02.00.14 – радиохимия

Специальность
Приказ Высшей аттестационной комиссии Республики Беларусь от 23 августа 2007 г. № 138
 

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ПРОГРАММЫ-МИНИМУМА

Данная программа представляет собой описание содержательного минимума, необходимого для сдачи кандидатского экзамена по специальности 02.00.14 - радиохимия (технические науки).

Программа ориентирует аспирантов, обучающихся по данной специальности, а также соискателей на приобретение систематических знаний в области  радиохимии, включая изучение:

  • Физических основ радиохимии.

  • Процессов изотопного обмена.

  • Процессов распределения радиоактивных элементов между различными фазами.

  • Химии радиоактивных элементов.

  • Химических процессов, инициированных ядерными превращениями.

Содержание и логическая последовательность теоретического материала в программе минимум преследует цели формирования у аспирантов и соискателей широкого кругозора в избранной области научных знаний, овладение базисной информацией по теме квалификационной работы, формирование у них навыков аналитического мышления, умения интерпретировать результаты проведенных исследований и делать по результатам анализа научно обоснованные выводы, определять области возможного приложения фундаментальных знаний, пути дальнейшего совершенствования технологий и технических устройств на базе новых знаний в области радиохимии.

Программа минимум содержит список литературных источников, по тематике, объему и содержанию научной и учебной информации, полностью охватывающей все указанные разделы.

ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ЗНАНИЙ АСПИРАНТА (СОИСКАТЕЛЯ)

Аспирант (соискатель) должен:

а) знать:

  • основы общей радиохимии;

  • физические основы радиохимии;

  • основные положения теории химии радиоактивных элементов;

  • методы получения и обработки научной информации;

  • основные виды радиационно-химических превращений.

б) уметь характеризовать:

  • сущность рассматриваемых физических и химических процессов;

  • основные методы теоретической и прикладной радиохимии.

в) уметь анализировать, интерпретировать и иллюстрировать:

  • результаты научных исследований;

  • области возможного приложения фундаментальных знаний

в) приобрести умения и навыки:

  • аналитического мышления,

  • моделирования реальных физических объектов;

  • совершенствования технологий и технических устройств.

СОДЕРЖАНИЕ ПРОГРАММЫ

ВВЕДЕНИЕ

Предмет радиохимии. Определение радиохимии. Основные этапы развития радиохимии.

1.Физические основы радиохимии

Законы радиоактивного распада. Радиоактивность (α, β, γ - излучение). Взаимодействие излучения с веществом. Основы дозиметрии. Методы обнаружения и измерения интенсивности радиоактивных излучений. Основные методы ядерной спектроскопии.

Получение быстрых заряженных частиц. Источники нейтронов. Общие закономерности ядерных реакций. Энергетические эффекты, эффективное сечение. Основные типы ядерных реакций. Волновые свойства нейтронов. Понятие о термоядерных реакциях. Реакция получения трансурановых элементов с помощью нейтронов(реактор, водородная бомба) и ускоренных ионов.

Пост-эффекты ядерных реакций и ядерных превращений. Эффект Мессбауэра. Применение его в химических исследованиях. Аннигиляция  позитрона и электрона.

2.Общая радиохимия

Свойства и поведение изотопов средних и тяжелых элементов.

Динамический характер изотопного состава объектов радиохимии. Ядерно-физические и физико-химические аспекты поведения изотопных атомов.

Процессы изотопного обмена

Явления изотопного обмена и его определение. Классификация реакций изотопного обмена.

Важнейшие термодинамические, термохимические и кинетические особенности этих реакций. Основной закон кинетики изотопного обмена и его особенности. Важнейшие кинетические характеристики реакций изотопного обмена. Основные методы экспериментального изучения реакций изотопного обмена.

Значение процессов изотопного обмена для теоретической и прикладной радиохимии и смежных с ней областей знаний.

Процессы распределения радиоактивных элементов между различными фазами

Распределение между жидкой и твердой фазами. Сорбция, хемосорбция и хроматография в радиохимии.

Процессы соосаждения. Их классификация.

1) Соосаждение с изотопными носителями. Принцип действия изотопных носителей. Оптимальные условия их применения. Основные соотношения и их связь с константами равновесия реакций изотопного обмена. Особенности процессов соосаждения с изотопными носителями (постоянство отношения чисел атомов радиоактивного изотопа и носителя в ходе исследования, отсутствие границ смешиваемости, независимость от состава жидкой и условий образования твердой фаз, избирательность в отношении определенного элемента). Область применений (установление принадлежности радиоактивного изотопа элементу с определенным z, определение выходов продуктов ядерных реакций и различных форм элементов и т.д.). Роль метода изотопных носителей в открытии фундаментальных явлений (изотопия, ядерная изомерия, искусственная радиоактивность, процессы деления ядер).

2) Соосаждение со специфическими носителями. Принцип действия. Наличие термодинамического равновесия как необходимое условие применения специфических носителей. Вывод основных соотношений, закон Хлопина. Термодинамическая теория Ратнера. Особенности процессов соосаждения со специфическими носителями (отсутствие нижней границы смешиваемости, избирательность процессов в отношении данного элемента, зависимость от условий образования кристаллической фазы и состава жидкой фазы, возможность обогащения радиоактивного элемента и отделение его от носителя). Область применения (избирательное выделение радиоактивных элементов из крайне разбавленных растворов, получение чистых препаратов радиоактивных элементов). Значение процессов соосаждения со специфическими носителями(открытие новых радиоактивных элементов и фундаментальных явлений).

3) Соосаждение с неспецифическими носителями. Принцип действия, условия применения. Классификация адсорбционных явлений, Уравнение первичной потенциалопределяющей и вторичной обменной адсорбции. Зависимость вторичной адсорбции от знака адсорбируемого иона, концентрация собственных и  конкурирующих ионов. Особенности процессов соосаждения с неспецифическими носителями (отсутствие нижней границы, неизберательность в отношении данного элемента, влияние состава жидкой и условий образования твердой фаз). Область применений (технологические схемы выделения плутония, очистка сбросных вод ядерных производств, выделение радиоактивных изотопов без носителя т.д.).

Распределение между двумя жидкими фазами (процессы экстракции)

Распределение радиоактивных элементов между двумя несмешивающимися растворителями. Механизмы экстракции. Основные соотношения. Термодинамика и кинетика процессов экстракции. Важнейшие экстракционные системы. Значение экстракционных процессов в технологии ядерных производств и получении чистых препаратов важнейших трансурановых элементов.

Процессы радиоколлоидообразования

Состояние радиоактивных элементов в крайне разбавленных растворах. Истинные и псевдоколлоиды, условия их образования. Особенности поведения радиоактивных элементов в состоянии псевдоколлоидов. Методы исследования. Значение и область применения.

3.Химия радиоактивных элементов

Возможность изучения химии радиоактивного элемента по поведению любого из его изотопов, как следствие идентичности физико-химических свойств изотопов. Сохранение индивидуальных свойств элементов при предельно малых концентрациях. Особенности поведения радиоактивных элементов, связанные с малыми концентрациями (невозможность образования самостоятельных твердых фаз и протекания реакций с участием нескольких частиц, содержащих радиоактивный элемент, сдвиги потенциалов выделения и т.д.). Электронная структура тяжелых элементов и возможность дальнейшего расширения периодической системы. Естественные и искусственные радиоактивные элементы: калий, углерод, торий, полоний, радий, актиний, уран, нептуний, плутоний и трансурановые элементы; история открытия, положение в периодической системе, электронная структура, основные изотопы, методы выделения из природных объектов или получения с помощью ядерных реакций, методы идентификации, физические и химические свойства. Степени окисления и их устойчивость, важнейшие химические формы, их получение и анализ, практическое использование.

4.Химические процессы, инициированные ядерными превращениями

Основные виды радиационно-химических превращений. Действие ионизирующих излучений на воду т водные растворы. Действие ионизирующих излучений на органические вещества.

Химические следствия радиоактивного распада

1) Химические изменения при изомерном переходе

Явление ядерной изомерии. Причины явления. Различные виды превращений изомерных состояний. Внутренняя конверсия и последующие процессы, развивающиеся в электронных оболочках при изомерных переходах. Механизм химических изменений при изомерных переходах атомов в составе молекулярных систем. Разделение ядерных изомеров.

2) Химические изменения

3) Химические изменения при процессах β-распада

Процессы, происходящие при β-превращениях атомов (изменение  зарядового состояния, радиоактивная отдача, ионизация и возбуждение электронных оболочек вследствие внезапного изменения заряда ядра). Вторичные процессы в электронных оболочках

Процессы β-распада атомов в составе молекулярных систем как основа метода синтеза новых химических форм радиоактивных элементов и меченых соединений. Особенности последствий процессов β-распада трития в составе молекулярных систем и их использование для получения промежуточных реакционноспособных частиц.  

Литература.

  1. В.М. Вдовенко. Современная радиохимия. М., Автомиздат. 1969.

  2. И.Е. Старик. Основы радиохимии. Л. Наука. 1969.

  3. Ю.П. Давыдов. Состояние радионуклидов в растворах. Мн., Наука и техника. 1978.

  4. Ан.Н. Несмеянов. Радиохимия. М., Химия. 1978.

  5. Герфорт Л., Кох Х., Хюбнер К. Практикум по радиоактивности и радиохимии. М.: Мир (1984).

  6. Ампелогова Н.И. и др. "Дезактивация в ядерной энергетике", М., Энергоиздат, 1982 г.

  7. Зимон А.Д., Пикалов В.К. "Дезактивация" М., Энергоиздат, 1994 г.

  8. Никифоров А.С., Куличенко В.В., Жихарев М.И. Обезвреживание жидких радиоактивных отходов. М.: Энергоатомиздат (1985).

  9. Кузнецов Ю.В., Щебетковский В.Н., Трусов А.Г. Основы очистки воды от радиоактивных загрязнений. М.: Атомиздат (1974).

  10. Соболев И.А., Хомчик Л.М. Обезвреживание радиоактивных отходов на централизованных пунктах. М.: Энергоатомиздат (1983).