentgenX rays1896 BecquerelRadioactivity1898 TheCuriesRadiumandPolonium1899 RutherfordAlpha betaparticles1904 Rutherford SoddyTheoryofradioactivity1911 RutherfordModeloftheatom1913 BohrModeloftheatomSoddyIsotopesofelements 60 Radiochemistry TheIntegrationofPhysicsandChemistry 1918 AstonIdentifiesisotopesofneon1919 Rutherford ChadwickArtificialelementaltransmutation1932 ChadwickNeutronUreyIsolatesdeuteriumanisotopeofhydrogen1934 Joliot CuriesArtificialradioactivityFermi Transuranium elementsNoddackSuggestspossibilityoffission1935 FermiNeutronmoderationDempsterDiscoveryofU 2351936 BohrLiquiddropmodelofnucleus1938 Hahn StraussmanChemicalverificationoffission1939 Meitner FrischExplanationofHahn sresults1941 SeaborgPlutonium 61 UraniumPelletsTwouraniumpelletsproduceenoughpowertosuppleamedium sizefour peoplehouseholdforamonth Cylindershaped 1centimeterinlengthanddiameter Uranium 62 Nuclearplantsinworld 63 NuclearReactors 64 Uraniumfission 65 关于原子弹爆炸的情况 1949 9 22原苏联第一颗原子弹1952 1 3英国第一颗原子弹1960 2 13法国第一颗原子弹 钚 1964 10 16中国第一颗原子弹 2万吨TNT 1952 10 31美国第一颗氢弹1953 8原苏联第一颗氢弹1966 5 9中国第一颗氢弹 66