放射化学
放射化学实验
放射化学实验放射化学实验是指利用放射性物质的辐射作用，研究化学反应过程和化学原理的实验。
其实验原理和方法，与一般化学实验有相似之处，但需严格控制辐射剂量，确保安全和环境保护。
放射化学实验主要分为以下几类：1. 放射化学基础实验此类实验主要学习放射化学基础理论和方法，涉及放射性核素的物理性质、化学性质，放射性核素的裂变与衰变过程以及核反应等。
在实验中，可以利用各种核反应机理研究放射性元素间的相互作用、探究放射性同位素在化学反应中的影响，如探测元素的化学周期性变化规律等，这些对于核能源、生物医学和环境监测等领域具有重要的理论与应用前景。
2. 放射化学分离实验放射化学分离实验是利用放射性同位素的特有性质，研究分离同位素的实验。
其实验方法主要包括物理方法和化学方法。
物理方法包括离心分离、电离子层析、溅射分离、气相扩散等。
化学方法则包括金属盐络合剂法、氧化还原法、离子交换法等。
这些方法在核材料科学领域和同位素制备、放射性物质分析、放射性医药制品制备等方面具有广泛的应用。
3. 放射化学电化学实验放射化学电化学实验是利用电化学反应原理，研究放射性元素在电场或电解质中的行为规律。
常见的实验方法包括电化学电位测定、电化学交换过程研究、电沉积制备同位素材料分析等。
这些实验方法在针对放射性元素环境安全、核材料储存和处理的技术方案、和化学反应机理等方面有重要的应用价值。
4. 放射性测量实验放射性测量实验是指采用放射计数技术，对放射性物质进行测量的实验。
主要包括α、β、γ射线计数测量、质谱分析法、放射光谱法、核荧光法等。
在放射性元素的鉴定、分析、跟踪、浓度监测、放射性仪器校准等方面都有广泛的应用。
需要注意的是，放射化学实验，其涉及到辐射安全和环境保护问题，在进行实验前需要做好辐射安全保护预措施；实验后要注意辐射废物的处理问题，避免污染环境。
在现代放射化学研究中，常采用先进的装置和方法，如特殊分离设备、同位素分子束装置、离子注入器、质子同步辐射系统等，以保障实验的安全性及实验效果。
放射化学1
Marie Curie, né e Sklodowska
Her services to the advancement of chemistry by the discovery of the elements radium and polonium, by the isolation of radium and the study of the nature and compounds of this remarkable element
5、放射化学的发展简史
18951900 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） 认识到放射性衰变规律（1905） 建立了同位素分离方法（1913）
5、放射化学的发展简史
放射化学研究方法的创立
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)22H2O], 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。
The Nobel Prize in Physics 1903
Antoine Henri Becquerel 1/2 of the prize b.1852 d.1908
His discovery of spontaneous radioactivity
Pierre Curie Pierre Curie Pierre Curie 1/4 of prize the prize 1/4 of the 1/4 of the prize b.1859 b.1859 b.1859 d.1906 d.1906 d.1906
放射化学基础
放射化学基础放射化学是一门研究原子核发射的能量与其产生的影响的科学，它研究的范围很广，从单个原子核的发射能量到大规模的核反应，再到由此产生的化学物质的耦合。
放射化学的研究对象包括在自然界中广泛存在的各类放射性物质，以及在量子力学中表现为放射性物质的粒子，比如电子、中子和粒子束。
放射化学还研究各种形式的放射能量诸如X射线、射线，以及由它们引起的化学过程。
放射化学的地位在科学界是非常重要的，因为它可以用来解释物质的物理性质，以及原子核反应的实质。
放射能的基本概念放射性核素是由原子核放射出的能量粒子，它们有自己的发射能量，可以发射各种各样的射线，比如α粒子、β粒子、中子和质子等。
这些放射性核素能量粒子可以在空气中传播，并通过化学反应而被物质吸收。
根据其特性，放射性核素可以分为无序放射性核素、放射性核素碎片和放射性元素。
放射能源放射能源有自然界的放射能源和人造的放射能源。
自然界的放射能源包括太阳辐射、地球辐射和核衰变所产生的放射能。
这些自然形成的放射能源被用来研究物质的结构和性质。
人造放射能源也分为无序放射能源和放射性元素。
无序放射能源是由原子核反应生成的，它们有各种形式，比如同位素核素发射出任意类型的射线，或放射性碎片发射出任意类型的射线。
放射性元素是由放射性核素衰变而产生的，它们可以发射α粒子、β粒子或中子。
放射化学的应用放射化学的应用范围很广，比如核反应的研究、核材料的研究、放射安全性的研究、医学诊断、药物合成和药物治疗等。
核反应的研究放射化学用于研究核反应的过程，由于核反应的特殊性，研究它们的反应机理和反应过程非常困难，但是，利用放射化学可以研究核反应的特性，推导出核反应的反应机理，从而对核反应过程有更深入的了解。
核材料的研究核材料需要经过放射化学的研究，因为它们的性质是由它们的原子核组成和发射能量的存在来决定的，放射化学可以研究这些物质的组成、发射能量、耦合等特性，从而帮助我们更好地利用核材料。
放射化学知识点整理
放射化学第一章绪论1.1898年M. Curie用化学方法发现放射性元素钋；2.1910年，英国的Cameron提出将其作为一个独立的分支；3.放射化学诞生于1898年。
4.1956年北大开始建设我国第一个放射化学专业。
5.1958年开始在全国正式招收放射化学专业本科生。
6.1981年，放射化学专业成为国家批准建立的首批博士点之一。
7.放射化学：是研究放射性元素及其衰变产物的化学性质和属性的一门科（基础8.放射化学：研究放射性化学的物理化学行为和状态及其分离纯化方法和原理）9.放射化学包括的内容：核化学，核药物化学，放射性元素化学，放射分析化学，同位素生产及标记化合物，环境放射化学。
10.辐射化学和放射化学的区别：放射化学侧重研究放射性物质的化学性质和化学行为，而辐射化学主要研究辐射（射线）对物质的作用11.放射化学的主要特点：放射性；不稳定性；微量性1-7第二章基础知识1.核素：具有相同的质子数Z、相同的中子数N、处于相同的能态且寿命可测的一类原子2.同位素：质子数相同、中子数不同的两个或多个核素。
3.异位素：中子数相同、质子数不同的核素为同中子:。
4.同质异能素：处于不同的能量状态且其寿命可以用仪器测量的同一种原子核5.同质异位素：不存在相邻的稳定的6.元素质子数的幻数：2, 8, 20, 28, 50, 和827.元素中子数的幻数：2, 8, 20, 28, 50, 82,和1268.质子和中子统称核子9质子和中子是核子的两种不同状态10.核力：核子间存在的短程强相互作用（吸引）11.原子核的核力作用半径大于电荷分布半径12.原子核的体积与原子核的质量数成正比13.原子核的核子密度约：1038核子•cm-314.核物质的密度约：1.66 ⨯1014(g•cm-3)15.位于中子滴线上的核素，其最后一个中子的结合能为零；16.位于质子滴线上的核素，其最后一个质子的结合能为零；17.核衰变：不稳定原子核自发地放出粒子或电磁辐射变成另一种原子核的过程；18.对任一元素，质量数越大，α衰变能越小，质量数越小，α衰变能越大19.相对于β稳定线，中子过剩的核素发生β-衰变，质子过剩的核素发生β+衰变；20.只有在衰变能大于1.02MeV的情况下才能发生β+衰变21.放射性活度：每秒钟放射出的粒子个数（A) Bq(贝可）, Ci（居里）, 1居里＝3.7⨯107Bq.22.质子：1H的原子核23.规定1u等于一个12C原子质量的1/1224.核物质：由无限多等量中子和质子组成的、密度均匀的物质称为核物质。
化学物理学中的放射化学研究
化学物理学中的放射化学研究近年来，随着科技的迅猛发展，人类对于自然界的认知和理解也愈加深入。
而作为研究物质纵向变化规律的重要分支——化学物理学，在放射化学方面也取得了重要进展。
放射化学是研究放射性物质与其他物质之间相互作用的学科，该领域的研究成果不仅对核技术的发展起到重要推动作用，也对人类的生活产生重要影响。
1. 放射化学的定义和研究内容放射化学是研究放射性物质在物质中的存在状态、化学反应和变化规律的学科。
研究内容包括放射性物质的裂变和衰变、放射性核素的合成和分离、放射性物质与其他物质的相互作用以及放射性物质的环境行为等。
研究成果不仅在核技术领域有广泛应用，还对环境保护和生命科学研究等领域产生了深远影响。
2. 放射化学在核技术领域的应用核技术是现代科技领域的重要分支，已经广泛应用于军事、医疗和能源等领域。
放射化学研究在核技术领域的应用十分广泛，主要包括以下方面：（1）核反应堆燃料研究：核反应堆燃料是核能发电的重要组成部分，放射化学研究可以帮助人们了解燃料元素中的放射性核素含量及其裂变过程，从而提高核反应堆的安全性。
（2）核污染清理：核污染是人类面临的严峻环境问题之一。
放射化学研究可以帮助人们了解放射性物质在环境中的行为规律，从而开展针对性的清理工作。
（3）核医学：核医学领域主要利用放射性同位素对人体内部器官和组织进行成像或者治疗。
放射化学研究可以帮助人们制备高纯度的放射性同位素，从而提高医疗效果和安全性。
3. 放射化学在生命科学领域的应用除了核技术领域的应用外，放射化学在生命科学领域也有广泛应用。
例如：（1）辐射生物学研究：辐射对生物体的影响是放射化学中的重要研究领域之一。
放射化学研究可以帮助人们了解辐射对生物体的影响机理，从而提高放射卫生和核安全水平。
（2）同位素示踪技术：同位素示踪技术广泛应用于生理学和生物化学领域，可以用来研究代谢、营养吸收和药物代谢等方面的问题。
放射化学研究可以帮助人们制备和标记高纯度的同位素，从而提高技术水平和研究效果。
第一章 绪论 放射化学课件
• 放射性核素的基本核物理性质 • 放射性元素，化合物的化学性质 • 放射化学分离 • 天然与人工放射性核素
• 放射性同位素化学（同位素在分析化学， 有机化学，无机化学，物理化学中的应用）
• 原子能的利用（核电，医学，工业，） • 辐射过程（射线与物质的相互作用） • 射线的利用与辐射防护
2020/11/11
2020/11/11
不列斯列尔在他所著的“放射性元素”一书 中定义：放射化学是研究放射性物质的制 备、分离、纯化和鉴定，主要放射性常数 的测定以及研究放射性元素生成和蜕变的 核过程。
放射化学的定义是与时俱进的。比较全面的 定义应该是以上几个定义有机的结合。
放射化学是研究放射性同位素和原子核转变 产物的行为和化学性质，研究它们的制备 、分离、纯化和鉴定，以及研究放射性示 踪原子在化学和其他领域的应用的一门学 科。
2020/11/11
§1-2 放射化学的特点
由于放射化学研究的是放射性物质，因此有 以下几个特点：
1、低浓度和微量性 大多数放射性物质以微量和低浓度状态存 在。无论天然或人工合成的放射性核素， 除个别核素（如U-238, Th-232等）外，都 处于微量和低浓状态。这是由于它们的半 衰期很短或生成几率很低造成的。
2020/11/11
4、应用放射化学 研究放射性核素的生产和放射性标记化合 物的合成、放射性核素在化学领域的应用 以及放射化学方法在其他学科中的应用。
因此，放射化学是研究放射性物质和原子核 转变过程产物的结构、性质、制备、分离 、鉴定和应用的学科。
本课程局限于放射化学的基本理论。包括： 放射性物质；同位素交换反应；核化学技 术；核能；核转变过程引起的化学变化， 放射性核素应用；辐射化学基础等。
放射化学基础
第一节 放射性
一、放射性衰变规律
（一）放射性的定义
原子核自发地按固定的速率放出粒子的现象，即 为放射性
• 原子核自发地发射粒子(如α，β，p， 14C，…)或电磁辐射、俘获核外电子，或自 发裂变的现象称为放射性。
（二）衰变规律
衰变的统计规律：放射性衰变是一种随机事件，各个放
射性原子核的衰变是彼此独立的，大量放射性原子核的衰 变从整体上服从指数衰减规律
放射性浓度：单位体积中的放射性活度
A
CA
V
半衰期T1/2， 平均寿命τ
无论初始放射性核数的数目为多少，其所剩放射性核的数目为 初始数目的一半或已衰变了一半的核所经历的时间，即为该核 素的半衰期，即当N=1/2N0时所经历的时间，所以半衰期也可 表示为：
所以放射性衰变公式也可以表示为：
e N N ln 2 t
在1g239Pu（T1/2=24000a）和1g3H(T1/2=12.4a)中每分钟衰变多少个原子？
（三）分支衰变
• 某些放射性核素可以同时以几种方式衰变称分 支衰变。
• 在每一次衰变中，按其中第i种方式衰变的概率 为衰变的分支比。
64Cu
64Zn（40%） 64Ni（19%）
64Ni（41%）
（四）放射性衰变平衡
单位：Bq(贝可)——国际单位；其它有KBq, MBq, GBq; 1Bq=1dps（1次衰变/秒）
常用Ci（居里）表示，1Ci=3.7×1010Bq=37GBq
1Ci 相当于1g 226Ra的放射性活度 。
与放射性活度有关的几个概念
• 放射性比活度：单位质量的物质的放射性活度。
As A m
m为总质量，包含放射性物质和所有非放射性杂质的质量
化学元素的放射化学
化学元素的放射化学化学元素是构成物质的基本单元，而放射化学则是研究放射性元素的性质及其变化的学科。
放射化学是核化学的一部分，包括了放射性同位素的分离、制备、分析，以及与其他物质的化学反应等方面。
在现代科学研究中，放射化学扮演着不可或缺的角色。
放射性元素的性质放射性元素在自然界中广泛存在，其中最著名的是钾、铀和钍等元素。
放射性元素的特点是它们的原子核不稳定，会不断发生放射性衰变，释放出各种射线，包括阿尔法射线、贝塔射线和伽马射线等。
这些射线具有很高的能量和穿透力，可以穿透人体组织，对人体造成伤害。
放射性元素的分离和制备放射性元素的分离和制备是放射化学的核心内容之一。
这是因为目前世界上几乎所有的放射性元素都是通过原子裂变或者人工转化得到的。
其中最为著名的是铀元素的分离和制备，这是制造核武器和核能源的基础。
铀元素的分离和制备主要基于铀同位素的不同含量。
例如，自然界中铀元素主要存在于两种同位素：铀-238和铀-235，其中铀-235的含量较低，只占总铀量的0.7%，但是它可以裂变并释放出大量的能量。
因此，将铀-235从铀-238中分离出来，就成为制造核武器和核能源的基础。
分离铀-235的方法有许多种，其中最为著名的是气体扩散法和离心法。
在气体扩散法中，将含铀的化合物转化为气态，通过气体分馏来分离铀-235和铀-238。
而在离心法中，则是通过将含铀化合物放入高速旋转的离心机中，细微的差别来分离铀-235和铀-238。
放射性元素的应用尽管放射性元素有很高的危险性和辐射性，但是它们在许多领域中仍然有着重要的应用价值。
例如：1、医学上利用放射性同位素制备药物来进行放射性诊断和治疗；2、核能产生电力，这是一种清洁、高效、低碳的能源，对于缓解能源危机有着极为重要的作用；3、放射性同位素可以用来制备火箭燃料、飞行器耐高温材料、屏蔽材料和放射性探测器等。
总之，放射化学研究的对象是放射性同位素的化学行为，主要涉及到放射性元素的制备、分离、性质、分析和应用。
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223Ra在海洋学的研究中的应用。
226Ra的半衰期为1602a，而222Rn的半衰期为3.82d ， 它们很易建立期久平衡，于是有：
ARa=ARn/(1-e-λt) 通过测量222Rn来测算226Ra的含量。
例 射气法测226Ra，未知镭源封存24h，测得222Rn的 活度为100Bq，已知氡的半衰期为3.82d，求镭的活 度。
Bq m3 cpm
解：设该闪烁室的刻度系数为k
测量时氡的活度ARn
ARn k n n0 v闪 ARn,0 k n n0 v闪et2
ARn,0 ARa 1 et1
k n n0 v闪et2 ARa 1 et1
k
ARa 1 et1 v闪 n n0 et2
解：ARn=100Bq，TRn= 3.82d
ARa
ARn 1 et
100 603Bq
1
e
ln 2 1 3.82
例 用标准液体镭源刻度闪烁室。已知标准镭源的活度 为200Bq，封存24h，将222Rn从鼓泡器中转移到闪烁室 后，3h测量，闪烁室的体积为500ml，闪烁室的本底为 5cpm，测量计数为4505cpm，求闪烁室的刻度系数k。 222Rn的半衰期为3.82d
氡有27 种同位素和３种同质异能素，在 氡的放射性同位素中最重要的是三个天然放射 系的成员222Rn、 22０Rn和21９Rn它们分别被称 为镭、钍和锕射气。
222Rn的防护最重要，为什么？
(大气中， 222Rn大于22０Rn两个数量级)
铀系226Ra→222Rn → 218Po(RaA)→214Pb(RaB) →214Bi (RaC)→214Po (RaC’)→ 钍系224Ra→220Rn → 216Po(ThA)→212Pb(ThB) →212Bi (ThC)→212Po (ThC’)→
煤的燃烧 煤中的铀含量平均为1.0×10-4%，煤灰 成为一种人工氡气源，每年由于煤的燃烧产生的氡为 1×1013Bq的氡；
磷酸盐工业 磷酸盐矿石中的铀含量高，估计在全 世界由于磷酸盐工业每年释放到大气中1×1018Bq的 氡；
天然气 天然气中含有放射性物质，向大气中释 放出1×1014Bq的氡；
建筑物的释放 由于建筑材料中都含有一定量的 226Ra，每年向大气中释放1×1016Bq的氡 。
植物和地下水的载带 植物的生长将增加地表氡的释
放。实测结果表明，种五谷的土地氡的释放率是那些
不毛之地的3~5倍。由于植物和地下水的作用，每年向 大气中释放约1×1019Bq的氡；
Hale Waihona Puke 核工业释放 核燃料生产过程中每一个环节都有 氡的析出，估计全世界的铀矿山和水冶厂每年向大气 中释放1×1019Bq的氡；
以238U为母体（4n+2）铀系； 以235U为母体的锕系（4n+3系）； 以232Th为母体的钍系（4n系）； 镎系（4n+1系）为人工放射系。
3.4 镭、氡、钋的化学 （1）镭 1）概述
1898年居里夫人发现了镭。天然镭是铀系、钍系 和锕系三个天然放射系的成员，与铀、钍矿共存。
238U→226Ra； 232Th →224Ra； 235U → 223Ra。 由于镭在衰变过程中的反冲作用以及镭的物理化学 和结晶化学性质，它在矿石受地下水浸蚀时易被浸出， 其流失量可达85%； 镭共有25种放射性同位素，其中只有223Ra、 224Ra 、 226Ra和228Ra是天然存在的。其中最重要的是 226Ra，它是自然界中丰度最在的一种同位素， 226Ra 的比活度很高；
14.42 Bqm3 cpm
（2）氡 1）概述
1899年欧文和卢瑟夫在研究钍的放射性时， 发现了氡，当时称为钍射气（220Rn）次年，道 恩又发现了22２Rn，它们是铀和钍的放射性子 体，主要存在于铀、钍矿石、矿井水和矿泉水 中，一般所指的氡是226Ra的衰变产物222Rn。
室内氡大于室外氡。原因？(20-1000 Bq/m3) 室内氡来源----(1)从房基土壤;(2)从建筑材料； 如花岗岩、砖沙、水泥及石膏之类;(3)户外空 气中进入，以及从供水及天然气中释放出的氡。
环境大气中氡的来源有以下几个方面：
大地释放 238U在土壤和岩石中的含量不近相同， 平均含量为2.8×10-4%，地面氡平均析出率为
16mBq•m-2•s-1，陆地表面每年向大气中释放 7.6×1019Bq的氡；
海洋释放 海水中含有一定量的226Ra，平均浓度 为1Bq•m-3，海底比海面要高出一个数量级，海面氡平 均析出率为7×10-5Bq•m-2•s-1，海洋每年向大气释放 8×1017Bq的氡；
第3章 天然放射性元素化学
3.1 概述 放射性元素分为天然放射性和人工放射性元素两
大类包括从84号元素(Po)到111号元素以及43Tc和 6的1P放m射共性30元个素。，天它然们放是射8性4P元o、素85是A指t、在86自Rn然、界87中Fr存、在 88Ra、89Ac 、90Th、91Pa和92U等9个元素。 自然界中存三个天然放射系：
２）氡的用途及危害
氡可用来制用实验室用的氡－铍中子源，氡还可 用作示踪剂，此外，监测深井水中氡含量的变化可能 用来预报地震等；氡被吸进体内，氡及子体可能会诱 发癌变。
２）氡的用途及危害----沉积物记年
２）氡的用途及危害----沉积物记年
２）氡的用途及危害-地震预报
怀来２井是自来水井，井深１２０ｍ，位于延怀盆地内，