放射化学第1讲(引言).ppt

1、2020/8/23,C.L.Liu,放射化学,Radiochemistry,2020/8/23,C.L.Liu,一些基本要求,课堂上请不要吃东西，如果没有吃饱饭，可以吃完后再进教室； 有问题可以示意老师，也可以下课后给老师提出； 上课时不要接打手机； 一个作业本； 一个计算器。,2020/8/23,C.L.Liu,放射化学 (Radiochemistry),开课院：化学学院 主讲教师：刘春立 选修对象：化学 07级本科生及部分研究生 周一， 1-2， 三教406,2020/8/23,C.L.Liu,本课程的基本内容,前言、核性质 （6学时） 核衰变的统计性质 （2学时） 核衰变规律 （4学时）

2、 核辐射探测装置 （4学时） 核反应及其能量 （4学时） 辐射防护原则及方法 （4学时） 核分析技术 （4学时） 期中考试 (2学时） 讨论课 （2学时）,2020/8/23,C.L.Liu,放射化学进度表,2020/8/23,C.L.Liu,参考书目,王祥云 刘元方核化学与放射化学，北京大学出版社，2007 （主要参考书）； 郑成法 毛家骏 秦启宗核化学与核技术应用，原子能出版社，1990 （主要参考书）； 蒋明原子核物理导论，原子能出版社 1983； 刘元方 江林根编著放射化学，科学出版社 1988； 德C.克赖尔著 朱永贝睿 等译 放射化学基础，原子能出版社 1993； 任时仁著 生物学

3、中的放射性核技术， 北大出版社 1997,2020/8/23,C.L.Liu,课程考核方法,作业10% 课堂报告，20%（？人一组，自己组织与放射化学有关的资料，报告15分钟） 论文10% 期末考试60%,2020/8/23,C.L.Liu,放射化学 Radiochemistry,主要研究放射性核素和核转变产物的化学性质和行为； 研究它们的制备、分离、纯化及鉴定方法； 研究它们在环境中的行为规律； 研究其标记化合物的合成和性质； 研究放射性核素及其标记化合物在化学、生物、医学和其他科学技术领域以及在工农业生产中的应用。,选自：叶明吕 主编 张庆喜 主审 放射化学实验（第二版），原子能出版社，1

4、991,2020/8/23,C.L.Liu,Radiochemistry,The branch of chemistry dealing with radioactive phenomena. (From Websters New World Dictionary, Third College Edition,p1108) 放射化学是化学的一个分支，是研究有关放射性现象的一门科学。,2020/8/23,C.L.Liu,教育部学科目录,150.5 核化学（无机、有机、物化、分析、高分子） 150.501 放射化学 150.502 核反应化学 150.503 裂变化学 150.504 聚变化学 1

5、50.505 重离子核化学 150.506 核转变化学 150.507 环境放射化学 150.5099 核化学其他学科,2020/8/23,C.L.Liu,放射化学方法的创立,2020/8/23,C.L.Liu,放射化学研究方法的创立,1898年春天M. Curie发现沥青铀矿的放射性（比活度）比纯铀的放射性约大四倍, 因而推测在沥青铀矿中还有一种放射性更强的放射性元素。 将沥青铀矿磨碎并溶解于盐酸, 进行硫化物沉淀等多步化学分离。 在整个分离过程中, 始终用跟踪放射性的办法, 来确定大量其它元素中微量放射性元素的去向; 并巧妙地根据放射性的行踪来判断该元素的某些化学性质。这种创造性的方法,

6、是一种崭新的放射化学研究方法。,2020/8/23,C.L.Liu,Discovery of Radium,2020/8/23,C.L.Liu,Discovery of Radium,2020/8/23,C.L.Liu,Discovery of Radium,2020/8/23,C.L.Liu,Discovery of Radium,2020/8/23,C.L.Liu,Discovery of Radium,2020/8/23,C.L.Liu,作业,绘出并简要分析以上分离流程（用中文表示）,2020/8/23,C.L.Liu,Discovery of Radium,Pierre and Mar

7、ie Curie in their laboratory, where radium was discovered,2020/8/23,C.L.Liu,Discovery of Radium,A view of the extraction of radium in the old shed where the first radium was obtained,2020/8/23,C.L.Liu,Discovery of Radium,A view of the extraction of radium in the old shed where the first radium was o

8、btained,2020/8/23,C.L.Liu,早期的化学实验器具,2020/8/23,C.L.Liu,早期的化学实验器具,2020/8/23,C.L.Liu,放射化学的发展,1898年 M. Curie用化学方法发现放射性元素钋； 1910年，英国的Cameron提出将放射化学作为一个独立的分支，已有100多年的发展历程； 放射化学的基本理论已经发展成熟，有过辉煌的历史（我国上世纪50、60年代）； 近30多年的发展情况看，这一学科实际上已经走过独立发展的阶段，除自身理论的发展和完善之外，明显地走向与各学科的横向结合，成为各学科广泛应用的技术手段。 目前放射化学在放射性废物的处理和处置领

9、域正在发挥越来越大的作用。 两种观点：放射化学已经寿终正寝！放射化学走向第二个春天？,2020/8/23,C.L.Liu,放射化学发展史和成就,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） 认识到放射性核素的衰变规律（1905） 建立了放射性同位素的分离方法（1913）,2020/8/23,C.L.Liu,放射化学发展史和成就,19301950 全盛时期 发现中子、+（1932） 人工放射性元素的合成、活化分析方法的建立 （1934） 铀的裂变（1939） 反应堆（1942） 第

10、一颗原子弹爆炸（1945） （1945-8-6/9 日本广岛、长崎）,2020/8/23,C.L.Liu,放射化学发展史和成就,19501970 全面应用时期 军事：军备竞赛，第一颗氢弹（1952） 核燃料循环（1951， Purex流程， TBP) 第一座核电站（1954） 1970 民用 238Pu作为人造卫星的能源供给核素 放射免疫分析方法的建立（1960） 合成新元素 （1981）,2020/8/23,C.L.Liu,放射化学的特点,2020/8/23,C.L.Liu,放射化学的特点,放射性： 在涉及放化操作的整个过程中，放射性一直存在，放射性核素一直按固有的速率衰变，并释放出带电粒子

11、或射线。这是放射化学最重要的特点； 不稳定性： 由于放射性物质总是在不断地衰变，由一种物质转变为另一种或多种物质，使研究体系的组成不断发生变化。这就要求相应的快化学研究方法。 微量性： 放射性物质的量通常都比较小（g、ng级），低于一般的化学方法的检出限。操作中要注意丢失现象。,2020/8/23,C.L.Liu,放射化学的主要内容,2020/8/23,C.L.Liu,放射化学的主要内容,核燃料化学 放射分析化学 环境放射化学 核药物化学 放射化学及其交叉,2020/8/23,C.L.Liu,放射化学的现状,2020/8/23,C.L.Liu,放射化学的现状,20世纪40-60年代： 核武器和

12、核电发展的需要，放射化学处于辉煌阶段。以生产和处理核燃料为中心; 60年代后： 放射性同位素和核技术的广泛应用，特别是与生命科学、环境科学、地球科学、水文地质科学的结合，使这一学科具有广阔的发展空间。 目前： 随着核技术的广泛应用，尤其是核能的发展，放射化学在核材料生产、乏燃料后处理和环境安全方面发挥着越来越重要的作用。,2020/8/23,C.L.Liu,北大的放射化学,1898年，在中国创立第一所国立综合性大学（京师大学堂）的同时，放射化学也不声不响地成为自然科学的一个新生儿。 1955年北大设立物理研究室。在此基础上，成立了北京大学原子能系（1960年起改称技术物理系）。 1956年北大

13、开始建设我国第一个放射化学专业。 1958年开始在全国正式招收放射化学专业本科生。 1981年，放射化学专业成为国家批准建立的首批博士点之一。 1982年改为应用化学。 2008年重新招收核化学方向（环境放射化学/核燃料循环化学/辐射化学）硕士研究生。,2020/8/23,C.L.Liu,北大的放射化学,在我国放射化学学科的创立和发展过程中，徐光宪院士、刘元方院士、黎乐民院士、唐孝炎院士等一大批杰出的化学/放射化学家在这里建功立业。几十年来，大批的放射化学和应用化学人才走向社会，为我国的核科学事业和经济建设做出了卓越的贡献。 五十年中，北大放射化学-应用化学专业共培养本科生2276名，硕士生2

14、02名，博士生63名，博士后22名 2008年设立放射化学与辐射化学重点学科实验室。 （环境放射化学/核燃料循环化学/辐射化学）,2020/8/23,C.L.Liu,放射性（Radioactivity）,放射性的发现 Discovery of Radioactivity 自然界中的放射性现象Radioactivity in Nature,2020/8/23,C.L.Liu,放射性的发现Discovery of Radioactivity,W. Roentgen Antoine Henri Becquerel Pierre Curie Marie Curie, nee Sklodowska,20

15、20/8/23,C.L.Liu,W. Roentgens discovery of x-rays,1895年末德国物理学家W. Roentgen用Crookes管研究高压放电现象时注意到, 当用阴极电子束流轰击玻璃管壁时, 产生了荧光以及X射线。？ 作业2,2020/8/23,C.L.Liu,W. Roentgens discovery of x-rays,In 1895, W. Roentgens discovery of x-rays in this laboratory revolutionized science and medicine,2020/8/23,C.L.Liu,H. Be

16、cquerel,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 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。 发现其它的铀化合物也能发出这种射线; 到1896年5月Becquerel又证明了纯金属铀的放射性大于铀化合物的放射性。,2020/8/23,C.L.Liu,M. Curie,发现除了铀和铀的化合物外，钍和钍的化合物也有类似的放射现象。 铀和钍发出射线与其化合物的组成无关，放射现象是一种特有的原子现象； 她在发现了

17、钋和镭元素后才将这一现象称为放射性(radioactivity)。,2020/8/23,C.L.Liu,钋(Polonium)和镭(Radium)的发现,1898年6月,Curie夫妇得到了很少量的放射性比铀强150倍的黑色粉末, 再经过一番提炼又得到了放射性比铀强400倍的新放射性元素钋。 同年年底, Curie夫妇在G. Bemont的协助下, 在铅的沉淀中又发现了放射性更强的另一种元素镭。1902年提炼出了120 mg 在光谱中见不到钡的纯氯化镭,2020/8/23,C.L.Liu,The Nobel Prize in Physics 1903,Marie Curie, ne Sklod

18、owska 1/4 of the prize b.1867(in Warsaw, Poland)d.1934（）,Antoine Henri Becquerel 1/2 of the prize b.1852d.1908（） His discovery of spontaneous radioactivity,Pierre Curie 1/4 of the prize b.1859d.1906,Their joint researches on the radiation phenomena,Pierre Curie 1/4 of the prize b.1859d.1906,Pierre C

19、urie 1/4 of the prize b.1859d.1906（）,2020/8/23,C.L.Liu,The Nobel Prize in Chemistry 1911,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,Marie Curie, ne

20、Sklodowska,2020/8/23,C.L.Liu,Radioactive Substances in Nature,Radioactive substances are widely distributed in the earth Atmosphere Lithosphere (the solid, rocky part of the earth; earths crust),2020/8/23,C.L.Liu,对待放射性的两种不可取态度,惧怕 大无畏,2020/8/23,C.L.Liu,辐射防护的重要性,在进行放化操作之前，必须了解所用放射性核素的核性质、毒性以及应采取的防护措施；

21、 实际工作中必须严格遵守放射性安全防护规定； 在操作强放射性实验前，应先做冷实验； 每一步操作必须谨慎小心，尽可能减少容器或设备的放射性沾污； 放射性废物不可随意丢弃，必须妥善存放或回收处理。,2020/8/23,C.L.Liu,Radiochemistry,The end of this session,2020/8/23,C.L.Liu,放射性元素化学 Chemistry of Radioelements,天然放射性元素化学 研究天然放射性元素(U、Th、Ra、Po)的化学性质，以及有关它们的提炼精制的化学工艺，重点是铀和钍。 人工放射性元素化学 主要研究人工放射性元素的化学性质和核性质,

22、 以及它们的分离、纯化和精制的化学过程, 重点是钚等超铀元素和主要的裂片元素。 诸如239Pu(核燃料）、99mTc（核医学中广泛应用）,2020/8/23,C.L.Liu,核化学 Nuclear Chemistry,用各种能量的轻、重粒子引发核反应, 实现原子核的转变; 分离鉴定核反应的产物，并由此探讨其反应机理。 例如，“点石成金” 新元素的合成 244Pu+48Ca289114+3n,2020/8/23,C.L.Liu,核药物化学 Nuclear Pharmaceutical Chemistry,合成用于诊断各种疾病的新药物，诸如心肌显像药物、脑显像药物； 为核医学对各种脏器多种疾病的诊

23、断和治疗, 以及为研究人体的体内动态生理活动提供药物。,2020/8/23,C.L.Liu,放射分析化学 Radioanalytical Chemistry,研究放射性物质的分离分析方法以及核技术在分析中的应用。 突出成功的分析方法是中子活化分析； 带电粒子激发X荧光分析及其微区扫描； 同位素稀释法； 加速器质谱分析等。,2020/8/23,C.L.Liu,同位素生产及标记化合物Isotope Production and Labeled Compounds,用反应堆或加速器生产各种比活度和不加载体的（或无载体的）放射性核素和放射源; 制备广泛应用于各个领域的放射性标记化合物。,2020/8/

24、23,C.L.Liu,环境放射化学 Environmental Radiochemistry,针对环境中的放射性污染, 重点研究与放射性废物的处理和处置有关的各种化学问题； 利用示踪技术研究污染物质在环境中的迁移和转化问题； 当前在锕系元素和裂变产物的核素迁移方面进行着大量的工作。,2020/8/23,C.L.Liu,研究方向,放射性核素在地质介质中的迁移扩散规律研究 纳米材料在环境中的行为研究 锕系和裂片核素在地圈中的化学与迁移行为国际系列大会国际学术委员会委员 国家原子能机构国际合作顾问专家组成员 核化学与放射化学学会常务理事、副理事长 北京核学会常务理事、副理事长 核化学与放射化学杂志编

25、委 国防科工委科学技术一等奖一项、三等奖一项,2020/8/23,C.L.Liu,在研项目,国家自然科学基金面上项目： “温度和电位对弱吸附性放射性物种在深部花岗岩中迁移扩散的影响研究” ； “弱吸附性放射性核素在高庙子膨润土中迁移扩散机理研究” 国家自然科学基金重大项目（部分参与）： “核技术在分子水平上研究低毒污染物的毒理” 。 教育部博士点基金项目： “弱吸附性放射性核素在花岗岩、膨润土中的迁移扩散机理研究” ； 国防科工委高放废物地质处置专项研究 ： “处置库围岩和缓冲回填材料与关键核素的作用机制研究”。 国防基础研究项目“核素迁移研究” ； 中国工程院咨询项目： “高放废物地质处置战

26、略研究”（处置化学）；,2020/8/23,C.L.Liu,主要参考书,2020/8/23,C.L.Liu,主要出版物,Radiochimica Acta (FRG) 刘元方院士 Journal of Radioanalytical & Nuclear Chemistry (Hungary) 核化学与放射化学 （中国核学会核化学与放射化学学会） （王祥云 教授）,2020/8/23,C.L.Liu,Radiochemistry - The Integration of Physics and Chemistry,1789- KlaprothUranium discovered 1841- Pe

27、ligotUranium isolated 1895 - RoentgenX - rays 1896 - BecquerelRadioactivity 1898 - The CuriesRadium and Polonium 1899 - RutherfordAlpha & beta particles 1904 - Rutherford & Soddy Theory of radioactivity 1911 - RutherfordModel of the atom 1913 - BohrModel of the atom SoddyIsotopes of elements,2020/8/23,C.L.Liu,Radiochemistry - The Integration of Physics and Chemistry,1918 - AstonIdentifies isotopes of neon 1919 - Rutherford & Chadwick Artific