放射化學(xué)是研究放射性物質(zhì),及與原子核轉(zhuǎn)變過程相關(guān)的化學(xué)問題的化學(xué)分支學(xué)科。放射化學(xué)與原子核物理對(duì)應(yīng)地關(guān)聯(lián)和交織在一起,成為核科學(xué)技術(shù)的兩個(gè)兄弟學(xué)科。 放射化學(xué)主要研究放射性核素的制備、分離、純化、鑒定和它們?cè)跇O低濃度時(shí)的化學(xué)狀態(tài)、核轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的性質(zhì)和行為,以及放射性核素在各學(xué)科領(lǐng)域中的應(yīng)用等。20世紀(jì)60年代以來,放射化學(xué)主要圍繞核能的開發(fā)、生產(chǎn)、應(yīng)用以及隨之而來的環(huán)境等問題,開展基礎(chǔ)性、開發(fā)性和應(yīng)用性的研究。 1896年倫琴發(fā)現(xiàn) X射線。同年貝克勒爾研究 X光管的玻璃發(fā)生熒光的原因,用硫酸鈾酰鉀晶體作熒光粉時(shí),發(fā)現(xiàn)用黑紙包裹的感光板受不發(fā)光也不放電的鈾鹽作用而感光,其中以金屬鈾的感光作用最強(qiáng)。貝克勒爾稱之為鈾光,從而發(fā)現(xiàn)了放射性現(xiàn)象。 1898年居里夫婦為了尋找放射性的來源,創(chuàng)制了測量放射性的專門儀器,測量各種物質(zhì)的放射性,發(fā)現(xiàn)有些鈾礦物及釷礦物的放射性比純鈾或純釷強(qiáng),認(rèn)為在這些礦物中含有量很少、但放射性很強(qiáng)的物質(zhì)。他們應(yīng)用化學(xué)分析分離原理結(jié)合放射性測量的新工作方法,相繼發(fā)現(xiàn)釙和鐳,從而誕生了一門新學(xué)科——放射化學(xué)。 1903年盧瑟福和索迪確定每種物質(zhì)的放射性按指數(shù)關(guān)系而衰變的規(guī)律。1910年索迪、法揚(yáng)斯同時(shí)發(fā)現(xiàn)放射性元素位移規(guī)律,提出同位素的概念。1912年赫維西等用20種化學(xué)方法試圖從鉛中分離鐳D(即鉛210),未獲成功,繼而提出以鐳D指示鉛,成功地研究了鉛在多種化學(xué)反應(yīng)中的行為,從而創(chuàng)立了放射性示蹤原子法,應(yīng)用放射化學(xué)開始得到發(fā)展。 1934年小居里夫婦用釙的α粒子轟擊鋁,并利用化學(xué)原理及方法獲得放射性磷30,發(fā)明了人工放射性。這是人類首次利用外加影響引起原子核的變化而產(chǎn)生放射性,是20世紀(jì)最重要的發(fā)明之一。同年,齊拉特等發(fā)現(xiàn)原子核在俘獲中子生成放射性新核索時(shí),由于反沖效應(yīng)導(dǎo)致一系列化學(xué)變化,后來發(fā)展為熱原子化學(xué)。 1938年哈恩等在研究鈾受中子輻照后的產(chǎn)物時(shí),用化學(xué)方法發(fā)現(xiàn)和證明了鈾核裂變現(xiàn)象。為人類開發(fā)利用核能開辟了道路,這是放射化學(xué)對(duì)核科學(xué)技術(shù)發(fā)展的巨大貢獻(xiàn)。 1940年麥克米倫等發(fā)現(xiàn)超鈾元素镎;西博格等發(fā)現(xiàn)钚,1944年提出錒系元素理論。1942年費(fèi)密等建成第一座核反應(yīng)堆,第一次實(shí)現(xiàn)受控鏈?zhǔn)搅炎兒朔磻?yīng),標(biāo)志著人類進(jìn)入利用核能的時(shí)代,核科學(xué)技術(shù)從此得到迅速發(fā)展。 隨著核武器、核電站、核艦艇以及其他核動(dòng)力裝置的研制成功,使核燃料的生產(chǎn)和回收、裂變產(chǎn)物的分離等放射化學(xué)工作得到巨大發(fā)展,促進(jìn)了放射性核索性質(zhì)的深入研究及其在工農(nóng)業(yè)、科學(xué)研究及醫(yī)藥衛(wèi)生等領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用,豐富了放射化學(xué)的內(nèi)容,使它發(fā)展成為一門具有獨(dú)特研究目的和方法的學(xué)科。 放射化學(xué)在中國的發(fā)展始于1924年,居里夫人的中國學(xué)生鄭大章,自巴黎鐳研究所居里實(shí)驗(yàn)室為祖國第一次帶回了放射化學(xué),在當(dāng)時(shí)的國立北平研究院建立了中國的鐳學(xué)研究所。鄭大章等人研究鏷及鈾系放射化學(xué),初步取得了一批成果。1937年由于日本軍國主義侵占華北,北平研究院被迫南遷,顛沛流離,放射化學(xué)的研究工作遂告中斷。 1949年中華人民共和國成立,中國的放射化學(xué)獲得了巨大的發(fā)展。從50年代中期開始,隨著核能事業(yè)的發(fā)展,放射化學(xué)作為一門基礎(chǔ)學(xué)科得到了相應(yīng)的發(fā)展。三十多年來,特別是圍繞核燃料的生產(chǎn)和回收、放射性核素的制備和應(yīng)用、錒系元素化學(xué)、核化學(xué)、放射性廢物的處理及其綜合利用、放射分析化學(xué)以及輻射化學(xué)等領(lǐng)域都取得了豐碩成果。1964年10月原子彈和1967年6月氫彈的試爆成功,反映了中國核科學(xué)技術(shù)達(dá)到了較高的水平。 放射化學(xué)這一名稱是由卡麥隆在1910年提出的。他指出放射化學(xué)的任務(wù)是研究放射性元素及其衰變產(chǎn)物的化學(xué)性質(zhì)和屬性,這一定義反映了放射化學(xué)發(fā)展初期的研究對(duì)象和內(nèi)容。隨著人工放射性和原子核裂變的發(fā)現(xiàn)、反應(yīng)堆和高能加速器的建立等,對(duì)放射化學(xué)的發(fā)展有深遠(yuǎn)的影響,使放射化學(xué)的內(nèi)容不斷充實(shí)和發(fā)展。 近代放射化學(xué)主要研究天然放射性元素和人工放射性元素的化學(xué)性質(zhì)和核性質(zhì),其提取及制備、純化的化學(xué)過程和工藝,重點(diǎn)是核燃料鈾、钚、釷,超鈾元素及裂片元素;研究原子核的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)、核反應(yīng)和核衰變的規(guī)律,以及這些研究成果的應(yīng)用;研究放射性物質(zhì)的分離、分析以及核技術(shù)在分析化學(xué)中的應(yīng)用;研究放射性核素及其標(biāo)記化合物和輻射源的制備,及其在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、科學(xué)研究、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域中的應(yīng)用。重點(diǎn)是用反應(yīng)堆和加速器生產(chǎn)各種高比活度或無載體的放射性核素和輻射源。 放射化學(xué)工作的對(duì)象是放射性物質(zhì),需要充分利用探測放射性的現(xiàn)代技術(shù),故具有一般化學(xué)所沒有的許多特點(diǎn)。 首先,放射化學(xué)的靈敏度極高,可以探測到幾個(gè)原子的質(zhì)量;其次是容易鑒別,每種放射性核素除可以普通化學(xué)性質(zhì)識(shí)別外,還可以其獨(dú)特的發(fā)射粒子的性質(zhì)、能量、半衰期以及衰變的母子關(guān)系等進(jìn)行鑒別;另外可以利用放射性物質(zhì)與其穩(wěn)定同位素的化學(xué)性質(zhì)極為相似的特點(diǎn),隨時(shí)跟蹤放射性物質(zhì)的動(dòng)向,對(duì)化學(xué)過程中的有關(guān)環(huán)節(jié)進(jìn)行觀察、研究。 放射性核衰變中發(fā)出各種射線的能量遠(yuǎn)大于環(huán)境物質(zhì)的化學(xué)結(jié)合能,致使所研究的體系產(chǎn)生一系列輻射分解-化合、輻射氧化-還原、輻射催化、發(fā)熱發(fā)光及生物化學(xué)變化等輻射效應(yīng)。在強(qiáng)放射性體系中,輻射效應(yīng)導(dǎo)致的化學(xué)物質(zhì)變化甚為顯著。 多數(shù)放射化學(xué)操作中,放射性核素的濃度極低,離子間的荷電性質(zhì)相應(yīng)突出,容易形成放射性膠體或氣溶膠,彌散或附著于環(huán)境化學(xué)物質(zhì)上。所以操作超過國家規(guī)定允許劑量的放射性物質(zhì)時(shí),需要采取特殊的放射化學(xué)技術(shù)。 為防止放射性氣體微粒進(jìn)入人體,產(chǎn)生內(nèi)照射,應(yīng)在工作箱中進(jìn)行放射化學(xué)操作。箱內(nèi)外加適當(dāng)屏蔽,使射線對(duì)人體的外照射在允許劑量以下;為減少外照射,應(yīng)用特制工具。如用機(jī)械手以代替手直接觸及放射性容器,用移液管轉(zhuǎn)移溶液,用離心管分離沉淀,使用吸附放射性物質(zhì)比玻璃少的石英器皿。強(qiáng)放射性物質(zhì)的溶液或半干燥固體因輻射分解水而發(fā)生爆炸性氣體,應(yīng)更加注意。 |