放射化学：第1章 绪论

1、放射化学放射化学放射化学放射化学 (Radiochemistry) (From Websters New World Dictionary, Third College Edition, p1108) Radiochemistry is the branch of chemistry dealing with radioactive phenomena.放射化学放射化学1910年由卡麦隆（年由卡麦隆（Cameron）提出，）提出，是近代化学的一个分支学科，是近代化学的一个分支学科，是研究有关放射性现象的一门科学。是研究有关放射性现象的一门科学。课程要求课程要求1. 了解放射化学的发展简史及在我

2、国的概况了解放射化学的发展简史及在我国的概况2. 掌握放射化学的基本概念和研究内容掌握放射化学的基本概念和研究内容3. 掌握放射化学的特点掌握放射化学的特点第第1章章 绪绪 论论第第1章章 绪绪 论论1.1 放射化学发展简史放射化学发展简史1.2 放射化学研究的内容放射化学研究的内容1.3 放射化学的特点放射化学的特点1.4 常用的放射性单位及概念常用的放射性单位及概念1.1 放射化学发展简史放射化学发展简史（1）初期阶段（）初期阶段（1896 - 1931） 天然核辐射现象的发现天然核辐射现象的发现（2）发展阶段（）发展阶段（1932 - 1942） 人工放射性和裂变现象的发现人工放射性和裂

3、变现象的发现（3）近代阶段（）近代阶段（1943 - 1969） 核反应堆技术应用于核武器核反应堆技术应用于核武器（4）现代阶段（）现代阶段（1970 - 至今）至今） 核能的大规模和平利用核能的大规模和平利用W. Roentgens discovery of x-rays（1）初期阶段）初期阶段放射性和放射性元素的发现放射性和放射性元素的发现W. Roentgens discovery of x-rays（1）初期阶段）初期阶段In 1895, W. Roentgen 在他的实验室首先发在他的实验室首先发现了现了X射线。射线。H. BecquerelThe discovery of Radi

4、oactivity（1）初期阶段）初期阶段The Nobel Prize in Chemistry 1911 成功发现放射性核素镭和钋，又成功提取了核素镭成功发现放射性核素镭和钋，又成功提取了核素镭（1）初期阶段）初期阶段（1）初期阶段）初期阶段法扬斯法扬斯K.KasimirFajans (1887 1975) （1）初期阶段）初期阶段（2）发展阶段）发展阶段 1932年，年，J.Chadwick 发现中子发现中子 1934年，年，I.Curie 和和 F. Curie 首次获得了人工放射性核素首次获得了人工放射性核素 1939年，年，O.Hahn 发现原子核裂变现象发现原子核裂变现象 194

5、2年，年，E.Fermi设计出第一座核反应堆设计出第一座核反应堆（2）发展阶段）发展阶段人工反应与人工放射性元素的发现人工反应与人工放射性元素的发现 （2）发展阶段）发展阶段The Nobel Prize in Chemistry 1944Otto Hahn,GermanyFission of Uranium第一代核武器的特点第一代核武器的特点地点地点 爆高爆高(m) 当量（万顿当量（万顿TNT） 充料充料 短时死亡人数短时死亡人数广岛广岛 58015 1.250.1 235U 约约20万万长崎长崎 50310 2.20.2 239Pu 约约14万万 利用利用235U和和239Pu等重原子核裂

6、变反应，等重原子核裂变反应，瞬时释放出巨大能量而产生杀伤破坏作用。瞬时释放出巨大能量而产生杀伤破坏作用。2万顿万顿TNT原子弹各因素损伤半径原子弹各因素损伤半径 损伤因素损伤因素 地爆（地爆（km） 空爆（空爆（km） 光辐射（热烧伤）光辐射（热烧伤） 0.8/2.0 1.1/2.9 冲击波（冲击伤）冲击波（冲击伤） 1.0/1.8 1.1/2.0 早期核辐射（辐射病）早期核辐射（辐射病） 1.2/1.5 1.2/1.5 落下灰落下灰 （放射性污染）（放射性污染） 大面积污染，随风向、风力大小变化大面积污染，随风向、风力大小变化 重度损伤半径重度损伤半径/轻度损伤半径轻度损伤半径原子弹爆炸能量

7、的表现方式原子弹爆炸能量的表现方式瞬时光辐射、冲击波、早期核辐射与放射性落下灰等。瞬时光辐射、冲击波、早期核辐射与放射性落下灰等。原子弹爆炸原子弹爆炸 1945 美国进行了第一颗原子弹爆炸试验美国进行了第一颗原子弹爆炸试验 1949-9-22 原苏联第一颗原子弹原苏联第一颗原子弹 1952-1-3 英国第一颗原子弹英国第一颗原子弹 1952-10-31 美国第一颗氢弹美国第一颗氢弹 1953-8-10 原苏联第一颗氢弹原苏联第一颗氢弹 1960-2-13 法国第一颗原子弹法国第一颗原子弹 1964-10-16 中国第一颗原子弹（中国第一颗原子弹（2万吨万吨TNT） 1967-6-17 中国第一

8、颗氢弹中国第一颗氢弹蘑菇云蘑菇云（3）近代阶段）近代阶段喜喜讯讯不不断断氢氢弹弹爆爆炸炸（4）现代阶段）现代阶段 能源能源 核电站核电站 基础医学基础医学 放射性核素作示踪剂放射性核素作示踪剂 临床医学临床医学 放射性药物放射性药物 药剂学药剂学 放射性标记化合物放射性标记化合物1958年，年， 在衡阳建立铀水冶厂；在衡阳建立铀水冶厂；1963年，年， 在兰州建立用气体扩散法富集在兰州建立用气体扩散法富集235U的工厂；的工厂；1964年，年， 富集富集235U丰度达丰度达90以上；以上；1964年，年， 建立建立404核燃料后处理厂；现已退役。核燃料后处理厂；现已退役。1964年年10月月1

9、6日，第一颗原子弹成功爆炸；日，第一颗原子弹成功爆炸；1967年年6月月17日，第一颗氢弹成功爆炸；日，第一颗氢弹成功爆炸；1971年年9月，建造核潜艇；月，建造核潜艇；1991年年12月月15日，秦山核电站日，秦山核电站I期建成发电；期建成发电；II期在建设中；期在建设中；1993年，广东大亚湾核电站建成发电；年，广东大亚湾核电站建成发电；岭澳核电站在建设中。岭澳核电站在建设中。中国核科学发展里程碑中国核科学发展里程碑 1898年年 M. Curie用放射化学方法发现放射性元素镭、钋；用放射化学方法发现放射性元素镭、钋； 1910年，英国的年，英国的Cameron提出将其作为一个独立的分支；

10、提出将其作为一个独立的分支； 已有已有100多年辉煌的发展历程；基本理论已经发展成熟多年辉煌的发展历程；基本理论已经发展成熟; 已经走过独立发展的阶段，逐步走向与各学科的横向已经走过独立发展的阶段，逐步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。结合，成为各学科广泛应用的技术手段。 目前，随着能源需求形势的发展，在世界范围内有再次目前，随着能源需求形势的发展，在世界范围内有再次 走向辉煌的态势。走向辉煌的态势。1.2 放射化学研究的内容放射化学研究的内容（2） 放射性元素化学：放射性元素化学：研究天然和人工放射性元素及其化合物的化学性质、制备方法。研究天然和人工放射性元素及其化合物

11、的化学性质、制备方法。（1） 基础放射化学：基础放射化学：研究放射性物质的物理化学行为和状态及其分离、纯化方法和原理。研究放射性物质的物理化学行为和状态及其分离、纯化方法和原理。（3）放射分析化学：）放射分析化学：研究放射性核素及其制剂的分析、测量和纯度鉴定方法。研究放射性核素及其制剂的分析、测量和纯度鉴定方法。（4） 环境放射化学：环境放射化学： 研究放射性物质在环境中的迁移和转化问题。研究放射性物质在环境中的迁移和转化问题。（5） 应用放射化学：应用放射化学：研究放射性核素在工业、农业、国防、医学等各个领域中的应用。研究放射性核素在工业、农业、国防、医学等各个领域中的应用。 低浓度时放射性

12、物质的物理化学行为和状态；低浓度时放射性物质的物理化学行为和状态； 吸附、共沉淀、胶体等物理化学行为和状态。吸附、共沉淀、胶体等物理化学行为和状态。 研究放射性物质的分离、纯化方法及其原理。研究放射性物质的分离、纯化方法及其原理。 共沉淀法、溶剂萃取法、离子交换法、色谱法等。共沉淀法、溶剂萃取法、离子交换法、色谱法等。(1) 基础放射化学（基础放射化学（Basic Radiochemistry） 天然放射性元素化学天然放射性元素化学 研究天然放射性元素研究天然放射性元素(U、Th、Ra、Po)的化学性质，的化学性质，以及有关它们的提炼精制的化学工艺，重点是铀和以及有关它们的提炼精制的化学工艺，

13、重点是铀和钍；钍； 人工放射性元素化学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主要研究人工放射性元素的化学性质和核性质, 以以及它们的分离、纯化和精制的化学过程及它们的分离、纯化和精制的化学过程, 重点是钚重点是钚等超铀元素和主要的裂片元素。如等超铀元素和主要的裂片元素。如239Pu(核燃料）、核燃料）、99mTc（核医学中广泛应用）等。（核医学中广泛应用）等。(2) 放射性元素化学（放射性元素化学（Chemistry of Radioelements） 研究放射性物质的分离分析方法以及核技术在分析中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。的应用。突出成功的分

14、析方法是中子活化分析；突出成功的分析方法是中子活化分析；带电粒子激发带电粒子激发X X荧光分析及其微区扫描；荧光分析及其微区扫描；同位素稀释法；同位素稀释法；加速器质谱分析等。加速器质谱分析等。（3） 放射分析化学（放射分析化学（Radioanalytical Chemistry） 针对环境中的放射性污染针对环境中的放射性污染, , 重点研究与放射性废物的处理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；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；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当前在

15、锕系元素和裂变产物的核素迁移方面进行着大量的工作。工作。（4） 环境放射化学（环境放射化学（ Environmental Radiochemistry ） 研究放射性核素和放射化学方法在各领域的应用，包括研究放射性核素和放射化学方法在各领域的应用，包括在工业、农业、医学、考古、环境科学等方面的应用。在工业、农业、医学、考古、环境科学等方面的应用。 合成用于诊断各种疾病的新药物，诸如心肌显像药物、脑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；显像药物； 为核医学对各种脏器多种疾病的诊断和治疗为核医学对各种脏器多种疾病的诊断和治疗, , 以及为研究以及为研究人体的体内动态生理活动提

16、供药物。人体的体内动态生理活动提供药物。(5) 应用放射化学（应用放射化学（Applied Radiochemistry）1.3 放射化学的特点放射化学的特点 放射性：放射性： 在涉及放化操作的整个过程中，放射性核素一直按固有的速率衰变，在涉及放化操作的整个过程中，放射性核素一直按固有的速率衰变，并释放出带电粒子或并释放出带电粒子或 射线。这是放射化学最重要的特点。射线。这是放射化学最重要的特点。 不稳定性：不稳定性： 由于放射性物质总是在不停地衰变，由一种物质转变为另一种或多由于放射性物质总是在不停地衰变，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种

17、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。研究方法。 低浓度和微量性：低浓度和微量性： 放射性物质的量通常都比较小（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级），低于一般的化学方法的检出限。操作中要注意丢失现象。的检出限。操作中要注意丢失现象。放射性放射性 (radioactivity) ：原子核自发地发射粒子原子核自发地发射粒子(如如，p，14C，)或电磁辐射、或电磁辐射、俘获核外电子，或自发裂变的现象称为放射性。俘获核外电子，或自发裂变的现象称为放射性。放射性放射性 优越性优越性 使研究方法的灵敏度大大提高使研究方法的灵敏度大大提高定性分析：根

18、据测定射线能量的大小来确定它是什么放射性核素；定性分析：根据测定射线能量的大小来确定它是什么放射性核素；定量分析：根据辐射出射线的浓度或强度，来确定放射性核素的含量。定量分析：根据辐射出射线的浓度或强度，来确定放射性核素的含量。 通过放射性示踪技术，研究化学反应过程中各个阶段的变化通过放射性示踪技术，研究化学反应过程中各个阶段的变化 危害性危害性 放射线可能对人体产生辐射损伤放射线可能对人体产生辐射损伤产生一系列特殊的物理化学效应，使研究体系复杂化产生一系列特殊的物理化学效应，使研究体系复杂化放射性放射性放射性衰变(radioactive decay) ：放射性核素在射出射线的同时转变成其它的

19、放射性核素或本身稳定性同位素的过程。 不稳定性不稳定性 衰变衰变 衰变衰变 衰变衰变衰变的位移定则衰变的位移定则：核电荷数减少：核电荷数减少2意味着意味着子核在元素周期表中的位置左移子核在元素周期表中的位置左移2格。格。衰变的位移定则衰变的位移定则：子核在元素周期：子核在元素周期表中的位置右移表中的位置右移1格。格。 放射性衰变放射性衰变 + （高能电子波高能电子波）*6027CoCo6027 +Ra22688Rn22286He)(4242 + （电子电子）Bi21083e0-1Po21084 在放射化学中，不能用普通的分析化学中常用的在放射化学中，不能用普通的分析化学中常用的化学纯、分析纯、

20、光谱纯等，而必须用化学纯、分析纯、光谱纯等，而必须用放射性核纯度放射性核纯度和和放射化学纯度放射化学纯度来衡量放射性物质的纯度。来衡量放射性物质的纯度。使放射性核素的制备、分离、纯化和鉴定工作复杂化。使放射性核素的制备、分离、纯化和鉴定工作复杂化。由于放射性衰变，不断有子体产生，纯度会不断变化。由于放射性衰变，不断有子体产生，纯度会不断变化。 不稳定性不稳定性 易产生吸附易产生吸附放射性核素的吸附现象放射性核素的吸附现象(Adsorption Phenomena of Radionuclides) 易与常量物质共沉淀易与常量物质共沉淀 放射性核素的共沉淀现象放射性核素的共沉淀现象(Coprec

21、ipitation Phenomena of Radionuclides) 易形成放射性胶体易形成放射性胶体 放射性胶体放射性胶体 (Radiocolloid)低浓度和微量性低浓度和微量性 adsorb (v) 吸附吸附 adsorbate (n) 吸附质，被吸附物吸附质，被吸附物 adsorbent (n) 吸附剂，吸附剂，(a) 吸附的吸附的 adsorbable (a) 可吸附的可吸附的 adsorbability (n) 吸附力吸附力 adsorption (n) 吸附，吸附作用吸附，吸附作用 desorption (n) 解吸附作用解吸附作用 ，脱附作用，脱附作用 absorb (v

22、) 吸收吸收 phenomenon (n) 现象现象 phenomena (n) (pl)nucle-, nucleo- 词头词头核核nucleus (n) 核，核心，中心，晶核核，核心，中心，晶核nuclei , nucleuses (pl)nuclide (n) 核素核素radio- 词头词头，放射，无线电，放射，无线电，X射线射线radioactive (a) 放射性的放射性的radioactivity (n) 放射性放射性radiochemistry (n) 放射化学放射化学radionuclide (n) 放射性核素放射性核素radioisotope (n) 放射性同位素放射性同位素

23、 指放射性核素从指放射性核素从液相或气相液相或气相中转移到中转移到固体固体物质表面的过物质表面的过程，该固体物质称为程，该固体物质称为吸附剂吸附剂，被吸附的物质称为，被吸附的物质称为吸附质吸附质。放射性核素的吸附现象放射性核素的吸附现象定义定义有益性有益性: :有害性有害性: :(1) 除掉废水或废气中的放射性核素，进行水和空气的净化。除掉废水或废气中的放射性核素，进行水和空气的净化。(2) 进行放射性核素的分析测定。进行放射性核素的分析测定。会造成损失，使研究结果不准确。会造成损失，使研究结果不准确。放射性核素的吸附现象放射性核素的吸附现象意义意义 放射性核素在玻璃上的吸附放射性核素在玻璃上

24、的吸附 吸附机理吸附机理（1）玻璃的成分）玻璃的成分 石英玻璃：石英玻璃：Na2SiO3 铅玻璃：铅玻璃：PbSiO3 硬质玻璃：硬质玻璃：K2SiO3 化学玻璃：化学玻璃：La2(SiO3)3 放射性核素的吸附现象放射性核素的吸附现象（2）吸附机理）吸附机理 在有水的条件下在有水的条件下Si-O-MeSi-O-H （离子交换形成一层胶态硅酸膜）（离子交换形成一层胶态硅酸膜） 玻璃中的金属离子玻璃中的金属离子Na+、K+、Pb2+等同放射性核素阳离子等同放射性核素阳离子进行交换，被吸附在器壁上造成损失。因此，玻璃也可看成进行交换，被吸附在器壁上造成损失。因此，玻璃也可看成是无机离子交换剂。是无

25、机离子交换剂。放射性核素的吸附现象放射性核素的吸附现象 防止吸附的措施防止吸附的措施（1）加入放射性核素的稳定性同位素）加入放射性核素的稳定性同位素(反载体反载体)， （NaH232PO4加入加入31PO4-3），可减少核素的吸附量。），可减少核素的吸附量。（2）使溶液保持酸性条件（减少吸附、解吸阳离子）或塑料瓶中。）使溶液保持酸性条件（减少吸附、解吸阳离子）或塑料瓶中。（3）用二氯二甲基硅烷或其它憎水用二氯二甲基硅烷或其它憎水剂处理。剂处理。放射性核素的吸附现象放射性核素的吸附现象 放射性核素在滤纸上的吸附放射性核素在滤纸上的吸附 吸附机理：吸附机理： 放射性核素是以离子或胶体状态吸附在滤纸

26、上，以放射性核素是以离子或胶体状态吸附在滤纸上，以离子形态离子形态的吸附，的吸附，是属于是属于离子交换离子交换，即放射性核素的离子同滤纸中的，即放射性核素的离子同滤纸中的K+或或-COOH中的中的H+发发生交换。生交换。 利用和消除：利用和消除： 设法回收被吸附的，先使用反载体与滤纸作用，完全沉淀到滤纸上。设法回收被吸附的，先使用反载体与滤纸作用，完全沉淀到滤纸上。过滤过滤难溶的放射性沉淀物难溶的放射性沉淀物，不用它从放射性溶液中过滤，不用它从放射性溶液中过滤非放射性的沉淀物非放射性的沉淀物。放射性核素的吸附现象放射性核素的吸附现象 易产生吸附易产生吸附放射性核素的吸附现象放射性核素的吸附现象

27、(Adsorption Phenomena of Radionuclides) 易与常量物质共沉淀易与常量物质共沉淀 放射性核素的共沉淀现象放射性核素的共沉淀现象(Coprecipitation Phenomena of Radionuclides) 易形成放射性胶体易形成放射性胶体 放射性胶体放射性胶体 (Radiocolloid)低浓度和微量性低浓度和微量性放射性胶体放射性胶体colloid (n) 胶体胶体 (a) 胶体的胶体的 (vt) 使成胶体使成胶体colloidize (vt) 胶化，使成胶体胶化，使成胶体colloidization (n) 胶化作用胶化作用colloid ch

28、emistry (n) 胶体化学胶体化学 被分散的物质称为分散相，容纳分散相的物质称分散介质。被分散的物质称为分散相，容纳分散相的物质称分散介质。由放射性物质作分散相所形成的一种胶体称放射性胶体。由放射性物质作分散相所形成的一种胶体称放射性胶体。 物质以细微粒子分散于介质中而形成的一种特定的物质以细微粒子分散于介质中而形成的一种特定的分散体系，所谓分散体系，是指一种物质以粒子的形式分散体系，所谓分散体系，是指一种物质以粒子的形式分散在另一种物质之中所构成的体系。分散在另一种物质之中所构成的体系。放射性胶体放射性胶体定定 义义放射性胶体放射性胶体分类分类(1) (1) 粒子性：胶粒比分子和离子大

29、得多，且不能透过半透膜和超细过滤介粒子性：胶粒比分子和离子大得多，且不能透过半透膜和超细过滤介 质，可在超离心力场的作用下沉降。质，可在超离心力场的作用下沉降。(2) (2) 带电性：胶粒带有电荷，因而可产生电渗析和电泳等电迁移现象，带电性：胶粒带有电荷，因而可产生电渗析和电泳等电迁移现象， 在电解质作用下，能发生凝聚或胶溶现象。在电解质作用下，能发生凝聚或胶溶现象。(3) (3) 吸附性：由于胶粒具有发达的表面并带电，因此有很强的吸附能力。吸附性：由于胶粒具有发达的表面并带电，因此有很强的吸附能力。(4) (4) 放射性：放射性胶体都带有放射性。放射性：放射性胶体都带有放射性。(5) (5)

30、 化学分离困难：胶粒参加离子交换，同位素交换能力降低，且反应化学分离困难：胶粒参加离子交换，同位素交换能力降低，且反应 过程不可逆。过程不可逆。(6) (6) 与被网织与被网织- -内皮细胞所吸收，易形成胶体的放射性核素对肝等损伤较大。内皮细胞所吸收，易形成胶体的放射性核素对肝等损伤较大。放射性胶体放射性胶体特 性 分离制备某些放射性核素分离制备某些放射性核素 环境和生物样品中测定环境和生物样品中测定90Sr，由于，由于90Sr的的 射线能量弱难以测量，射线能量弱难以测量，利用利用长期平衡的原理长期平衡的原理测定其半衰期短，射线能量强的子体测定其半衰期短，射线能量强的子体90Y的量来的量来间接

31、计算出间接计算出90Sr的量，因此，首先要从的量，因此，首先要从90Sr中分离出平衡的子体中分离出平衡的子体90Y，利用利用90Y易形成放射性胶体的性质，将易形成放射性胶体的性质，将90Sr同同90Y进行分离。进行分离。放射性胶体放射性胶体应 用 制备医用放射性扫描剂制备医用放射性扫描剂 利用放射性胶体颗粒能被网状内皮细胞所吞噬，在人体内具有选择性利用放射性胶体颗粒能被网状内皮细胞所吞噬，在人体内具有选择性蓄积的特性，将放射性核素配成胶体溶液，在临床上常用于脏器的扫描。蓄积的特性，将放射性核素配成胶体溶液，在临床上常用于脏器的扫描。常采取的措施：常采取的措施： 加强电解质，特别是酸加强电解质，

32、特别是酸 加络合剂加络合剂 加热加热 改变溶剂或滤去溶剂中的杂质改变溶剂或滤去溶剂中的杂质放射性胶体放射性胶体消 除1.4 放射性单位及概念放射性单位及概念放射性活度放射性活度(Radioactivity)：每秒钟发生核衰变的数目。：每秒钟发生核衰变的数目。1Bq = 1衰变衰变/秒秒 （dps），）， 1Ci = 3.71010 (dps) = 2.221012(dpm)1.4 放射性单位及概念放射性单位及概念 放射性比活度放射性比活度(Specific Activity)：单位质量样品：单位质量样品所含的放射性活度。（所含的放射性活度。（Bq/g，Bq/kg，Ci/g，Ci/kg） 放射性浓度放射性浓度(Radioactive Concentration)：单位体积的溶液和气体中所含放射性活度。单位体积的溶液和气体中所含放射性活度。(Bq/mL ，Bq/L )mASmmmmASAA则，通常 VAc/放射性核素纯度放射性核素纯度(Radionu