रेडियो रसायन शास्त्र

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रेडियोकैमिस्ट्री रेडियोधर्मी सामग्रियों का रसायन विज्ञान है, जहां तत्वों के रेडियोधर्मी आइसोटोप का उपयोग गैर-रेडियोधर्मी आइसोटोप के गुणों और रासायनिक प्रतिक्रियाओं का अध्ययन करने के लिए किया जाता है (अक्सर रेडियोकैमिस्ट्री के भीतर रेडियोधर्मिता की अनुपस्थिति के कारण किसी पदार्थ को निष्क्रिय के रूप में वर्णित किया जाता है। आइसोटोप स्थिर हैं)। अधिकांश रेडियोरसायन विज्ञान सामान्य रासायनिक प्रतिक्रियाओं का अध्ययन करने के लिए रेडियोधर्मिता के उपयोग से संबंधित है। यह विकिरण रसायन विज्ञान से बहुत अलग है जहां रसायन विज्ञान को प्रभावित करने के लिए विकिरण का स्तर बहुत कम रखा जाता है।

रेडियोकैमिस्ट्री में प्राकृतिक और मानव निर्मित दोनों रेडियोआइसोटोप का अध्ययन शामिल है।

मुख्य क्षय मोड

सभी रेडियोआइसोटोप रासायनिक तत्व के अस्थिर आइसोटोप हैं - जो परमाणु क्षय से गुजरते हैं और कुछ प्रकार के विकिरण उत्सर्जित करते हैं। उत्सर्जित विकिरण कई प्रकार का हो सकता है जिसमें [[अल्फा कण]], बीटा कण, गामा विकिरण, प्रोटोन और न्यूट्रॉन उत्सर्जन के साथ-साथ न्युट्रीनो और एंटीपार्टिकल उत्सर्जन क्षय मार्ग शामिल हैं।

1. अल्फा विकिरण|α (अल्फा) विकिरण- परमाणु नाभिक से अल्फा कण (जिसमें 2 प्रोटॉन और 2 न्यूट्रॉन होते हैं) का उत्सर्जन। जब ऐसा होता है, तो परमाणु का परमाणु द्रव्यमान 4 इकाई कम हो जाएगा और परमाणु संख्या 2 इकाई कम हो जाएगी।

2. बीटा विकिरण|β (बीटा) विकिरण-एक न्यूट्रॉन का इलेक्ट्रॉन और प्रोटॉन में परमाणु रूपांतरण। ऐसा होने के बाद, इलेक्ट्रॉन नाभिक से इलेक्ट्रॉन बादल में उत्सर्जित होता है।

3. गामा विकिरण|γ (गामा) विकिरण- परमाणु के नाभिक से विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा (जैसे गामा किरणें) का उत्सर्जन। यह आमतौर पर अल्फा या बीटा रेडियोधर्मी क्षय के दौरान होता है।

इन तीन प्रकार के विकिरणों को उनकी भेदन शक्ति के अंतर से पहचाना जा सकता है।

अल्फा को कुछ सेंटीमीटर हवा या कागज के टुकड़े द्वारा काफी आसानी से रोका जा सकता है और यह हीलियम नाभिक के बराबर है। बीटा को केवल कुछ मिलीमीटर मोटी एल्यूमीनियम शीट से काटा जा सकता है और यह इलेक्ट्रॉन हैं। गामा तीनों में सबसे अधिक मर्मज्ञ है और द्रव्यमान रहित आवेश रहित उच्च-ऊर्जा फोटॉन है। गामा विकिरण की तीव्रता को कम करने के लिए काफी मात्रा में भारी धातु विकिरण परिरक्षण (आमतौर पर सीसा या बेरियम-आधारित) की आवश्यकता होती है।

सक्रियण विश्लेषण

वस्तुओं के न्यूट्रॉन विकिरण द्वारा, रेडियोधर्मिता को प्रेरित करना संभव है; रेडियोआइसोटोप बनाने के लिए स्थिर आइसोटोप का यह सक्रियण न्यूट्रॉन सक्रियण विश्लेषण का आधार है। उच्च ऊर्जा वाली सबसे दिलचस्प वस्तु जिसका इस तरह से अध्ययन किया गया है वह नेपोलियन के सिर के बाल हैं, जिनकी हरताल सामग्री के लिए जांच की गई है।[1] विभिन्न प्रयोगात्मक तरीकों की श्रृंखला मौजूद है, इन्हें विभिन्न मैट्रिक्स में विभिन्न तत्वों की श्रृंखला के माप को सक्षम करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। मैट्रिक्स (रासायनिक विश्लेषण) के प्रभाव को कम करने के लिए वांछित तत्व के रासायनिक निष्कर्षण का उपयोग करना और/या रेडियोधर्मिता के माप से पहले मैट्रिक्स तत्वों के कारण रेडियोधर्मिता को क्षय होने देना आम बात है। चूंकि मैट्रिक्स प्रभाव को क्षय स्पेक्ट्रम का अवलोकन करके ठीक किया जा सकता है, इसलिए कुछ नमूनों के लिए बहुत कम या कोई नमूना तैयार करने की आवश्यकता नहीं होती है, जिससे न्यूट्रॉन सक्रियण विश्लेषण संदूषण के प्रति कम संवेदनशील हो जाता है।

यदि काल्पनिक नमूना जिसमें 100:10:1 अनुपात में सोडियम, यूरेनियम और कोबाल्ट होता है, उसे थर्मल न्यूट्रॉन की बहुत छोटी पल्स के अधीन किया जाता है, तो अलग-अलग शीतलन समय की श्रृंखला के प्रभाव देखे जा सकते हैं। प्रारंभिक रेडियोधर्मिता का प्रभुत्व होगा 24ना गतिविधि (आधा जीवन 15 घंटे) लेकिन बढ़ते समय के साथ 239एनपी (माता-पिता से बनने के बाद आधा जीवन 2.4 दिन 239यू अर्ध-आयु 24 मिनट के साथ) और अंत में 60सह गतिविधि (5.3 वर्ष) प्रबल होगी।

जीवविज्ञान अनुप्रयोग

जैविक अनुप्रयोग रेडियोधर्मी फास्फोरस-32 का उपयोग करके डीएनए का अध्ययन है। इन प्रयोगों में, स्थिर फास्फोरस को रासायनिक रूप से समान रेडियोधर्मी पी-32 द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है, और परिणामी रेडियोधर्मिता का उपयोग अणुओं और उनके व्यवहार के विश्लेषण में किया जाता है।

एक अन्य उदाहरण वह कार्य है जो जीवित जीवों द्वारा गंधक , सेलेनियम, टेल्यूरियम और विशेष तत्त्व जिस का प्रभाव रेडियो पर पड़ता है जैसे तत्वों के मिथाइलेशन पर किया गया था। यह दिखाया गया है कि जीवाणु इन तत्वों को अस्थिर यौगिकों में परिवर्तित कर सकते हैं,[2] ऐसा माना जाता है कि मेथ्य्लकबालमीन (विटामिन बी12|विटामिन बी12) डाइमिथाइल्स बनाने के लिए इन तत्वों को एल्काइलेट करता है। यह दिखाया गया है कि अपूतिता पानी में कोबालॉक्सिम और अकार्बनिक पोलोनियम का संयोजन अस्थिर पोलोनियम यौगिक बनाता है, जबकि नियंत्रण प्रयोग जिसमें कोबाल्ट यौगिक शामिल नहीं था, उसने अस्थिर पोलोनियम यौगिक नहीं बनाया।[3] सल्फर कार्य के लिए, आइसोटोप 35S का प्रयोग किया गया, जबकि पोलोनियम के लिए 207पीओ का इस्तेमाल किया गया. के जोड़ से कुछ संबंधित कार्य में 57बैक्टीरिया कल्चर के सह, बैक्टीरिया से कोबालामिन को अलग करने के बाद (और पृथक कोबालामिन की रेडियोधर्मिता की माप) यह दिखाया गया कि बैक्टीरिया उपलब्ध कोबाल्ट को मिथाइलकोबालामिन में बदल देते हैं।

चिकित्सा में पीईटी (पॉज़िट्रॉन एमिशन टोमोग्राफी) स्कैन का उपयोग आमतौर पर नैदानिक ​​उद्देश्यों के लिए किया जाता है। रेडिएटिव ट्रेसर को रोगी में अंतःशिरा में इंजेक्ट किया जाता है और फिर पीईटी मशीन में ले जाया जाता है। रेडियोधर्मी ट्रेसर रोगी से विकिरण को बाहर की ओर छोड़ता है और मशीन में लगे कैमरे ट्रेसर से विकिरण किरणों की व्याख्या करते हैं। पीईटी स्कैन मशीनें अपनी उच्च पहचान दक्षता के कारण ठोस अवस्था जगमगाहट का पता लगाने का उपयोग करती हैं, NaI (Tl) क्रिस्टल ट्रेसर के विकिरण को अवशोषित करते हैं और फोटॉन का उत्पादन करते हैं जो मशीन के विश्लेषण के लिए विद्युत संकेत में परिवर्तित हो जाते हैं।[4]


पर्यावरण

रेडियोकैमिस्ट्री में पर्यावरण में रेडियोआइसोटोप के व्यवहार का अध्ययन भी शामिल है; उदाहरण के लिए, जंगल या घास की आग रेडियोआइसोटोप को फिर से गतिशील बना सकती है।[5] इन प्रयोगों में, चेरनोबिल के आसपास बहिष्करण क्षेत्र में आग लगाई गई और नीचे की ओर हवा में रेडियोधर्मिता को मापा गया।

यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि बड़ी संख्या में प्रक्रियाएं पर्यावरण में रेडियोधर्मिता जारी कर सकती हैं, उदाहरण के लिए, हवा पर ब्रह्मांडीय किरणों की क्रिया रेडियोआइसोटोप (जैसे) के निर्माण के लिए जिम्मेदार है 14सी और 32P), का क्षय 226रा रूप 222Rn जो गैस है जो इमारतों में प्रवेश करने से पहले चट्टानों के माध्यम से फैल सकती है[6][7][8] और पानी में घुल जाते हैं और इस प्रकार पीने के पानी में प्रवेश कर जाते हैं[9] इसके अलावा, मानवीय गतिविधियाँ जैसे परमाणु हथियार परीक्षण, दुर्घटनाएँ,[10] और उद्योग से सामान्य रिलीज़ के परिणामस्वरूप रेडियोधर्मिता रिलीज़ हुई है।

एक्टिनाइड्स का रासायनिक रूप

प्लूटोनियम जैसे कुछ रेडियोधर्मी तत्वों का पर्यावरणीय रसायन इस तथ्य से जटिल है कि इस तत्व के समाधान अनुपातहीन हो सकते हैं[11] और परिणामस्वरूप, कई अलग-अलग ऑक्सीकरण अवस्थाएँ साथ मौजूद हो सकती हैं। विभिन्न परिस्थितियों में प्लूटोनियम और अन्य एक्टिनाइड्स की ऑक्सीकरण अवस्था और समन्वय संख्या की पहचान पर कुछ काम किया गया है।[2] इसमें शामिल है अपेक्षाकृत सरल संकुलों के दोनों समाधानों पर कार्य करें[12][13] और कोलाइड्स पर काम करते हैं[14] दो प्रमुख मैट्रिक्स मिट्टी/चट्टान (भूविज्ञान) और ठोस हैं, इन प्रणालियों में प्लूटोनियम के रासायनिक गुणों का अध्ययन EXAFS और XANES जैसी विधियों का उपयोग करके किया गया है।[15][3][4]

कोलाइड की गति

जबकि किसी धातु को मिट्टी के कणों की सतहों से बांधने से मिट्टी की परत के माध्यम से इसकी गति को रोका जा सकता है, यह संभव है कि रेडियोधर्मी धातु को धारण करने वाले मिट्टी के कण मिट्टी के माध्यम से कोलाइडल कणों के रूप में स्थानांतरित हो सकते हैं। यह लेबल वाले मिट्टी के कणों का उपयोग करके घटित होता हुआ दिखाया गया है 134Cs, ये मिट्टी में दरारों के माध्यम से आगे बढ़ने में सक्षम हैं।[16]


सामान्य पृष्ठभूमि

रेडियोधर्मिता हर जगह मौजूद है (और पृथ्वी के निर्माण के बाद से ही मौजूद है)। अंतर्राष्ट्रीय परमाणु ऊर्जा एजेंसी के अनुसार, किलोग्राम मिट्टी में आमतौर पर निम्नलिखित तीन प्राकृतिक रेडियोआइसोटोप 370 Bq की मात्रा होती है। 40K (सामान्य सीमा 100-700 Bq), 25 Bq 226Ra (सामान्य सीमा 10-50 Bq), 25 Bq 238यू (सामान्य सीमा 10-50 बीक्यू) और 25 बीक्यू 232थ (सामान्य सीमा 7-50 बीक्यू)।[17]


सूक्ष्मजीवों की क्रिया

सूक्ष्म जीवों की क्रिया यूरेनियम को स्थिर कर सकती है; थर्मोएनेरोबैक्टर क्रोमियम (VI), आयरन (III), कोबाल्ट (III), मैंगनीज (IV), और यूरेनियम (VI) को इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता के रूप में उपयोग कर सकता है, जबकि एसीटेट, ग्लूकोज, हाइड्रोजन, दुग्धाम्ल , पाइरूवेट, सफल होना और सिलोज़ कार्य कर सकते हैं। बैक्टीरिया के चयापचय के लिए इलेक्ट्रॉन दाता। इस तरह, धातुओं को मैग्नेटाइट (Fe) बनाने के लिए कम किया जा सकता है3O4), स्टाराइट (FeCO3), rhodochrosite (MnCO3), और uraninite (UO2).[18] अन्य शोधकर्ताओं ने भी बैक्टीरिया का उपयोग करके यूरेनियम को स्थिर करने पर काम किया है [5].pbio.0040282[6], फ्रांसिस आर. लिवेन्स एट अल। (मैनचेस्टर में कार्यरत) ने सुझाव दिया है कि इसका कारण जियोबैक्टर सल्फ्यूरेड्यूसेंस कम हो सकता है UO2+
2 यूरेनियम डाइऑक्साइड के धनायनों में बैक्टीरिया यूरेनिल धनायनों को कम कर देते हैं UO+
2 जो फिर बनने में असंगति से गुजरता है UO2+
2 और यूओ2. यह तर्क (कम से कम आंशिक रूप से) उस अवलोकन पर आधारित था NpO+
2 बैक्टीरिया द्वारा अघुलनशील नेपच्यूनियम ऑक्साइड में परिवर्तित नहीं होता है।[19]


शिक्षा

परमाणु चिकित्सा के बढ़ते उपयोग, परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के संभावित विस्तार, और परमाणु खतरों से सुरक्षा और पिछले दशकों में उत्पन्न परमाणु कचरे के प्रबंधन के बारे में चिंताओं के बावजूद, परमाणु और रेडियो रसायन विज्ञान में विशेषज्ञता चुनने वाले छात्रों की संख्या में काफी कमी आई है। पिछले कुछ दशक. अब, इन क्षेत्रों में कई विशेषज्ञ सेवानिवृत्ति की आयु के करीब पहुंच रहे हैं, इन महत्वपूर्ण क्षेत्रों में कार्यबल के अंतर से बचने के लिए कार्रवाई की आवश्यकता है, उदाहरण के लिए इन करियर में छात्रों की रुचि बढ़ाना, विश्वविद्यालयों और कॉलेजों की शैक्षिक क्षमता का विस्तार करना, और अधिक विशिष्ट प्रदान करना- नौकरी प्रशिक्षण.[20] न्यूक्लियर और रेडियोकैमिस्ट्री (एनआरसी) ज्यादातर विश्वविद्यालय स्तर पर पढ़ाई जा रही है, आमतौर पर पहले मास्टर- और पीएचडी-डिग्री स्तर पर। यूरोप में, उद्योग और समाज की भविष्य की जरूरतों के लिए एनआरसी शिक्षा को सुसंगत बनाने और तैयार करने के लिए पर्याप्त प्रयास किए जा रहे हैं। इस प्रयास को यूरोपीय परमाणु ऊर्जा समुदाय के 7वें फ्रेमवर्क कार्यक्रम द्वारा समर्थित समन्वित कार्रवाई द्वारा वित्त पोषित परियोजनाओं में समन्वित किया जा रहा है: CINCH-II परियोजना - परमाणु रसायन विज्ञान में शिक्षा और प्रशिक्षण में सहयोग।

संदर्भ

  1. ↑ H. Smith, S. Forshufvud and A. Wassén, Nature, 1962, 194(26 May), 725–726
  2. ↑ N. Momoshima, Li-X. Song, S. Osaki and Y. Maeda, "Biologically induced Po emission from fresh water", Journal of Environmental Radioactivity, 2002, 63, 187–197
  3. ↑ N. Momoshima, Li-X. Song, S. Osaki and Y. Maeda, "Formation and emission of volatile polonium compound by microbial activity and polonium methylation with methylcobalamin", Environmental Science and Technology, 2001, 35, 2956–2960
  4. ↑ Saha, Gopal B. (2010). "PET Scanning Systems". पीईटी इमेजिंग की मूल बातें (in English). Springer, New York, NY. pp. 19–39. doi:10.1007/978-1-4419-0805-6_2. ISBN 9781441908049.
  5. ↑ Yoschenko VI et al. (2006) Resuspension and redistribution of radionuclides during grassland and forest fires in the Chernobyl exclusion zone: part I. Fire experiments J Envir Radioact 86:143–63 PMID 16213067
  6. ↑ Janja Vaupotič and Ivan Kobal, "Effective doses in schools based on nanosize radon progeny aerosols", Atmospheric Environment, 2006, 40, 7494–7507
  7. ↑ Michael Durand, Building and Environment, "Indoor air pollution caused by geothermal gases", 2006, 41, 1607–1610
  8. ↑ Paolo Boffetta, "Human cancer from environmental pollutants: The epidemiological evidence", Mutation Research/Genetic Toxicology and Environmental Mutagenesis, 2006, 608, 157–162
  9. ↑ M. Forte, R. Rusconi, M. T. Cazzaniga and G. Sgorbati, "The measurement of radioactivity in Italian drinking waters". Microchemical Journal, 2007, 85, 98–102
  10. ↑ R. Pöllänen, M. E. Ketterer, S. Lehto, M. Hokkanen, T. K. Ikäheimonen, T. Siiskonen, M. Moring, M. P. Rubio Montero and A. Martín Sánchez, "Multi-technique characterization of a nuclearbomb particle from the Palomares accident", Journal of Environmental Radioactivity, 2006, 90, 15–28
  11. ↑ Rabideau, S.W., Journal of the American Chemical Society, 1957, 79, 6350–6353
  12. ↑ P. G. Allen, J. J. Bucher, D. K. Shuh, N. M. Edelstein, and T. Reich, "Investigation of Aquo and Chloro Complexes of UO22+, NpO2+, Np4+, and Pu3+ by X-ray Absorption Fine Structure Spectroscopy", Inorganic Chemistry, 1997, 36, 4676–4683
  13. ↑ David L. Clark, Steven D. Conradson, D. Webster Keogh Phillip D. Palmer Brian L. Scott and C. Drew Tait, "Identification of the Limiting Species in the Plutonium(IV) Carbonate System. Solid State and Solution Molecular Structure of the [Pu(CO3)5]6− Ion", Inorganic Chemistry, 1998, 37, 2893–2899
  14. ↑ Jörg Rothe, Clemens Walther, Melissa A. Denecke, and Th. Fanghänel, "XAFS and LIBD Investigation of the Formation and Structure of Colloidal Pu(IV) Hydrolysis Products ", Inorganic Chemistry, 2004, 43, 4708–4718
  15. ↑ M. C. Duff, D. B. Hunter, I. R. Triay, P. M. Bertsch, D. T. Reed, S. R. Sutton, G. Shea-McCarthy, J. Kitten, P. Eng, S. J. Chipera, and D. T. Vaniman, "Mineral Associations and Average Oxidation States of Sorbed Pu on Tuff", Environ. Sci. Technol., 1999, 33, 2163–2169
  16. ↑ R. D. Whicker and S. A. Ibrahim, "Vertical migration of 134Cs bearing soil particles in arid soils: implications for plutonium redistribution", Journal of Environmental Radioactivity, 2006, 88, 171–188.
  17. ↑ "Generic Procedures for Assessment and Response during a Radiological Emergency", International Atomic Energy Agency TECDOC Series number 1162, published in 2000 [1]
  18. ↑ Yul Roh, Shi V. Liu, Guangshan Li, Heshu Huang, Tommy J. Phelps, and Jizhong Zhou, "Isolation and Characterization of Metal-Reducing Thermoanaerobacter Strains from Deep Subsurface Environments of the Piceance Basin, Colorado", Applied and Environmental Microbiology, 2002, 68, 6013–6020.
  19. ↑ Joanna C. Renshaw, Laura J. C. Butchins, Francis R. Livens, Iain May, John M. Charnock, and Jonathan R. Lloyd, Environ. Sci. Technol., 2005, 39(15), 5657–5660.
  20. ↑ भविष्य में यू.एस.-आधारित परमाणु और रेडियोकैमिस्ट्री विशेषज्ञता का आश्वासन देना. Board on Chemical Sciences and Technology. 2012. ISBN 978-0-309-22534-2.


बाहरी संबंध

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