Радиохимия Учебная программа для специальности 1-54 01 03 Физико-химические методы и приборы контроля качества продукции

Учреждение образования

«БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

УТВЕРЖДАЮ

Проректор по учебной работе БГТУ

_______________

«___»___________2009 г.

Регистрационный № УД-_____/р.

РАДИОХИМИЯ

Учебная программа для специальности

1-54 01 03 Физико-химические методы и приборы

контроля качества продукции

Факультет технологии органических веществ

Кафедра физико-химических методов сертификации продукции

Курс – 2

Семестр – 4

Лекции – 34 часа  Зачет – 4 семестр

Лабораторные занятия – 34 часа

Всего аудиторных  Форма получения

часов по дисциплине – 68  высшего образования – очная

Всего часов

по дисциплине – 108

2009 г.

Учебная программа составлена на основе типовой учебной программы «Радиохимия» для студентов высших учебных заведений по  специальности 1-54 01 03 «Физико-химические методы и приборы  контроля качества продукции», утвержденной _______,  регистрационный номер _________

Рассмотрена и рекомендована к утверждению на заседании кафедры физико-химических методов сертификации продукции учреждения  образования «Белорусский государственный технологический  университет»

26 июня 2009 г., протокол №12

Заведующий кафедрой ФХМСП,

доцент, к. ф.-м. н.

__________

Составители:

доцент, к. ф.-м. н.

___________

ст. преподаватель, к. т.н.

___________

Одобрена и рекомендована к утверждению методической комиссией факультета технологии органических веществ

____________ 2009 г., протокол №___

Председатель методической

комиссии факультета ТОВ

___________

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

В условиях, сложившихся в Республике в период после аварии на Чернобыльской АЭС, изучение основ радиохимии и практические навыки радиационного контроля приобретают особенно большое значение. Эти знания и умения входят в число основных компетенций специалистов, работающих в области обеспечения качества и испытаний продукции различного назначения, имеющих квалификацию инженера по сертификации. Изучение дисциплины идет с применением ранее приобретенных познаний в рамках курсов высшей математики, физики, защиты населения от чрезвычайных ситуаций. Последняя дисциплина позволяет сократить объем занятий, отведенный на изучение детекторов и приборов для измерения ионизирующего излучения, и уделить больше внимания пониманию процессов и закономерностей, а также практически важным вопросам пробоподготовки.

Основная цель дисциплины заключается в формировании у студентов компетенций в области радиохимии как науки, опирающейся на фундаментальные законы естествознания и экспериментальные факты о воздействии ионизирующих излучений на различные объекты.

Важнейшими задачами дисциплины являются: изучение основных законов и схем радиоактивных превращений; радиоактивных семейств и свойств наиболее важных изотопов; вопросов взаимодействия ионизирующих излучений с веществом; современных методов и приборов дозиметрического, радиационного и спектрометрического контроля разнообразных объектов.

В результате изучения дисциплины студент должен

получить представление о:

–истории развития радиохимии и персоналиях, внесших набольший вклад в развитие радиохимических представлений,

– физике радиоактивных превращений,

– методах получения радиоактивных изотопов и их применении,

– видах и свойствах ионизирующего излучения,

– основах ядерной энергетики;

В результате изучения дисциплины студент должен:

знать:

–  терминологию радиохимии и радиационного контроля;

– основные закономерности радиоактивных превращений;

– радиоактивные семейства и свойства наиболее важных изотопов.

- физико-химические процессы взаимодействия ионизирующего излучения с веществом;

- физико-химические принципы детектирования ионизирующего излучения и основные детекторы;

- основы ядерной энергетики;

уметь:

–проводить пробоподготовку анализируемого объекта с учетом норм радиационной безопасности и основных санитарных правил работы с источниками ионизирующего излучения образов, содержащих изотопы стронция и цезия;

- определять радиоактивные элементы по продуктам распада;

- выполнять расчеты характеристик ионизирующего излучения и уровня загрязненности;

- проводить измерения характеристик ионизирующего излучения;

– осуществлять выбор метода и прибора для определения дозы, активности и состава изотопов.

Место дисциплины в учебном процессе – общенаучная и общеинженерная подготовка студентов.

Общий объем занятий – 108 часов, в том числе аудиторных 68 часов: лекции – 34 часа, лабораторные занятия – 34 часа; 40 часов самостоятельной работы.

СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОГО МАТЕРИАЛА

Введение

Цели, задачи и программа курса. Понятие радиохимии и основные этапы ее развития. Основные источники радиоактивного загрязнения.

Тема 1. Строение вещества

Основы теории атомного ядра: масса, форма и размеры, структура, спин и магнитный момент ядра, энергия связи и устойчивость ядер, изотопы, ядерные силы. Основные элементарные частицы и их свойства.

Тема 2. Химия ядерных превращений

Стабильные и радиоактивные ядра. Типы ядерных превращений: ? - распад, ? - превращения, изомерный переход, спонтанное деление и другие виды превращений. Схемы распада. Явление внутренней конверсии, электроны конверсии. Законы радиоактивных превращений.

Тема 3. Природная радиоактивность. Свойства основных естественных радиоактивных изотопов

Основные радиоактивные изотопы. Радиоактивные ряды. Космогенные изотопы. Физические, химические и радиационные свойства естественных нестабильных изотопов. Основные биологически значимые природные радионуклиды, накапливаемые живыми организмами.

Тема 4. Искусственные изотопы. Сверхтяжелые элементы

Источники искусственных изотопов. Физические, химические и радиационные свойства искусственных нестабильных изотопов. Миграция, рассеяние радионуклидов в атмосфере: радиоактивные аэрозоли, горячие частицы, радиоактивные атмосферные выпадения. Распространение и концентрирование радионуклидов в водных экосистемах. Миграция и накопление радионуклидов в почвах.

Физические, химические и радиационные свойства двух основных загрязняющих изотопов – цезий-137 и стронций-90. Особенности пробоподготовки образцов, содержащих вышеназванные изотопы.

Получение сверхтяжелых элементов.

Тема 5. Состояние радионуклидов в твердой, жидкой и газообразной фазах. Методы разделения и выделения радиоактивных изотопов

Основные закономерности поведения радионуклидов в твердой, жидкой и газообразной фазах. Современные и традиционные методы их выделения и разделения: адсорбция-десорбция, центрифугирование, ультрафильтрация, диализ, радиография, электрофорез, электрохимия, диффузия, экстракция, эманирование и выщелачивание.

Тема 6.  Взаимодействие излучения с веществом

Взаимодействие с веществом заряженных частиц. Ионизационные и радиационные потери. Ослабление потока излучения веществом. Формула Бете. Особенности взаимодействия быстрых частиц и тяжелых частиц с веществом. Тормозное характеристическое излучение. Переходное излучение Вавилова-Черенкова.

Характеристика и классификация нейтронов. Основные закономерности их поведения в веществе.

Прохождение гамма-квантов через вещество: фотоэффект, эффект Комптона, томпсоновское рассеяние, образование электронно-позитронных пар.

Тема 7. Принципы действия, устройство и физика детекторов ионизирующего излучения. Дозиметрия, радиометрия и спектроскопия

Устройства, регистрирующие факт пролета частицы: ионизационные камеры и счетчики. Трековые приборы: камера Вильсона и эмульсионная, пузырьковая, диффузионная, искровая камеры. Физические принципы их действия и применения.

Дозиметрия, радиометрия и спектроскопия. Единицы измерения, применяемые в радиохимии.

Тема 9. Цепная реакция. Ядерный топливный цикл

Основные физические закономерности цепной реакции: критическая масса, сечение реакции, коэффициент размножения. Основы физики реакторов: топливные элементы, замедлители, отражатели, охлаждение реакторов.

Ядерный топливный цикл: сырье для атомной промышленности и его обогащение. Утилизация ядерных отходов.

Авария на Чернобыльской АЭС: хроника событий, причины и ликвидация ее последствий.

Учебно-методическая карта

Номер раздела, темы занятия,	Название раздела, темы. Занятия; перечень изучаемых вопросов	Количество аудиторных часов	Управляемая самостоятельная работа студента	Материальное обеспечение занятия (наглядные, методические пособия и др.)	Литература	Форма контроля знаний
лекции	лабораторные занятия
1	2	3	4	5	6	7	8
1	Введение (3 ч.) Цели, задачи и программа курса. Понятие радиохимии и основные этапы ее развития. Основные источники радиоактивного загрязнения	1	2	-	презентации, оборудование, приборы лаборатории кафедры	8, 13, 19	опрос, зачет
2	Строение вещества (1 ч.) Основы теории атомного ядра: масса, форма и размеры, структура, спин и магнитный момент ядра, энергия связи и устойчивость ядер, изотопы, ядерные силы. Основные элементарные частицы и их свойства	1	-	-	презентации	8, 11	зачет
3	Химия ядерных превращений (6 ч.)	6	-	-
3.1	Стабильные и радиоактивные ядра. Типы ядерных превращений: ? - распад, ? - превращения, изомерный переход, спонтанное деление и другие виды превращений	3	-	-	презентации	7, 13, 20	зачет
3.2	Схемы распада	1	-	-	презентации	7	зачет
3.3	Явление внутренней конверсии, электроны конверсии. Законы радиоактивных превращений	2	-	-	презентации	7, 8	зачет

1	2	3	4	5	6	7	8
4	Природная радиоактивность. Свойства основных естественных радиоактивных изотопов (17 ч.)	4	8	5
4.1	Основные радиоактивные изотопы. Радиоактивные ряды. Космогенные изотопы	2	-	-	презентации	6, 8	зачет
4.2	Физические, химические и радиационные свойства естественных нестабильных изотопов	2	5	презентации	11	рефераты, зачет
4.3	Основные биологически значимые природные радионуклиды, накапливаемые живыми организмами	-	8	-	методические пособия	8, 11	Сдача допусков к лабораторным работам, защита лабораторных работ, зачет
5	Искусственные изотопы. Сверхтяжелые элементы (26 ч.)	3	8	15
5.1	Источники искусственных изотопов. Физические, химические и радиационные свойства искусственных нестабильных изотопов. Миграция, рассеяние радионуклидов в атмосфере: радиоактивные аэрозоли, горячие частицы, радиоактивные атмосферные выпадения. Распространение и концентрирование радионуклидов в водных экосистемах. Миграция и накопление радионуклидов в почвах. Получение сверхтяжелых элементов	3	-	15	презентации	1-3, 11, 12,	Рефераты, зачет
5.2	Физические, химические и радиационные свойства двух основных загрязняющих изотопов – цезий-137 и стронций-90. Особенности пробоподготовки образцов, содержащих вышеназванные изотопы	-	8	--	методические пособия	1-3, 5, 9-11	Сдача допусков к лабораторным работам, защита лабораторных работ (в том числе путем тестирования), рефераты, контрольная работа, зачет

1	2	3	4	5	6	7	8
6	Состояние радионуклидов в твердой, жидкой и газообразной фазах. Методы разделения и выделения радиоактивных изотопов (6 ч.)	6	-	-
6.1	Основные закономерности поведения радионуклидов в твердой, жидкой и газообразной фазах	3	-	-	презентации	6, 18	зачет
6.2	Современные и традиционные методы их выделения и разделения: адсорбция-десорбция, центрифугирование, ультрафильтрация, диализ, радиография, электрофорез, электрохимия, диффузия, экстракция, эманирование и выщелачивание	3	-	-	презентации	18-20	зачет
7	Взаимодействие излучения с веществом (6 ч.)	6	-	-
7.1	Взаимодействие с веществом заряженных частиц. Ионизационные и радиационные потери. Ослабление потока излучения веществом. Формула Бете. Особенности взаимодействия быстрых частиц и тяжелых частиц с веществом. Тормозное характеристическое излучение. Переходное излучение Вавилова-Черенкова	2	-	-	презентации	7, 8, 20	зачет
7.2	Характеристика и классификация нейтронов. Основные закономерности их поведения в веществе	2	-	-	презентации	7, 20	зачет
7.3	Прохождение гамма-квантов через вещество: фотоэффект, эффект Комптона, томпсоновское рассеяние, образование электронно-позитронных пар	2	-	-	презентации	7, 11, 19-20	зачет
8	Принципы действия, устройство и физика детекторов ионизирующего излучения. Дозиметрия, радиометрия и спектроскопия (20 ч.)	4	16	-
8.1	Устройства, регистрирующие факт пролета частицы: ионизационные камеры и счетчики	2	-	-	презентации	4, 6, 15	зачет
8.2	Трековые приборы: камера Вильсона и эмульсионная, пузырьковая, диффузионная, искровая камеры. Физические принципы их действия и применения	2	-	-	презентации	4, 6, 15	зачет

1	2	3	4	5	6	7	8
8.3	Дозиметрия, радиометрия и спектроскопия. Единицы измерения, применяемые в радиохимии	-	16	-	методические пособия, оборудование, приборы и реактивы лаборатории кафедры	1-3, 9-11, 14
9	Цепная реакция. Ядерный топливный цикл (23 ч.)	3	-	20
9.1	Основные физические закономерности цепной реакции: критическая масса, сечение реакции, коэффициент размножения. Основы физики реакторов: топливные элементы, замедлители, отражатели, охлаждение реакторов	2	-	10	презентации	7-8, 20	рефераты, зачет
9.2	Ядерный топливный цикл: сырье для атомной промышленности и его обогащение. Утилизация ядерных отходов. Авария на Чернобыльской АЭС: хроника событий, причины и ликвидация ее последствий	1	-	10	презентации	7, 16-17	рефераты, зачет
ИТОГО (108 ч.)	34	34	40	зачет

Лабораторные занятия

1. Задача дозиметрии. Изучение принципов действия и устройства дозиметрических приборов. Подготовка пробы к анализу. Выполнение дозиметрических измерений. Расчет дозы. (6 ч.)

2. Задача радиометрии. Изучение принципов действия и устройства радиометров. Подготовка пробы к анализу. Выполнение радиометрических измерений. Расчет активности. Изучение свойств основных естественных и искусственных радиоактивных изотопов (12 ч.)

3. Возможности спектрометрии. Бета и гамма спектрометрия. Гамма-бета спектрометр. Идентификация изотопов и изучение их свойств с помощью спектрометра. Расчет активностей. (8 ч.)

4. Законы радиоактивного распада. Ядерная статистика. (8 ч.)

Темы для самостоятельной работы студентов

Радиоактивные изотопы (физические, химические и радиобиологические свойства). Современные тенденции развития ядерной энергетики. Законодательство Республики Беларусь по обеспечению радиационной безопасности. Нормы радиационной безопасности. Основные санитарные правила обеспечения радиационной безопасности. Способы устранения последствий аварии на Чернобыльской АЭС.

Рекомендуемая литература

Основная

1. Закон Республики Беларусь «О радиационной безопасности населения». – Мн., 1998 г.

2. Нормы радиационной безопасности (НРБ-99).

3. Основные санитарные правила обеспечения радиационной безопасности (ОСП – 2002).

4. Курс дозиметрии. – М.: – Энергоатомиздат, 1970.

5. Сборник нормативных, методических, организационно-распорядительных документов Республики Беларусь в области радиационного контроля и безопасности. – Мн., 1998 г.

6. , Радиоактивные загрязнения и их измерение. – М.: Энергоатомиздат, 1989.

7. Прикладная ядерная физика. Минск: Технопринт, 2004.

8. Радиохимия. – М.: Химия, 1985.

9. Дозиметрия и радиационный контроль продукции: учебное пособие. – Мн.: БГТУ, 2005.

10. , , Лабораторный практикум по радиохимии: учеб. Пособие. – М.: МХТИ им. , 1985.

11. , Справочник по дозиметрии и радиационной гигиене. – М.: Энергоатомиздат, 1984.

12. , Глобальные радиоактивные выпадения. Трансурановые элементы в окружающей среде. М. Энергоатомиздат, , 1985.

Дополнительная

13. , , . Радиохимия. – М.: Высш. шк, 1987.

14. , , Прикладная метрология ионизирующих излучений. – М.: Энергоатомиздат, 1990.

15. , Измерение ядерных излучений. – М.: Атомиздат, 1969.

16. Чернобыльская катастрофа: радиационная защита населения. – Мн., 1997.

17. Закон Республики Беларусь «О правовом режиме территорий, подвергшихся радиоактивному загрязнению в результате катастрофы на Чернобыльской АЭС», № 000 – XII, Мн., 1991.

18. Современные методы разделения и определения радиоактивных элементов // Сборник научных трудов. – М.: Наука, 1989.

19. Прошлое и настоящее радиохимии. – Л.: Химия, 1985.

20. Ядерная физика. – Мн.: МГЭУ им. , 2007.