МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОСИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное АВТОНОМНОЕ образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

Кафедра № 37

отчет по учебно-исследовательской работе

по ТЕМе:

“РАЗРАБОТКА ON-LINE ТЕХНОЛОГИЙ ДЕТЕКТИРОВАНИЯ ИЗОТОПОВ С-12, C-14, I-127 В СОЕДИНЕНИЯХ HI, СО₂ и I₂

В процессах переработки облученного ядерного топлива"

Выполнила студент гр. T8-37 ___________________Мамедова Г.Ш.

Руководитель работы _________ д.ф.-м.н., доцент Киреев С.В.

Москва 2013

Оглавление

Введение 1

ЧАСТЬ I.ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ CО2, HI и I2 3

1. 1. Литературный обзор HI 6

1. 2. Литературный обзор CO2 8

1. 3. Литературный обзор I-127 11

ЧАСТЬ II. РАССЧИТАННЫЕ СПЕКТРЫ HI и CO2 13

2.1. Рассчитанный спектр HI 13

2.2. Рассчитанный спектр CO2. 16

ЧАСТЬ II. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ФЛУОРЕСЦЕНЦИИ ИЗОТОПОВ ЙОДА-127. 21

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 25

Список литературы 27

Введение

В настоящее время одной из наиболее актуальных проблем мировой атомной энергетики является обеспечение эффективного и экологически безопасного функционирования предприятий ядерно-топливного цикла (ЯТЦ). Особую остроту данная проблема приобретает в России в связи с принятием решений Правительства РФ об интенсивном развитии ядерной энергетики в нашей стране. Среди веществ, образующихся в результате деятельности предприятий ЯТЦ, в первую очередь стоит выделить глобальные радионуклиды, к которым относятся углерод-14, углерод-12, йод-127. В технологических процессах переработки ОЯТ необходимо обеспечивать непрерывный контроль концентрации данных веществ.Это важно, как с точки зрения экологической безопасности, так и для контроля над ходом химических реакций, протекающих при переработке ОЯТ.

В 2013 году между НИЯУ МИФИ и ОАО "Государственный научный центр - Научно-исследовательский институт атомных реакторов» (ОАО «Росатом») должен быть подписан договор на выполнение научно-исследовательской и опытно-конструкторской работы «Разработка дистанционных on-line технологий детектирования газообразных радионуклидов в процессах переработки ОЯТ». Техническое задание этого договора предусматривает разработку метода оптической спектроскопии для анализа отходящих из головных аппаратов газов с целью контроля работы системы локальной газоочистки и технологических процессов в головных аппаратах переработки плотного ОЯТ.

Вышесказанное определяет цель настоящей работы:

1. Литературный обзор, выявляющий наиболее удобный и перспективный метод он-лайн детектирования изотопов C-12, C-14, I-127 в соединениях CО₂, HIи I₂

2. Проведение лабораторных экспериментальных и расчетных исследований, посвященных разработке метода высокочувствительного детектирования йода-127 в молекулах I₂

Часть I.Литературный обзор. Методы определения cо2, hi и i2

Среди методов детектирования веществ в газовой фазе можно выделить нейтронно-активационные, химические и масс-спектрометрические.

Нейтронно-активационный метод качественного и количественного элементного анализа вещества, основанный на активации ядер атомов и исследовании образовавшихся радиоактивных изотопов (радионуклидов). Вещество облучают ядерными частицами или γ-квантами. Затем определяют вид, т.е. пордковый номер и массовое число, образовавшихся радионуклидов по их периодам полураспада и энергиям излучения, которые табулированы. Поскольку ядерные реакции, приводящие к образованию тех или иных радионуклидов, обычно известны, можно установить, какие атомы были исходными[1].

Химический метод. Сущность данного метода состоит в том, что молекулы некоторых веществ в результате воздействия ионизирующих излучений распадаются, образуя новые химические соединения. Количество вновь образованных химических веществ можно определить различными способами. Наиболее удобным для этого является способ, основанный на изменении плотности окраски реактива, с которым вновь образованное химическое соединение вступает в реакцию.. 

Масс-спектрометрический метод исследования вещества, основанный на определении отношения массы к заряду и количества заряженных частиц, образующихся при ионизации представляющих интерес компонентов пробы.

Важное 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[2].. 

Главным недостатком вышесказанных методов является невозможность проводить измерения в реальном масштабе времени, что зачастую ограничивает возможности практического использования рассмотренных методов в задачах мониторинга промышленных выбросов радиохимических предприятий.

Среди методов, обеспечивающих контроль изотопов, в реальном масштабе времени следует выделить резонансно-дифференциальный метод, ИК-спектроскопию и флуоресцентную спектроскопию. Однако,несмотря на возможность обеспечения высокой чувствительности,резонансно-дифференциальный метод сопряжен со сложностями и, как следствие, со значительной стоимостью приборного оборудования, что является его главным недостатком. Поэтому рассмотрим оставшиеся два метода подробней.

Флуоресцентная спектроскопия–в основе этого метода лежит явление люминесценции – излучения, которое представляет собой избыток над тепловым излучением тела и продолжается в течение времени значительно превышающего период световых колебаний. К особенностям метода стоит отнести необходимость совпадения частоты перехода между энергетическими уровнями молекулы с частотой возбуждающего излучения.

В отличие от других химических элементов, йод обладает спектром флуоресценции в диапазоне видимого света с достаточно часто располагающимися пиками, что позволяет возбуждать флуоресценцию данного вещества многими промышленными лазерами, работающим в диапазоне от зеленой до красной области спектра [3].

Инфракрасная спектроскопия (ИКС) - метод анализа основан на записи инфракрасных спектров поглощения вещества, т.е. в диапазоне длин волн 10^-6-10^-3 м. Поглощение веществом в области инфракрасного излучения происходят за счёт колебаний атомов в молекулах. Переходы между различными колебательными состояниями в молекулах квантованы, благодаря чему поглощение в ИК-области имеет форму спектра, где каждому колебанию соответствует своя длина волны. Длина волны для каждого колебания зависит от того какие атомы в нём участвуют, и кроме того она мало зависит от их окружения. То есть для каждой функциональной группы характерны колебания определённой длины волны (соответственно и полос в ИК-спектре). Именно на этих свойствах ИК-спектров основана идентификация соединений по спектральным данным. По числу и положению пиков в ИК спектрах поглощения можно судить о природе вещества (качественный анализ), а по интенсивности полос поглощения — о количестве вещества (количественный анализ).Т.к. молекулаHIимеет дипольный момент, то и валентные колебания этой молекулы активны в ИК- области, а у углекислого газа – дважды вырожденное деформационное колебание ν₂ и антисимметричное валентное колебание ν₃.