КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Общие понятия об изотопахПРИМЕНЕНИЕ РАДИОАКТИВНЫХ ИЗОТОПОВ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЙ В ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ Разновидности атомов одного и того же химического элемента с одним и тем же количеством протонов и разным количеством нейтронов носят название изотопов (буквальный перевод – «занимающий одно и то же место»). Изотоп элемента принято обозначать символом соответствующего химического элемента c двумя цифрами - массовым числом А, помещаемым сверху (слева), и атомным номером или зарядом ядра (число протонов), помещаемым внизу (слева). Например, три изотопа хрома обозначаются: 2452Сг, 2453Сг и 2454Сг. Атомный номер не всегда записывается, так как величина заряда ядра определяется химическим символом элемента. Поэтому пользуются упрощенным написанием c указанием только массового числа элемента, например 45Са (кальций-45 или Са-45), 60Со (кобальт-60 или Со-60). Идентичность химических свойств различных изотопов одного и того же элемента лежит в основе метода «меченых» атомов. Выбор радиоактивных изотопов для исследования какого-либо металлургического процесса определяется физико-химическими свойствами вещества изотопа, видом и энергией излучения, периодом полураспада, общей и удельной активностью. Поэтому далеко не все известные искусственные и естественные радиоактивные изотопы могут служить индикаторами. Количество пригодных для использования в металлургии изотопов ограничено. Например, желательно, чтобы период полураспада изотопа был минимальным, но не меньше времени эксперимента, от которого зависит общая начальная активность. B то же время остаточная интенсивность излучения должна быть достаточной для надежной регистрации соответствующими приборами. B металлургических исследованиях чаще всего применяются изотопы c периодом полураспада от нескольких до 60 суток. Если требуется выяснить поведение какого-либо химического элемента в процессе, чрезвычайно желательно использовать радиоактивный изотоп того же элемента и в том же соединении, что и исследуемый элемент. При исследовании процессов бывает нужно, чтобы вводимый в систему изотоп находился только в металле или только в шлаке. Например, для определения массы металла в металлургическом агрегате следует применять такой радиоактивный изотоп, который не окислялся бы и не переходил в шлак. Для других целей важны другие физико-химические характеристики. Так, чтобы проконтролировать процесс износа футеровки металлургических агрегатов, следует использовать радиоактивные изотопы, обладающие высокой температурой плавления и большим атомным номером. Большей частью радиоактивный изотоп можно ввести непосредственно в поставляемых ампулах и пеналах, поместив их предварительно в защитные оболочки (керамические или металлические ампулы и т. д.). В таком, виде ампула крепится к металлической штанге и вводится в изложницу с жидким металлом, в определенную точку расплава в мартеновской печи и т. д. В других случаях источник излучения помещают в отверстие, высверленное в куске шихтового материала, после чего отверстие забивают пробкой из того же материала или огнеупорной глиной. Такой способ применяют для приготовления индикаторной шихты при исследовании движения шихтовых материалов в доменной печи. Очень часто пометить материал можно только методом пропитки. Так, например, активируют руду и кокс, погружая куски их в раствор соли железа, содержащий радиоактивный изотоп железа-59; известняк мелких фракций для печей кипящего слоя; все исходные материалы при исследовании агломерационного производства; некоторые виды огнеупоров и т. п. Ввод радиоактивных изотопов. Способов ввода их в жидкие чугун, сталь, шлак может быть очень много. Общими требованиями к ним являются простота, радиологическая безопасность и достижение поставленной цели. Первый пример. Нужно быстро достичь равномерного распределения индикатора в шлаке, при этом одновременно вводят несколько ампул (3-5). Материал ампул должен обеспечить быстрое попадание изотопа в ванну, поэтому применяют либо стальные ампулы с медной крышкой и тонкой стенкой, либо ампулы из огнеупора (легко растворяющегося в шлаке). Второй пример. Нужно в период плавления равномерно «заразить» металл каким-либо изотопом. Как известно, в период плавления работать у завалочных окон печи небезопасно. Поэтому изотоп можно в любой ампуле забросить в чугуновозный ковш при наполнении его металлом из миксера. Ампула растворится в металле при транспортировке чугуна, и изотоп будет введен в печь с залитым чугуном. Отбор проб и регистрация излучений. Специфика работ в большегрузных металлургических агрегатах заключается в том, что радиоактивностью «заражаются» большие массы металла и шлака. Для снижения радиологической опасности, предельного уменьшения концентрации радиоактивных веществ в исходной продукции и удешевления стоимости препаратов, расходуемых на один опыт, нужно максимально снижать общий и удельный расход радиоиндикаторов. Проблема снижения расхода изотопов на опыты в металлургии связана с размерами и массой отбираемых проб, а также с чувствительностью аппаратуры, регистрирующей радиоактивные излучения. Что касается методики отбора проб, то она, прежде всего, зависит от характера изучаемого объекта. В зависимости от поставленных задач отбор проб производится из одной или нескольких точек объекта, единовременно или последовательно по мере развития процесса. Так, пробы шлака из сталеплавильной печи отбирают намораживанием на стальную трубу или пробной ложкой сталевара. Пробы металла отбирают специальными пробницами. Из конвертера пробы металла и шлака отбирают по ходу продувки различными способами. В большинстве случаев для этого останавливают продувку и наклоняют конвертер. Иногда изготовляют специальные штанги с пробницами, которые опускают в конвертер сверху. В таком случае пробы удается отобрать без прерывания продувки. Конструкции пробниц и размеры отливаемых проб металла (при отборе ложкой) определяются типом детектора (детектировать - «обнаруживать») излучения и регистрируемой аппаратурой. Под регистрацией излучения понимается качественное обнаружение и количественное определение ядерного излучения данного радиоактивного препарата. В настоящее время известно много методов регистрации излучений. В зависимости от эффекта взаимодействия излучения с веществом их можно подразделить на следующие основные типы. Ионизационные методы. Регистрация излучения производится при помощи соответствующих детекторов излучения: ионизационных камер и газоразрядных счетчиков (счетчиков Гейгера-Мюллера). Сцинтилляционные методы основаны на свойстве люминесценции некоторых веществ (йодистые соединения щелочных металлов, нафталин, антрацен, сульфиды кадмия и цинка и др.), т. е. способности превращать энергию ядерного излучения в световую, которая при помощи фотоэлектронного умножителя преобразуется в электрическую. Чувствительность и эффективность этого типа детекторов в несколько десятков раз выше чувствительности газонаполненных счетчиков, потому в настоящее время они получили наибольшее распространение. В названных методах регистрации излучения активность препарата выражается в относительных единицах скорости счета (импульс/мин, импульс/с, или имп/мин, имп/с). Радиографические методы основаны на химическом действии радиоактивных излучений на фотоэмульсию. Преимущество метода в том, что с его помощью можно получить общую картину распределения радиоактивныхатомов в веществе и обнаружить локализацию исследуемого элемента в очень мелких структурных участках. В металлургии метод дает возможность визуально наблюдать за поведением большинства химических элементов, составляющих основу стального слитка, проследить закономерности его кристаллизации. При радиографировании плит металла или темплетов рентгеновскую пленку накладывают на образец (или наоборот). После экспозиции и проявления пленки получают картину распределения введенных в жидкий металл радиоактивных индикаторов. Для получения качественной радиограммы концентрация изотопа в пробе должна быть не ниже определенного уровня, который находят чаще всего опытным путем; он зависит от вида энергии излучения изотопа, качества и свойств фотоматериалов и т. п. При проведении промышленных опытов имеются некоторые особенности регистрации излучения радиоактивных изотопов. В большинстве случаев не требуется знать абсолютную активность препарата, вполне достаточно определить его относительную активность. Результаты измерения радиоактивности образцов, обязательно проведённых в одинаковых условиях, сравнивают между собой. Особенно строго нужно соблюдать стандартный размер проб и их плотность. Регистрируемая интенсивность излучения изотопов зависит от химического состава проб. Излучения отражаются и рассеиваются различными материалами в различной степени. Это необходимо учитывать при сравнении радиоактивности проб металла и шлака.
Дата добавления: 2014-11-18; Просмотров: 645; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |