Radiokémia

A radiokémia a radioaktív sugárzások kémiai anyagokkal kiváltott reakcióit vizsgálja. A radioaktív sugárzásnak három fajtája ismert: alfa-sugárzás, béta-sugárzás és gamma-sugárzás, melyek kölcsönhatási keresztmetszete és ionizációs képessége eltérő.

A radiokémia története évszámokban

• 1896. február 24. Becquerel kísérlete uránsókkal (a fotolemezeken sötét nyomokat hagytak). Megállapította, hogy a radioaktív sugárzás az atommagban keletkezik.
• 1898 Pierre Curie és Madame Curie kísérlete uránszurokérccel (az urán U₃O₈ formájában van jelen)
• 1899 Rutherford megvizsgálja a radioaktív sugárzás hatásait és megállapítja, hogy kétféle sugárzás (alfa és béta) különböztethető meg, melyek elektromos töltésük alapján elválaszthatók és hatótávolságuk is különböző.
• 1901 Planck kvantumelmélete új megvilágításba helyezte az energiáról alkotott képünket
• 1903 Rutherford és Soddy: tóriumsók aktivitásának vizsgálatából spontán magátalakulásra következtetett. Felismerték, hogy a radioaktivitás jelensége hő- elektromos, vagy kémiai hatással nem befolyásolható.
• 1905 Einstein relativitáselméletével megdőlt John Dalton modellje az atomról
• 1912 Hevesy György kidolgozza a radioizotópos nyomjelzés technikáját
• 1919 Rutherford – első mesterséges elemátalakítás
• 1932 Cockraft, Walton – gyorsítók fejlesztése
• 1932 Chadwick felfedezi a neutront (az atommag egyik fő alkotórészét) bór bombázása során
• 1932 Anderson felfedezi a pozitront, az elektron ún. antirészecskéjét. Ezzel elkezdődik az izotópok felfedezése és előállítása
• 1939 Otto Hahn felveti a maghasadás (idegen kifejezéssel: fisszió) lehetőségét.
• 1942 Fermi először valósít meg önfenntartó láncreakciót, létrehozva ezzel az első atomreaktort.
• 1945. augusztus 6. Oppenheimer vezetésével elkészítik az első atombombát, amit Hirosimában vetnek be.
• 1951 tesztelik a Teller Ede vezetésével kifejlesztett H-bombát.
• 1954 az első energiatermelő atomreaktor
• 1964 Murray Gell-Mann felfedezi a kvarkokat, amely komoly lépést jelent a nukleonok szerkezetének megismerésében.
• 1959 az első hazai kutatóreaktor (a KFKIban)
• 1982 energiatermelés indul Pakson
• 1986 a Csernobil-katasztrófa

A radiokémia területei

• Az atommag szerkezete
• Radioaktivitás
• Sugárzások kölcsönhatása az anyaggal
• Magreakciók

Radiokémiai alkalmazások

• A magsugárzások detektálása
  • Nukleáris mérőműszerek
  • Detektorok
    • Szcintillációs detektorok
    • Gázionizációs detektorok
    • Félvezető detektorok
    • Dózismérő eszközök
• Nukleáris anyagok és technológiák
  • Atomreaktorok
  • Nyomjelzéses módszerek

Izotópeffektusok

Azok a fizikai eltérések, amelyeket egy elem izotópjai okoznak. Az izotópeffektusok a magtömeg, ritkábban a magspinek különbözőségén alapulnak. Ilyen fizikai eltérések:

• sűrűség
• viszkozitás
• törésmutató
• fázisegyensúly
• spektroszkópiai (színképbeli) eltérések
• kinetikai eltérések, reakciósebesség (például a víz elektrolízise során a H₂O sokkal gyorsabban bomlik, mint a természetesen jelenlévő D₂O. Jelenleg is ezt a jelenséget használják fel a nehézvíz ipari méretű előállításához.)
• kémiai egyensúlyi eltérések
• eltérő sejtbiológiai és fiziológiái hatás (Kiderült például, hogy ha algákat nehézvízbe tesznek, azok rövid idő alatt elpusztulnak. Fokozatos nehézvíz átmenet esetén viszont hozzászoknak az új környezethez.)

Az eltérések a legtöbb esetben az izotópmolekulák , ritkábban az izotópatomok között jelentősek. Például 3 fajta H izotóp létezik, 6 fajta H₂ molekula és 18 H₂O molekula.

Az izotópeffektusok gyakorlati alkalmazásai:

• izotópok meghatározása (izotópok eltérítése elektromágneses térben, ami teljes izotópos szétválasztást tesz lehetővé)
• természetes izotóparány megváltoztatása
• izotópok dúsítása (például ²³⁵U)
• spektrumanalízis: az izotópeffektusok tettek lehetővé a deutérium felfedezését a napszínképben

Források

• Vértes Attila-Nagy Sándor-Klencsár Zoltán: Handbook of Nuclear Chemistry, Kluwer Academic Publishers, Amsterdam, 2003