परमाणु रसायन

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अल्फा क्षय एक प्रकार का रेडियोधर्मी क्षय है, जिसमें एक परमाणु नाभिक एक अल्फा कण का उत्सर्जन करता है, और इस प्रकार एक परमाणु में परिवर्तित (या क्षय) होता है, जिसकी द्रव्यमान संख्या 4 से कम हो जाती है और परमाणु संख्या 2 से कम हो जाती है।

परमाणु रसायन विज्ञान रसायन विज्ञान का उप-क्षेत्र है जो रेडियोधर्मिता, परमाणु प्रक्रियाओं और परमाणुओं के नाभिक में परिवर्तन, जैसे परमाणु संक्रामण और परमाणु गुणों से संबंधित है।

यह रेडियोधर्मी तत्वों जैसे कि एक्टिनाइड्स, रेडियम और रेडॉन के साथ-साथ उपकरण (जैसे परमाणु रिएक्टरों) से जुड़ा रसायन विज्ञान है जो परमाणु प्रक्रियाओं को करने के लिए डिज़ाइन किया गया हैं। इसमें सतहों का क्षरण और सामान्य और असामान्य संचालन (जैसे किसी दुर्घटना के समय)दोनों स्थितियों में व्यवहार सम्मिलित है। परमाणु अपशिष्ट भंडारण या निपटान स्थल में रखे जाने के बाद वस्तुओं और पदार्थों का व्यवहार एक महत्वपूर्ण क्षेत्र है।

इसमें जीवित जानवरों, पौधों और अन्य पदार्थों के भीतर विकिरण के अवशोषण के परिणामस्वरूप होने वाले रासायनिक प्रभावों का अध्ययन सम्मिलित है। विकिरण रसायन विकिरण जीव विज्ञान के अधिकांश भाग को नियंत्रित करता है क्योंकि विकिरण का आणविक स्तर पर जीवित चीजों पर प्रभाव पड़ता है।। इसे दूसरे तरीके से समझाने के लिए, विकिरण एक जीव के भीतर जैव रसायन को बदल देता है, जैव-अणुओं का परिवर्तन फिर रसायन को बदल देता है जो जीव के भीतर होता है; रसायन विज्ञान में यह परिवर्तन तब एक जैविक परिणाम को जन्म दे सकता है। नतीजतन, परमाणु रसायन चिकित्सा उपचार (जैसे कैंसर रेडियोथेरेपी) की समझ में अत्यन्त मदद करता है और इन उपचारों को उत्कृष्ट बनाने में सक्षम बनाता है।

इसमें विभिन्न प्रक्रियाओं के लिए रेडियोधर्मी स्रोतों के उत्पादन और उपयोग का अध्ययन सम्मिलित है। इनमें चिकित्सा अनुप्रयोगों में रेडियोथेरेपी सम्मिलित हैं; उद्योग, विज्ञान और पर्यावरण के भीतर रेडियोधर्मी ट्रैसर का उपयोग, और पॉलीमर जैसे पदार्थों को संशोधित करने के लिए विकिरण का उपयोग।[1]

इसमें मानव गतिविधि के गैर-रेडियोधर्मी क्षेत्रों में परमाणु प्रक्रियाओं का अध्ययन और उपयोग भी सम्मिलित है। उदाहरण के लिए, परमाणु चुंबकीय अनुनाद (NMR) स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग सामान्यतः कृत्रिम कार्बनिक रसायन विज्ञान और भौतिक रसायन विज्ञान में और मैक्रोमोलेक्यूलर रसायन विज्ञान में संरचनात्मक विश्लेषण के लिए किया जाता है।

इतिहास

1882 में विल्हेम रॉन्टगन द्वारा एक्स-रे की खोज के बाद, कई वैज्ञानिकों ने आयनकारी विकिरण पर काम करना शुरू किया। इनमें से एक हेनरी बेकरेल थे, जिन्होंने स्फुरदीप्ति और फोटोग्राफिक प्लेटो के काले होने के बीच संबंधों की जांच की। जब बेकरेल (फ्रांस में कार्यरत) ने पाया कि, ऊर्जा के किसी बाहरी स्रोत के बिना, यूरेनियम ने किरणें उत्पन्न कीं जो फोटोग्राफिक प्लेट को काला (या कोहरा) कर सकती थीं, तो रेडियोधर्मिता की खोज की गई। मैरी स्कोलोडोव्स्का-क्यूरी (पेरिस में कार्यरत) और उनके पति पियरे क्यूरी ने यूरेनियम अयस्क से दो नए रेडियोधर्मी तत्वों को अलग किया। प्रत्येक रासायनिक पृथक्करण के बाद रेडियोधर्मिता किस धारा में थी, इसकी पहचान करने के लिए उन्होंने रेडियोधर्मी विधियों का उपयोग किया; उन्होंने यूरेनियम अयस्क को उस समय ज्ञात विभिन्न रासायनिक तत्वों में से प्रत्येक में अलग किया, और प्रत्येक अंश की रेडियोधर्मिता को मापा।फिर उन्होंने इन रेडियोधर्मी अंशों को और अधिक अलग करने का प्रयास किया, ताकि उच्च विशिष्ट गतिविधि (द्रव्यमान द्वारा विभाजित रेडियोधर्मिता) के साथ एक छोटे अंश को अलग किया जा सके। इस प्रकार, उन्होंने पोलोनियम और रेडियम को अलग कर दिया। लगभग 1901 में यह देखा गया कि विकिरण की उच्च मात्रा मनुष्यों में चोट का कारण बन सकती है। हेनरी बेकरेल ने अपनी जेब में रेडियम का एक नमूना रखा था और परिणामस्वरूप उन्हें अत्यधिक स्थानीयकृत खुराक का सामना करना पड़ा जिसके परिणामस्वरूप विकिरण ताम्रता हो गयी।[2] इस चोट के परिणामस्वरूप विकिरण के जैविक गुणों की जांच की जा रही थी, जिसके परिणामस्वरूप समय के साथ चिकित्सा उपचार का विकास हुआ।

कनाडा और इंग्लैंड में काम कर रहे अर्नेस्ट रदरफोर्ड ने दिखाया कि एक साधारण समीकरण (एक रैखिक प्रथम डिग्री व्युत्पन्न समीकरण, जिसे अब प्रथम क्रम गतिकी कहा जाता है) द्वारा वर्णित किया जा सकता है, जिसका अर्थ है कि किसी दिए गए रेडियोधर्मी पदार्थ की विशेषता आधा- जीवन (किसी स्रोत में उपस्थित रेडियोधर्मिता की मात्रा को आधे से कम करने में लगने वाला समय)। उन्होंने अल्फा, बीटा और गामा शब्द भी गढ़े, उन्होंने [[नाइट्रोजन-13]] को ऑक्सीजन में परिवर्तित किया, और सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि उन्होंने गीजर-मार्सडेन प्रयोग (सोने की पन्नी प्रयोग) आयोजित करने वाले छात्रों की देखरेख की, जिसमें दिखाया गया कि 'प्लम पुडिंग मॉडल' गलत था। 1904 में जे जे थॉमसन द्वारा प्रस्तावित प्लम पुडिंग मॉडल में, परमाणु इलेक्ट्रॉनों के ऋणात्मक आवेश को संतुलित करने के लिए सकारात्मक आवेश के 'बादल' से घिरे इलेक्ट्रॉनों से बना होता है। रदरफोर्ड के लिए, सोने की पन्नी प्रयोग का तात्पर्य था कि धनात्मक आवेश एक बहुत छोटे नाभिक तक सीमित था, जो पहले रदरफोर्ड मॉडल की ओर ले जाता था, और अंततः परमाणु के बोहर मॉडल तक, जहाँ सकारात्मक नाभिक नकारात्मक इलेक्ट्रॉनों से घिरा होता है।

1934 में, मैरी क्यूरी की बेटी (इरेने जोलियोट-क्यूरी) और दामाद (फ्रेडेरिक जूलियट-क्यूरी) कृत्रिम रेडियोधर्मिता बनाने वाले पहले व्यक्ति थे: उन्होंने न्यूट्रॉन-गरीब समस्थानिक नाइट्रोजन -13 बनाने के लिए अल्फा कणों के साथ बोरान पर बमबारी की; यह समस्थानिक पोजीट्रान उत्सर्जित करता है।[3] इसके अतिरिक्त, उन्होंने नए विकिरण समस्थानिक बनाने के लिए न्यूट्रॉन के साथ अल्युमीनियम और मैगनीशियम पर बमबारी की।

1920 के दशक की शुरुआत में ओटो हैन ने अनुसंधान की एक नई पंक्ति बनाई।उत्सर्जन विधि" का उपयोग करते हुए, जिसे उन्होंने नवीन विकसित किया था,और "उत्सर्जन क्षमता" का उपयोग करते हुए, उन्होंने सामान्य रासायनिक और भौतिक-रासायनिक प्रश्नों के शोध के लिए "एप्लाइड रेडियोकैमिस्ट्री" के रूप में जाना जाने लगा।। 1936 में कॉर्नेल यूनिवर्सिटी प्रेस ने एप्लाइड रेडियोकैमिस्ट्री शीर्षक से अंग्रेजी (और बाद में रूसी में) में एक पुस्तक प्रकाशित की, जिसमें हैन द्वारा दिए गए व्याख्यान सम्मिलित थे, जब वह 1933 में न्यूयॉर्क के इथाका में कॉर्नेल विश्वविद्यालय में अतिथि आचार्य थे। इस महत्वपूर्ण प्रकाशन में एक 1930 और 1940 के दशक के समय संयुक्त राज्य अमेरिका, यूनाइटेड किंगडम, फ्रांस और सोवियत संघ में लगभग सभी परमाणु रसायनज्ञों और भौतिकविदों पर बड़ा प्रभाव पड़ा, जिसने आधुनिक परमाणु रसायन विज्ञान की नींव रखी।[4]

हैन और लिसा मीटनर ने रेडियम के रेडियोधर्मी समस्थानिकों, थोरियम के समस्थानिकों, प्रोटैक्टीनियम के समस्थानिकों और यूरेनियम के समस्थानिकोंकी खोज की। उन्होंने रेडियोधर्मी पुनरावृत्ति और परमाणु समावयवता की घटनाओं की भी खोज की, और रुबिडियम-स्ट्रोंटियम तिथ्यांकन का बीड़ा उठाया। 1938 में, हैन, लिस मीटनर और फ्रिट्ज स्ट्रैसमैन ने परमाणु विखंडन की खोज की, जिसके लिए हैन को रसायन विज्ञान के लिए 1944 का नोबेल पुरस्कार मिला। परमाणु विखंडन परमाणु रिएक्टरों और परमाणु हथियारों का आधार था। हान को परमाणु रसायन विज्ञान का जनक कहा जाता है[5][6][7] और परमाणु विखंडन के धर्मपिता कहा जाता है।[8]


मुख्य क्षेत्र

रेडियो रसायन रेडियोधर्मी पदार्थों का रसायन है, जिसमें तत्वों के रेडियोधर्मी समस्थानिकों का उपयोग गैर-रेडियोधर्मी समस्थानिकों के गुणों और रासायनिक अभिक्रियाओं का अध्ययन करने के लिए किया जाता है (प्रायः रेडियोरसायन के भीतर रेडियोधर्मिता की अनुपस्थिति एक पदार्थ को निष्क्रिय होने के रूप में वर्णित करती है क्योंकि समस्थानिक स्थिर होते हैं ).

अधिक जानकारी के लिए कृपया रेडियोरसायन पर पृष्ठ देखें।

विकिरण रसायन

विकिरण रसायन पदार्थ पर विकिरण के रासायनिक प्रभावों का अध्ययन है; यह रेडियोकैमिस्ट्री से बहुत अलग है क्योंकि विकिरण द्वारा रासायनिक रूप से परिवर्तित किये जा रहे पदार्थ में रेडियोधर्मिता उपस्थित होने की आवश्यकता नहीं है। इसका एक उदाहरण जल का हाइड्रोजन गैस और हाइड्रोजन पेरोक्साइड में रूपांतरण है। विकिरण रसायन से पहले, सामान्यतः यह माना जाता था कि शुद्ध जल को नष्ट नहीं किया जा सकता।[9]

प्रारंभिक प्रयोग पदार्थ पर विकिरण के प्रभाव को समझने पर केंद्रित थे। एक एक्स-रे जनरेटर का उपयोग करते हुए, ह्यूगो फ्रिक ने विकिरण के जैविक प्रभावों का अध्ययन किया क्योंकि यह एक सामान्य उपचार विकल्प और निदान पद्धति बन गया।[9]फ्रिक ने प्रस्तावित किया और बाद में साबित किया कि एक्स-रे से ऊर्जा जल को सक्रिय जल में परिवर्तित करने में सक्षम थी, जिससे यह विघटित प्रजातियों के साथ अभिक्रिया कर सके।[10]


परमाणु ऊर्जा के लिए रसायन

रेडियोकैमिस्ट्री,विकिरण रसायन विज्ञान और परमाणु रासायनिक अभियांत्रिकी यूरेनियम और थोरियम ईंधन अग्रदूतों के संश्लेषण के लिए बहुत महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं, इन तत्वों के अयस्कों से शुरू होकर, ईंधन निर्माण, शीतलक रसायन विज्ञान, ईंधन पुनर्प्रसंस्करण, रेडियोधर्मी अपशिष्ट उपचार और भंडारण,रिएक्टर संचालन और रेडियोधर्मी भूवैज्ञानिक भंडारण के समय रेडियोधर्मी तत्वों के विमोचन का परिवीक्षण आदि।।[11]

नाभिकीय अभिक्रियाओं का अध्ययन

See also: परमाणु भौतिकी and नाभिकीय अभिक्रियाये

परमाणु विखंडन और परमाणु संलयन जैसी परमाणु अभिक्रियाओं का अध्ययन करने के लिए रेडियोकैमिस्ट्री और विकिरण रसायन शास्त्र का संयोजन उपयोग किया जाता है। परमाणु विखंडन के लिए कुछ प्रारंभिक साक्ष्य बेरियम के एक अल्पकालिक विकिरण समस्थानिक का निर्माण था जिसे न्यूट्रॉन विकिरणित यूरेनियम से अलग किया गया था (139Ba, 83 मिनट की अर्ध-आयु के साथ और 140Ba, 12.8 दिनों के आधे जीवन के साथ, यूरेनियम के प्रमुख विखंडन उत्पाद हैं)। उस समय, यह सोचा गया था कि यह एक नया रेडियम समस्थानिक था, क्योंकि यह तब रेडियम के विलगन में सहायता के लिए बेरियम सल्फेट वाहक अवक्षेपण का उपयोग करने के लिए मानक रेडियोकेमिकल अभ्यास था।[12] हाल ही में, नए 'अतिभारी' तत्वों को बनाने की कोशिश करने के लिए रेडियोरासायनिक विधियों और परमाणु भौतिकी के संयोजन का उपयोग किया गया है; ऐसा माना जाता है कि सापेक्ष स्थिरता के द्वीप उपस्थित हैं जहां न्यूक्लाइड्स का आधा जीवन है, इस प्रकार नए तत्वों की वजन योग्य मात्रा को अलग करने में सक्षम बनाता है। परमाणु विखंडन की मूल खोज के अधिक विवरण के लिए ओटो हैन का कार्य देखें।[13]

परमाणु ईंधन चक्र

यह परमाणु ईंधन चक्र के किसी भी हिस्से से जुड़ा रसायन है, जिसमें परमाणु पुनर्संसाधन भी सम्मिलित है। ईंधन चक्र में ईंधन उत्पादन, खनन, अयस्क प्रसंस्करण और संवर्धन से ईंधन उत्पादन (चक्र का प्रारंभिक भाग) में सम्मिलित सभी संचालन सम्मिलित हैं। इसमें चक्र के पिछले सिरे से पहले 'रिएक्टर' व्यवहार (रिएक्टर में ईंधन का उपयोग) भी सम्मिलित है। पश्च भाग में उपयोग किए गए परमाणु ईंधन का प्रबंधन या तो खर्च किए गए ईंधन पूल या सूखे भंडारण में होता है, इससे पहले कि इसे भूमिगत अपशिष्ट भंड़ार या परमाणु पुनर्संसाधन में निपटाया जाए।

सामान्य और असामान्य स्थितियां

परमाणु ईंधन चक्र से जुड़े परमाणु रसायन को दो मुख्य क्षेत्रों में विभाजित किया जा सकता है, एक क्षेत्र इच्छित परिस्थितियों के अंतर्गत संचालन से संबंधित है, जबकि दूसरा क्षेत्र कुरूपता की स्थिति से संबंधित है जहां सामान्य परिचालन स्थितियों से कुछ परिवर्तन हुआ है या (अधिक दुर्लभ रूप से) ) दुर्घटना हो रही है। इस प्रक्रिया के बिना, इनमें से कोई भी सत्य नहीं होगा।

पुनर्प्रसंस्करण

=कानून

संयुक्त राज्य अमेरिका में, अपशिष्ट भंडार में रखने से पहले बिजली रिएक्टर में एक बार ईंधन का उपयोग करना सामान्य है।दीर्घकालिक योजना वर्तमान में उपयोग किए गए नागरिक रिएक्टर ईंधन को एक गहरे स्टोर में रखने की है। यह गैर-पुनर्प्रसंस्करण नीति मार्च 1977 में परमाणु प्रसार के बारे में चिंताओं के कारण शुरू की गई थी। राष्ट्रपति जिमी कार्टर ने एक राष्ट्रपति निर्देश जारी किया जिसने संयुक्त राज्य अमेरिका में प्लूटोनियम के वाणिज्यिक पुनर्संसाधन और पुनर्चक्रण को अनिश्चित काल के लिए निलंबित कर दिया। यह निर्देश संभवत: संयुक्त राज्य अमेरिका द्वारा उदाहरण द्वारा अन्य देशों का नेतृत्व करने का एक प्रयास था, लेकिन कई अन्य देशों ने खर्च किए गए परमाणु ईंधन का पुनर्संसाधन जारी रखा है। राष्ट्रपति व्लादिमीर पुतिन के अंतर्गत रूसी सरकार ने एक कानून को निरस्त कर दिया, जिसने प्रयुक्त परमाणु ईंधन के आयात पर प्रतिबंध लगा दिया था, जो रूसियों के लिए रूस के बाहर ग्राहकों के लिए पुनर्संसाधन सेवा का प्रस्ताव करना संभव बनाता है (BNFL द्वारा प्रस्तावित के समान)।

पुरेक्स रसायन

चॉइस की वर्तमान विधि PUREX तरल-तरल निष्कर्षण प्रक्रिया का उपयोग करना है जो नाइट्रिक अम्ल से यूरेनियम और प्लूटोनियम दोनों को निकालने के लिए ट्रिब्यूटिल फॉस्फेट/हाइड्रोकार्बन मिश्रण का उपयोग करती है। यह निष्कर्षण नाइट्रेट लवणों का है और इसे विलायकन तंत्र के रूप में वर्गीकृत किया गया है। उदाहरण के लिए, नाइट्रेट माध्यम में एक निष्कर्षण एजेंट (एस) द्वारा प्लूटोनियम का निष्कर्षण निम्नलिखित अभिक्रिया से होता है।

Pu4+aq + 4NO3−aq + 2Sorganic → [Pu(NO3)4S2]organic

धातु धनायन, नाइट्रेट और ट्राइब्यूटाइल फॉस्फेट के बीच एक जटिल बंधन बनता है, और दो नाइट्रेट आयनों और दो ट्राइथाइल फॉस्फेट लिगैंड के साथ एक डाइऑक्सोरेनियम (VI) जटिल के एक मॉडल यौगिक को एक्स-रे क्रिस्टलोग्राफी द्वारा चित्रित किया गया है।[14]

जब नाइट्रिक अम्ल की सघनता अधिक होती है तो कार्बनिक चरण में निष्कर्षण का समर्थन किया जाता है, और जब नाइट्रिक अम्ल की सघनता कम होती है तो निष्कर्षण को उलट दिया जाता है (कार्बनिक चरण को धातु से अलग कर दिया जाता है)। उपयोग किए गए ईंधन को नाइट्रिक अम्ल में घोलना सामान्य है, अघुलनशील पदार्थ को हटाने के बाद अत्यधिक सक्रिय शराब से यूरेनियम और प्लूटोनियम निकाला जाता है। एक मध्यम सक्रिय शराब बनाने के लिए फिर लोडित कार्बनिक चरण को वापस निकालना सामान्य है जिसमें विखंडन उत्पादों के केवल छोटे निशान के साथ ज्यादातर यूरेनियम और प्लूटोनियम होता है। इस मध्यम सक्रिय जलीय मिश्रण को फिर से ट्राइब्यूटाइल फॉस्फेट / हाइड्रोकार्बन द्वारा एक नया कार्बनिक चरण बनाने के लिए निकाला जाता है, फिर कार्बनिक चरण वाले धातु को केवल यूरेनियम और प्लूटोनियम का जलीय मिश्रण बनाने के लिए धातुओं से अलग कर दिया जाता है। एक्टिनाइड उत्पाद की शुद्धता में सुधार के लिए निष्कर्षण के दो चरणों का उपयोग किया जाता है, पहले निष्कर्षण के लिए उपयोग किए जाने वाले कार्बनिक चरण को विकिरण की कहीं अधिक मात्रा का सामना करना पड़ेगा। विकिरण ट्रिब्यूटिल फॉस्फेट को डिब्यूटिल हाइड्रोजन फॉस्फेट में विघटित कर सकता है।डिब्यूटाइल हाइड्रोजन फॉस्फेट एक्टिनाइड्स और रूथेनियम जैसी अन्य धातुओं दोनों के लिए निष्कर्षण एजेंट के रूप में कार्य कर सकता है। डिब्यूटाइल हाइड्रोजन फॉस्फेट प्रणाली को अधिक जटिल तरीके से व्यवहार करने पर मजबूर कर सकता है क्योंकि यह आयन विनिमय तंत्र (कम अम्ल सांद्रता द्वारा इष्ट निष्कर्षण) द्वारा धातुओं को निकालने की प्रवृत्ति रखता है, डिब्यूटाइल हाइड्रोजन फॉस्फेट के प्रभाव को कम करने के लिए ट्राइब्यूटाइल फॉस्फेटियोलोपोरस के अम्लीय क्षरण उत्पादों को हटाने के लिए उपयोग किए गए कार्बनिक चरण को सोडियम कार्बोनेट के घोल से धोना सामान्य बात है।

भविष्य में इस्तेमाल के लिए नए तरीकों पर विचार किया जा रहा है

PUREX प्रक्रिया को UREX (यूरेनियम निष्कर्षण) प्रक्रिया बनाने के लिए संशोधित किया जा सकता हैजिसका उपयोग युक्का माउंटेन परमाणु अपशिष्ट भंडार जैसे उच्च स्तरीय परमाणु अपशिष्ट निपटान स्थलों के अंदर जगह बचाने के लिए किया जा सकता है, यूरेनियम को हटाकर जो कि प्रयुक्त ईंधन के द्रव्यमान और मात्रा का विशाल बहुमत बनाता है और इसे पुनर्संसाधित यूरेनियम के रूप में पुनर्चक्रित किया जाता है।

UREX प्रक्रिया एक PUREX प्रक्रिया है जिसे प्लूटोनियम निकालने से रोकने के लिए संशोधित किया गया है। यह पहले धातु निष्कर्षण चरण से पहले प्लूटोनियम अपचायक जोड़कर किया जा सकता है। UREX प्रक्रिया में, ~99.9% यूरेनियम और >95% टेक्नेटियम एक दूसरे से और अन्य विखंडन उत्पादों और एक्टिनाइड्स से अलग होते हैं। मुख्य बात प्रक्रिया के निष्कर्षण और स्क्रब अनुभागों के लिए एसिटोहाइड्रॉक्समिक अम्ल (एएचए) को जोड़ना है। AHA के जुड़ने से प्लूटोनियम और नेपच्यूनियम की निष्कर्षण क्षमता बहुत कम हो जाती है, जिससे PUREX प्रक्रिया के प्लूटोनियम निष्कर्षण चरण की तुलना में अधिक प्रसार प्रतिरोध मिलता है।

एक दूसरे निष्कर्षण एजेंट, ऑक्टाइल (फिनाइल) -एन, एन-डाइब्यूटाइल कार्बामॉयल्मिथाइल फॉस्फीन ऑक्साइड (CMPO) को ट्रिब्यूटाइलफॉस्फेट, (TBP) के साथ जोड़कर, PUREX प्रक्रिया को TRUEX (ट्रान्सयूरानिक निष्कर्षण) प्रक्रिया में बदल दिया जा सकता है, जिसका आविष्कार अमेरिका में आर्गन राष्ट्रीय प्रयोगशाला द्वारा किया गया था,, और इसे कचरे से ट्रांसयूरानिक धातुओं (Am/Cm) को हटाने के लिए डिज़ाइन किया गया है। विचार यह है कि कचरे की अल्फा गतिविधि को कम करके, अधिकांश कचरे को अधिक आसानी से निपटाया जा सकता है। PUREX के साथ सामान्यतः यह प्रक्रिया एक विलायकन तंत्र द्वारा संचालित होती है।

TRUEX के विकल्प के रूप में, मेलोंडायमाइड का उपयोग कर एक निष्कर्षण प्रक्रिया तैयार की गई है। डायमेक्स (डायमाइड निष्कर्षण ) प्रक्रिया में कार्बन, हाइड्रोजन, नाइट्रोजन और ऑक्सीजन के अतिरिक्त अन्य तत्वों वाले कार्बनिक कचरे के निर्माण से बचने का लाभ है। ऐसे जैविक कचरे को अम्लीय गैसों के निर्माण के बिना जलाया जा सकता है जो अम्लीय वर्षा में योगदान कर सकते हैं।DIAMEX प्रक्रिया पर फ़्रेंच CEA द्वारा यूरोप में काम किया जा रहा है।प्रक्रिया पर्याप्त रूप से परिपक्व है कि प्रक्रिया के उपस्थित ज्ञान के साथ एक औद्योगिक संयंत्र का निर्माण किया जा सकता है। PUREX के साथ सामान्यतः यह प्रक्रिया एक विलायकन तंत्र द्वारा संचालित होती है।[15][16]

चयनात्मक एक्टिनाइड निष्कर्षण (SANEX)। लघु एक्टिनाइडो के प्रबंधन के हिस्से के रूप में, यह प्रस्तावित किया गया है कि लैंथेनाइड्स और ट्रिवेलेंट लघु एक्टिनाइड्स को डायमेक्स या ट्रूएक्स जैसी प्रक्रिया द्वारा प्युरेक्स रेफिनेट से हटा दिया जाना चाहिए। अमेरिकियम जैसे एक्टिनाइड्स को या तो औद्योगिक स्रोतों में पुन: उपयोग करने या ईंधन के रूप में उपयोग करने की अनुमति देने के लिए लैंथेनाइड्स को हटा दिया जाना चाहिए। लैंथेनाइड्स में बड़े न्यूट्रॉन अनुप्रस्थ काट होते हैं और इसलिए वे न्यूट्रॉन से चलने वाली परमाणु अभिक्रिया को विषाक्त कर देंगे। आज तक, SANEX प्रक्रिया के लिए निष्कर्षण प्रणाली को परिभाषित नहीं किया गया है, लेकिन वर्तमान में, कई अलग-अलग शोध समूह एक प्रक्रिया की दिशा में काम कर रहे हैं। उदाहरण के लिए, फ़्रेंच सीईए बीआईएस-ट्रायज़िनिल पाइरीडीन (बीटीपी) आधारित प्रक्रिया पर काम कर रहा है।

अन्य प्रणालियाँ जैसे कि डाइथियोफॉस्फिनिक अम्ल पर कुछ अन्य श्रमिकों द्वारा काम किया जा रहा है।

यह सर्वभौम निष्कर्षण प्रक्रिया है जिसे रूस और चेक गणराज्य में विकसित किया गया था, यह एक ऐसी प्रक्रिया है जिसे उपयोग किए गए परमाणु ईंधन से यूरेनियम और प्लूटोनियम के निष्कर्षण के बाद बचे रैफिनेट्स से सभी सबसे परेशानी (Sr, Cs और लघु एक्टिनाइड्स) विकिरण समस्थानिक को हटाने के लिए डिज़ाइन किया गया है। ।[17][18] रसायन विज्ञान पॉली इथिलीन ऑक्साइड (पॉली इथाइलीन ग्लाइकॉल) और एक कोबाल्ट कार्बोरेन आयन (क्लोरीनयुक्त कोबाल्ट डाइकारबोलाइड के रूप में जाना जाता है) के साथ सीज़ियम और स्ट्रोंटियम की परस्पर क्रिया पर आधारित है।[19] एक्टिनाइड्स सीएमपीओ द्वारा निकाले जाते हैं, और मंदक नाइट्रोबेंजीन जैसे ध्रुवीय सुगंधित होते हैं। मेटा-नाइट्रोबेंजोट्रिफ्लोराइड और फेनिल ट्राइफ्लोरोमेथाइल सल्फोन जैसे अन्य तनु कारकों का भी सुझाव दिया गया है।[20]

सतहों पर विखंडन उत्पादों का अवशोषण

परमाणु रसायन विज्ञान का एक अन्य महत्वपूर्ण क्षेत्र यह अध्ययन है कि कैसे विखंडन उत्पाद सतहों के साथ परस्पर क्रिया करते हैं; ऐसा माना जाता है कि यह सामान्य परिस्थितियों में अपशिष्ट पात्रों से और दुर्घटना स्थितियों के अंतर्गत बिजली रिएक्टरों से विखंडन उत्पादों का विमोचन और प्रवासन की दर को नियंत्रित करने के लिए माना जाता है। क्रोमेट आयन और मोलिब्डेट की तरह, 99TcO4 जंग प्रतिरोधी परत बनाने के लिए ऋणायन स्टील की सतहों के साथ अभिक्रिया कर सकते हैं। इस तरह, ये मेटलॉक्सो ऋणायन एनोड जंग अवरोधक के रूप में कार्य करते हैं। स्टील की सतहों पर 99TcO2 का निर्माण एक प्रभाव है जो परमाणु अपशिष्ट ड्रमों और परमाणु उपकरणों से 99Tc के विमोचन को रोक देगा जो कि परिशोधन से पहले नष्ट हो गए हैं (उदाहरण के लिए समुद्र में पनडुब्बी रिएक्टर खो गए हैं)।। यह 99TcO2 परत स्टील की सतह को निष्क्रिय कर देती है, एनोडिक जंग अभिक्रिया को रोकती है। टेक्नेटियम की रेडियोधर्मी प्रकृति इस संक्षारण संरक्षण को लगभग सभी स्थितियों में अव्यावहारिक बनाती है। यह भी दिखाया गया है 99cO4 ऋणायन सक्रिय कार्बन (लकड़ी का कोयला ) या एल्यूमीनियम की सतह पर एक परत बनाने के लिए आयन अभिक्रिया करते हैं।[21][22] लंबे समय तक जीवित रहने वाले प्रमुख विकिरण समस्थानिक की एक श्रृंखला के जैव रासायनिक गुणों की संक्षिप्त समीक्षा को ऑनलाइन पढ़ा जा सकता है।[23]

परमाणु कचरे 99Tc ,99TcO4ऋणायन के अतिरिक्त अन्य रासायनिक रूपों में उपस्थित हो सकता है , इन अन्य रूपों में विभिन्न रासायनिक गुण होते हैं।[24]इसी प्रकार, एक गंभीर बिजली रिएक्टर दुर्घटना में आयोडीन-131 का विमोचन को परमाणु संयंत्र के भीतर धातु की सतहों पर अवशोषण द्वारा धीमा किया जा सकता है।[25][26][27][28][29]

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 होने पर भी, परमाणु और रेडियोरसायन विज्ञान में विशेषज्ञता प्राप्त करने वाले छात्रों की संख्या में अत्यन्तकमी आई है । अब, इन क्षेत्रों में कई विशेषज्ञ सेवानिवृत्ति की आयु के करीब आ 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 का निर्माण, विश्वविद्यालयों और कॉलेजों की शैक्षिक क्षमता का विस्तार, और अधिक विशिष्ट प्रदान करना- नौकरी प्रशिक्षण।[30]

न्यूक्लियर और रेडियो रसायन (NRC) ज्यादातर विश्वविद्यालय स्तर पर पढ़ाया जाता है, सामान्यतः पहले मास्टर- और पीएचडी-डिग्री स्तर पर पढ़ाया जाता है। 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 प्राधारिक कार्यक्रम द्वारा समर्थित समन्वित कार्रवाई द्वारा वित्त पोषित एक परियोजना में समन्वित किया जा रहा है।[31][32] यद्यपि NucWik मुख्य रूप से शिक्षकों के लिए लक्षित है, परमाणु और रेडियो रसायन में रुचि रखने वाले किसी भी व्यक्ति का स्वागत है और एनआरसी से संबंधित विषयों की व्याख्या करने वाली बहुत सारी जानकारी और पदार्थ पा सकते हैं।

स्पिनआउट क्षेत्र

पहले परमाणु रसायन विज्ञान और भौतिकी के भीतर विकसित कुछ तरीके रसायन विज्ञान और अन्य भौतिक विज्ञानों में इतने व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं कि उन्हें सामान्य परमाणु रसायन विज्ञान से अलग माना जा सकता है। उदाहरण के लिए, समस्थानिक प्रभाव का उपयोग रासायनिक तंत्र की जांच करने और भूविज्ञान में कॉस्मोजेनिक समस्थानिक और लंबे समय तक अस्थिर समस्थानिक के उपयोग के लिए इतने बड़े पैमाने पर किया जाता है कि परमाणु रसायन विज्ञान से अलग समस्थानिक रसायन विज्ञान पर विचार करना सबसे अच्छा है।

गतिकी(यांत्रिक रसायन विज्ञान के भीतर उपयोग)

रासायनिक अभिक्रियाओं के तंत्र की जांच यह देखकर की जा सकती है कि एक क्रियाधार के एक समस्थानिक संशोधन को गतिकी समस्थानिक प्रभाव के रूप में जाना जाता है, जिससे अभिक्रिया के गतिकी को कैसे बदला जाता है। यह अब कार्बनिक रसायन विज्ञान में एक मानक विधि है। संक्षेप में, एक अणु के भीतर ड्यूटेरियम द्वारा सामान्य हाइड्रोजन (प्रोटॉन) को प्रतिस्थापित करने से एक्स-एच (उदाहरण के लिए C-H, N-H और O-H) बंध की आणविक कंपन आवृत्ति कम हो जाती है, जिससे कंपन शून्य-बिंदु ऊर्जा में कमी आती है। यह अभिक्रिया दर में कमी का कारण बन सकता है यदि दर-निर्धारण चरण में हाइड्रोजन और दूसरे परमाणु के बीच बंधन को तोड़ना सम्मिलित है।[33] इस प्रकार, यदि प्रोटॉन को ड्यूटेरियम द्वारा प्रतिस्थापित किए जाने पर अभिक्रिया दर में परिवर्तन होता है, तो यह मान लेना उचित है कि हाइड्रोजन के बंधन का टूटना उस चरण का हिस्सा है जो दर निर्धारित करता है।

भूविज्ञान, जीव विज्ञान और फोरेंसिक विज्ञान में उपयोग

कॉस्मोजेनिक समस्थानिक एक परमाणु के नाभिक के साथ ब्रह्मांडीय किरणों की परस्पर क्रिया से बनते हैं। इनका उपयोग तिथ्यांकन उद्देश्यों के लिए और प्राकृतिक अनुज्ञापक के रूप में उपयोग के लिए किया जा सकता है। इसके अतिरिक्त, स्थिर समस्थानिक के कुछ अनुपातों के सावधानीपूर्वक माप से गोलियों की उत्पत्ति, बर्फ के नमूनों की उम्र, चट्टानों की उम्र के बारे में नई अंतर्दृष्टि प्राप्त करना संभव है,और किसी व्यक्ति के आहार की पहचान बालों या अन्य ऊतक के नमूने से की जा सकती है। (अधिक जानकारी के लिए समस्थानिक भू-रसायन और समस्थानिक हस्ताक्षर देखें)।

जीव विज्ञान

जीवित चीजों के भीतर, समस्थानिक सूचक(रेडियोधर्मी और गैर-रेडियोधर्मी दोनों) का उपयोग यह जांचने के लिए किया जा सकता है कि जीवों के चयापचय को बनाने वाली अभिक्रियाओं का जटिल जाल एक पदार्थ को दूसरे पदार्थ में कैसे परिवर्तित करता है। उदाहरण के लिए एक हरा पौधा प्रकाश संश्लेषण द्वारा जलऔर कार्बन डाईऑक्साइड को ग्लूकोज में परिवर्तित करने के लिए प्रकाश ऊर्जा का उपयोग करता है। यदि जल में ऑक्सीजन का सूचक लगाया जाता है, तो पौधे द्वारा बनाई गई ऑक्सीजन गैस में सूचक दिखाई देता है, न कि पौधों की कोशिकाओं के भीतर क्लोरोप्लास्ट में बनने वाले ग्लूकोज में।

जैव रासायनिक और शारीरिक प्रयोगों और चिकित्सा पद्धतियों के लिए, कई विशिष्ट समस्थानिकों के महत्वपूर्ण अनुप्रयोग हैं।

  • स्थिर समस्थानिकों का यह फायदा है कि वे अध्ययन की जा रही प्रणाली को विकिरण की खुराक नहीं दे सकते; यद्यपि, अंग या जीव में उनमें से एक महत्वपूर्ण अधिकता अभी भी इसकी कार्यक्षमता में हस्तक्षेप कर सकती है, और पूरे जानवरों के अध्ययन के लिए पर्याप्त मात्रा में उपलब्धता कई समस्थानिकों के लिए सीमित है। मापन भी मुश्किल है, और सामान्यतः द्रव्यमान स्पेक्ट्रममिति की आवश्यकता होती है यह निर्धारित करने के लिए कि विशेष यौगिकों में कितने समस्थानिक उपस्थित है, और कोशिका के भीतर स्थानीयकरण माप का कोई साधन नहीं है।
  • 2H (ड्यूटेरियम), हाइड्रोजन का स्थिर समस्थानिक, एक स्थिर अनुरेखक है, जिसकी सांद्रता द्रव्यमान स्पेक्ट्रममिति या NMR द्वारा मापी जा सकती है। यह सभी सेलुलर संरचनाओं में सम्मिलित है। विशिष्ट ड्यूटेरेटेड यौगिकों का भी उत्पादन किया जा सकता है।
  • 15N, नाइट्रोजन के एक स्थिर समस्थानिक, का भी उपयोग किया गया है। यह मुख्य रूप से प्रोटीन में सम्मिलित होता है।
  • रेडियोधर्मी समस्थानिकों को बहुत कम मात्रा में पता लगाने योग्य होने के फायदे हैं, आसानी से प्रस्फुरण गिनती या अन्य रेडियोकेमिकल विधियों द्वारा मापा जा सकता है, और एक कोशिका के विशेष क्षेत्रों के लिए स्थानीय होने में, और ऑटोरैडियोग्राफी द्वारा मात्रात्मक होने के फायदे हैं। विशिष्ट स्थितियों में रेडियोधर्मी परमाणुओं के साथ कई यौगिक तैयार किए जा सकते हैं, और व्यावसायिक रूप से व्यापक रूप से उपलब्ध हैं। उच्च मात्रा में उन्हें कर्मचारियों को विकिरण के प्रभाव से बचाने के लिए सावधानियों की आवश्यकता होती है—और वे आसानी से प्रयोगशाला कांच के बने पदार्थ और अन्य उपकरणों को दूषित कर सकते हैं। कुछ समस्थानिक के लिए आधा जीवन इतना छोटा होता है कि तैयारी और माप मुश्किल होता है।

कार्बनिक संश्लेषण द्वारा एक रेडियोधर्मी सूचक के साथ एक जटिल अणु बनाना संभव है जो कि अणु के एक छोटे से क्षेत्र तक ही सीमित हो सकता है। अल्पकालिक समस्थानिकों के लिए जैसे 11C, अणु में रेडियोधर्मी समस्थानिक को तेजी से जोड़ने की अनुमति देने के लिए बहुत तेजी से कृत्रिम तरीके विकसित किए गए हैं। उदाहरण के लिए एक सूक्ष्मप्रवाही डिवाइस में एक पैलेडियम उत्प्रेरित कार्बोनाइलीकरण अभिक्रिया का उपयोग तेजी से एमाइड बनाने के लिए किया गया है[34] और पोजीट्रान एमिशन टोमोग्राफी प्रतिबिंबन के लिए रेडियोधर्मी प्रतिबिंबन एजेंट बनाने के लिए इस विधि का उपयोग करना संभव हो सकता है।[35]

  • 3एच (ट्रिटियम), हाइड्रोजन का विकिरण समस्थानिक, बहुत उच्च विशिष्ट गतिविधियों पर उपलब्ध है, और विशेष स्थितियों में इस समस्थानिक के साथ यौगिकों को असंतृप्त अग्रदूतों के हाइड्रोजनीकरण जैसी मानक रासायनिक अभिक्रियाओं द्वारा आसानी से तैयार किया जाता है। समस्थानिक बहुत नरम बीटा विकिरण उत्सर्जित करता है, और इसे प्रस्फुरण गिनती द्वारा पता लगाया जा सकता है।
  • 11C, कार्बन-11 सामान्यतः प्रोटॉन के साथ साइक्लोट्रॉन 14N की बमबारी से उत्पन्न होता है । परिणामी परमाणु अभिक्रिया 14N(p,α)11C है।[36] इसके अतिरिक्त, साइक्लोट्रॉन का उपयोग करके कार्बन-11 भी बनाया जा सकता है; बोरिक ऑक्साइड के रूप में बोरॉन एक (पी, एन) अभिक्रिया में प्रोटॉन के साथ अभिक्रिया करता है। एक अन्य वैकल्पिक मार्ग 10B के साथ अभिक्रिया करना है। तेजी से कार्बनिक संश्लेषण द्वारा, साइक्लोट्रॉन में गठित 11C यौगिक को प्रतिबिंबन एजेंट में परिवर्तित किया जाता है जिसे बाद में पीईटी के लिए उपयोग किया जाता है।
  • 14C, कार्बन-14 बनाया जा सकता है (जैसा ऊपर बताया गया है), और लक्ष्य पदार्थ को सरल अकार्बनिक और कार्बनिक यौगिकों में परिवर्तित करना संभव है। अधिकांश कार्बनिक संश्लेषण कार्य में दो लगभग समान आकार के टुकड़ों से एक उत्पाद बनाने की कोशिश करना और एक अभिसारी मार्ग का उपयोग करना सामान्य है, लेकिन जब एक रेडियोधर्मी सूचक जोड़ा जाता है, तो संश्लेषण में एक समूह में रेडियोधर्मिता को स्थानीयकृत करने के लिए अणु को एक बहुत छोटे टुकड़े के रूप में देर से सूचक जोड़ने का प्रयास करना सामान्य है । सूचक के देर से जोड़ने से कृत्रिम चरणों की संख्या भी कम हो जाती है जहां रेडियोधर्मी पदार्थ का उपयोग किया जाता है।
  • 18F, फ्लोरीन-18 नियोन की ड्यूटेरॉन के साथ अभिक्रिया द्वारा बनाया जा सकता है, 20Ne एक (d,4He) अभिक्रिया में अभिक्रिया करता है। स्थिर फ्लोरीन (19F2) के निशान के साथ नियॉन गैस का उपयोग करना सामान्य है। 19F2 एक वाहक के रूप में कार्य करता है जो सतहों पर अवशोषण द्वारा खोई गई रेडियोधर्मिता की मात्रा को कम करके साइक्लोट्रॉन लक्ष्य से रेडियोधर्मिता की उपज को बढ़ाता है। यद्यपि, नुकसान में यह कमी अंतिम उत्पाद की विशिष्ट गतिविधि की कीमत पर है।

परमाणु स्पेक्ट्रोस्कोपी

परमाणु स्पेक्ट्रोस्कोपी वे तरीके हैं जो पदार्थ में स्थानीय संरचना की जानकारी प्राप्त करने के लिए नाभिक का उपयोग करते हैं। एनएमआर (नीचे देखें), मोसबाउर स्पेक्ट्रोस्कोपी और पर्टुरबेड कोणीय सहसंबंध महत्वपूर्ण विधियां हैं। ये विधियां नाभिक के घूर्णन के साथ अतिसूक्ष्म संरचना क्षेत्र की अंतःक्रिया उपयोग करती हैं। क्षेत्र चुंबकीय या/और बिजली हो सकता है और परमाणु और उसके आसपास के पड़ोसियों के इलेक्ट्रॉनों द्वारा बनाया जाता है। इस प्रकार, ये विधियाँ पदार्थ में स्थानीय संरचना की जाँच करती हैं, मुख्य रूप से संघनित पदार्थ भौतिकी और ठोस अवस्था रसायन विज्ञान में संघनित पदार्थ।

परमाणु चुंबकीय अनुनाद (NMR)

परमाणु चुंबकीय अनुनाद अणुओं की पहचान करने के लिए ऊर्जा अवशोषण पर पदार्थ में नाभिक के शुद्ध घूर्णन का उपयोग करता है। यह अब कृत्रिम रसायन शास्त्र के भीतर एक मानक स्पेक्ट्रोस्कोपिक उपकरण बन गया है। एनएमआर का एक प्रमुख उपयोग कार्बनिक अणु के भीतर रासायनिक बंधन घूर्णन का निर्धारण करना है।

NMR प्रतिबिंबन प्रतिबिंबन के लिए नाभिक (सामान्यतः प्रोटॉन) के शुद्ध घूर्णन का भी उपयोग करता है। यह व्यापक रूप से चिकित्सा में नैदानिक ​​​​उद्देश्यों के लिए उपयोग किया जाता है, और बिना किसी विकिरण के किसी व्यक्ति के अंदर की विस्तृत छवियां प्रदान कर सकता है। एक चिकित्सा सेटिंग में, NMR को प्रायः चुंबकीय अनुनाद प्रतिबिंबन के रूप में जाना जाता है, क्योंकि 'परमाणु' शब्द का कई लोगों के लिए नकारात्मक अर्थ है।

यह भी देखें

  • रसायन शास्त्र में प्रकाशनों की सूची#परमाणु रसायन
  • परमाणु भौतिकी
  • परमाणु स्पेक्ट्रोस्कोपी

संदर्भ

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अग्रिम पठन

Handbook of Nuclear Chemistry
Comprehensive handbook in six volumes by 130 international experts. Edited by Attila Vértes, Sándor Nagy, Zoltán Klencsár, Rezső G. Lovas, Frank Rösch. ISBN 978-1-4419-0721-9, Springer, 2011.
Radioactivity Radionuclides Radiation
Textbook by Magill, Galy. ISBN 3-540-21116-0, Springer, 2005.
Radiochemistry and Nuclear Chemistry, 3rd Ed
Comprehensive textbook by Choppin, Liljenzin and Rydberg. ISBN 0-7506-7463-6, Butterworth-Heinemann, 2001 [1].
Radiochemistry and Nuclear Chemistry, 4th Ed
Comprehensive textbook by Choppin, Liljenzin, Rydberg and Ekberg. ISBN 978-0-12-405897-2, Elsevier Inc., 2013
Radioactivity, Ionizing radiation and Nuclear Energy
Basic textbook for undergraduates by Jiri Hála and James D Navratil. ISBN 80-7302-053-X, Konvoj, Brno 2003 [2]
The Radiochemical Manual
Overview of the production and uses of both open and sealed sources. Edited by BJ Wilson and written by RJ Bayly, JR Catch, JC Charlton, CC Evans, TT Gorsuch, JC Maynard, LC Myerscough, GR Newbery, H Sheard, CBG Taylor and BJ Wilson. The radiochemical centre (Amersham) was sold via HMSO, 1966 (second edition)
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