Оглавление | Видео опыты по химии | Видео опыты по физике | На главную страницу |
Химия и Химики № 3 2010 Журнал Химиков-Энтузиастов |
Профессия - химик Лаборатория радиохимии Козьма Прутков |
Обнаружив ошибку на странице, выделите ее и нажмите Ctrl + Enter
Химия отличается большим разнообразием объектов и методов исследований. Химики разных специальностей могут заниматься насколько разными вещами, что иногда они с трудом понимают друг друга. Однако у всех химиков есть много общего. Прежде всего, химия - наука экспериментальная. В отличие от других наук, химия сама создает объект своих исследований.
Химиков, которые могут рассказать о своей работе, не так уж и много. Одни слишком заняты, другие хорошо умеют работать, но не очень хорошо умеют рассказывать, для третьих работа стала чем-то обыденным, и они не считают, что ее подробности могут быть кому-то интересны. Предлагаем вниманию читателей рассказ специалиста, работающего в области химии трансурановых элементов.
Небольшое введение обо мне и о месте, где я работаю
Здравствуйте, я аспирант кафедры радиохимии одного из университетов России (в прошлом окончил сие заведение с красным дипломом). Областью моих интересов являются растворимость актинидов в водных системах, сорбция радионуклидов на различных материалах (как природных, так и синтетических), миграция радионуклидов в окружающей среде, да и вообще все, что связано с радиохимией мне тоже интересно. На данный момент я нахожусь в одной из стран Европы благодаря стипендиальной программе одного научного фонда (кстати, каждый может попробовать получить стипендию этого фонда, подробности изложены на их сайте). Здесь я изучаю зависимость растворимости гидроксида нептуния от ионной силы раствора и от того как со временем меняется состав твердой фазы, а также сорбцию нептуния на кварце и оксидах железа при высоких ионных силах растворов.
Работаю я в институте, который занимается проблемам захоронения радиоактивных отходов. Институт образовался совсем недавно - 1 октября 2009 года. В нашем городе есть свой университет, в котором, кстати, в 1860 году проходил международный съезд химиков, на котором были приняты определения понятий атома и молекулы. Недалеко от города расположен научный центр. В его состав входит порядка 20 институтов, в том числе институт, где я сейчас работаю, институт трансурановых элементов (ITU), который подчиняется не правительству страны, а ЕС и обнесен двойным забором с песчаной полосой, т.к. на его территории находятся несколько килограммов плутония; институты химической технологии, генетики, нанотехнологий и пр. и пр. Этот научный центр огорожен по периметру, попасть в него можно только по пропускам. Также он входит в сообщество имени Гельмгольца, объединяющее крупные научные центры по всей стране. 1 октября 2009 года в нашем городе университет и научный центр объединили в одно целое - по образу и подобию MIT (Massachusetts Institute of Technology). Амбициозные планы, ничего не скажешь. На следующих страницах представлены фотографии института и оборудования (можно сказать, небольшая экскурсия). Итак, приступим к экскурсии...
|
1.Здание института, в котором я работаю. Справа чуть позади (строение синего цвета) - одна из частей контрольной зоны (где работают с радиоактивностью).
|
2. Башенка. Водонапорная башня для нужд местного исследовательского реактора. На данный момент реактор не функционирует несколько лет в связи с политикой старого правительства, направленной на неядерное развитие энергетики (из-за этого было много запретов, под которые попали и исследовательские реакторы).
|
3. Жидкий азот.
Насколько я понял, это установка для хранения жидкого азота (хоть вверху и написано Air Liquide (видимо, название фирмы), но на маленькой табличке написано "азот" - Stickstoff, по-немецки). Стоит такая установка прямо на территории научного центра, возле одного из институтов. Когда надо - люди сами приходят и наливают себе азота столько, сколько им нужно. Красота! =) [k1]
|
4. Жидкий азот. Установочка поменьше. |
5. Раздевалка.
Каждый работник (кроме гостей, конечно) имеет свой шкафчик для одежды. За дверкой по центру находится вход в душевую.
|
6. Душевая.
Можно помыться после работы или пробежки, например. Справа находится вход в начало контрольной зоны.
|
7. Обувь. Полочки для личной обуви. Прямо - вход в контрольную зону. |
8. Обувь для переодевания.
Все сотрудники обязаны надеть специальную обувь при работе в контрольной зоне. Гостям выдаются спец. бахилы. =)
|
9. Шкафчики с халатами.
Желтые шкафчики с желтыми халатами. =) Опять же - все индивидуально - у каждого свой отдельный шкафчик и, конечно же, свой халат. Полы, кстати, в контрольной зоне моют несколько раз в день (видно как блестят).
|
10. Вход.
И вот он, наконец, вход непосредственно в помещение с лабораториями. Слева - вход, справа - выход. Каждый раз при выходе люди проходят небольшую процедуру измерения их радиоактивности (на это уходит около одной минуты). Процедура хоть и не долгая, но занимающая время. Поэтому прежде, чем заходить в контрольную зону, десять раз подумаешь, ничего ли ты не забыл, чтобы потом не возвращаться. Да, и туалет, естественно, в контрольной зоне отсутствует.
|
11. Боксы.
Работа, в основном, ведется в боксах. Основная причина - контроль атмосферы, в которой проводятся эксперименты, а не высокая активность.
|
12. Боксы. Та же "двухэтажная комната". |
13. И еще раз боксы.
Это "чистые" боксы. В них готовят образцы для измерений. Измеряемые препараты должны быть чистыми снаружи (если "загадится" прибор, то плохо будет всем), поэтому их готовят с применением больших мер предосторожности.
|
14. Датчик. Каждый бокс снабжен датчиком содержания кислорода и воды. |
15. Датчики. Датчики от разных боксов. |
16. Вид сверху. Вид на боксы со "второго" этажа. Видна система вентиляционных труб. |
17. Фильтр.
Фильтр вентиляции. Давление в контрольной зоне пониженное, т.е. в такие трубы воздух засасывается как в пылесос. На "входе" стоят бумажные фильтры, которые меняются и измеряются на возможное содержание активности каждое утро.
|
18. Кнопка тревоги.
Если что-то случится, то всегда можно нажать кнопку тревоги, которой оборудован каждый бокс. Эту кнопку можно нажать даже ногой (если нет возможности вытащить руки). Часто один бокс имеет по две таких кнопки. Бывает, что их нажимают случайно и по всему институту раздается сирена. Когда срабатывает сигнализацию, в лабораторию звонят дозиметристы и спрашивают все ли в порядке. Если все в порядке, то через некоторое время сигнализация вырубается и сообщается, что тревога была ложной.
|
19. Дистиллированная вода. Водопровод с дистиллированной водой. Красота! |
20. Деионизованная вода.
Аппарат для получения деионизованной воды с дожигом органики ультрафиолетом. Все эксперименты проводятся только в деионизованной воде. На картинке справа - резервуар с дистиллированной водой.
|
21. Фильтр.
Цеолитный фильтр очистки аргона (в боксах - только чистый аргон) от воды и кислорода (для очистки от кислорода используется медь). Такой "картридж" содержит 2 фильтра, когда один начинает плохо работать, то включают второй. А первый регенерируется.
|
22. Мусорное ведро. Весь мусор вне боксов делится на сжигаемый и не сжигаемый. |
23. Мусорный шлюз.
Весь мусор из боксов достается только с использованием таких вот пакетов. Делается это во избежание контакта загрязненных поверхностей с окружающей "чистой" средой. =) Справа показан пакет побольше.
|
24. "Паяльник". Агрегат для запаивания пластиковых пакетов с мусором из боксов. |
24-1. "Паяльник". Агрегат для запаивания пластиковых пакетов с мусором из боксов. |
25. Счетчик.
Перед выходом из лаборатории иногда лучше провериться на таком вот счетчике альфа- и бета-активности. Проверяются руки и ноги. На правой фотографии видно, куда кладутся руки.
|
25-1. Счетчик.
Перед выходом из лаборатории иногда лучше провериться на таком вот счетчике альфа- и бета-активности. Проверяются руки и ноги. На правой фотографии видно, куда кладутся руки.
|
26. Лабораторный стол. |
27. Еще боксы. |
27-1. Еще боксы. |
28. И еще один бокс. |
29. Спектрофотометр.
Спектрофотометр, собственно, стоит на потенциостате. Главное, что этот спектрофотометр "мобильный" (стол передвигается), с помощью оптоволокна его можно использовать в боксе. Разрешение у него не очень хорошее (примерно 1 нм), но он используется, в основном, просто для проверки степени окисления Pu, Np, U…
|
30. Ячейка.
Ячейка для снятия спектров поглощения внутри бокса. Дешево и сердито. =)
|
31. Общий вид. Общий вид лаборатории с боксами. |
32. Ячейка для электролиза. Используется для окисления-восстановления Pu, Np, U… |
33. Внутри.
Так выглядит изнутри синее здание (см. фотографию 1).
|
34. Автосэмплер для гамма-спектрометра.
С двух сторон находятся сами гамма-спектрометры, германиевые детекторы которых охлаждаются жидким азотом (дьюары с синими полосами внизу). Для предотвращения воздействия внешнего излучения нужна толстая свинцовая защита.
|
34-1. Автосэмплер для гамма-спектрометра.
С двух сторон находятся сами гамма-спектрометры, германиевые детекторы которых охлаждаются жидким азотом (дьюары с синими полосами внизу). Для предотвращения воздействия внешнего излучения нужна толстая свинцовая защита.
|
35. Защита. Свинец. |
35-1. Защита. Свинец. |
36. Манипулятор. Подвижная лапа, переносящая образцы на детектор гамма-спектрометра. |
37. Дьюар с жидким азотом. |
38. ЖСС.
Жидкостно-сцинтилляционный спектрометр. Используется для определения альфа- и бета-активности.
|
39. ЖСС.
В ячейки вставляются флаконы, задаются параметры измерения, все остальное делается автоматически. Автосэмплер - великая вещь!
|
40. Альфа-спектрометр. |
Отделение нептуния от других актиноидов Начало очистки нептуния от америция и плутония. Первая фаза - выпаривание азотной кислоты и последующее растворение солей в соляной кислоте
|
Раствор соли нептуния перед очисткой на анионите |
Все разделение проходит на колонке, набитой анионообменником (анионитом) |
Реакция Np(V) с иодидом. Раствор нептуния с иодидом аммония. Происходит восстановление Np(V) до Np(IV) и выделение кристаллического иода.
|
Процесс начинается. В среде концентрированной соляной кислоты Np(IV) образует анионные комплексы, вследствие чего нептуний задерживается на колонке. На фотографиях виден фронт распространения нептуния. К сожалению, частично через колонку проходил иод, который впоследствии несколько мешал. При повторной очистке этого удалось избежать удалением кристаллического йода с верха колонки (на фотографиях виден иод наверху).
|
Процесс пошел. При промывании 2 М соляной кислотой анионные комплексы Np(IV) разрушаются и нептуний начинает элюироваться. На фотографиях четко виден фронт продвижения нептуния (зеленый цвет).
На последней фотографии видно начало элюирования смеси нептуния и иода. |
Завершение процесса. Элюируется чистый нептуний изумрудного цвета. |
Результат. Растворы нептуния (сверху – более разбавленный, снизу – более концентрированный) |
После азотки. Полученные растворы нептуния затем кипятили в концентрированной азотной кислоте для окисления возможных следов органических соединений, попавших в растворы с колонки. В результате получились растворы содержащие смесь пяти- и шестивалентного нептуния. Представлены растворы разной концентрации.
|
Гидроксид нептуния (V) NpO2OH. Затем нептуний восстанавливали до Np(V) с помощью нитрита натрия, осаждали гидроксидом натрия, промывали несколько раз. И вот - чистые осадки гидроксида Np(V). |
51. Плутоний.
Растворы трехвалентного (слева) и четырехвалентного (справа) плутония, полученные моими коллегами в Москве. Плутоний тоже очищали от примеси америция.
|
52. Деионизатор.
Несколько фотографий из московской лаборатории (МГУ имени М.В.Ломоносова, Химический факультет, кафедра Радиохимии, лаборатория Дозиметрии и Радиоактивности окружающей среды). Последние фотографии оттуда же. Качество фотографий, к сожалению, плохое.
|
53. Холодильник.
Вот такой переносной портативный холодильничек используется для хранения и транспортировки биологических проб. Хорошо холодит. =)
|
54. Центрифуга.
Высокоскоростная центрифуга фирмы Beckman Coulter. Скорость вращения (max. 30000 об./мин.) зависит от используемого ротора.
|
54-1. Центрифуга.
Высокоскоростная центрифуга фирмы Beckman Coulter. Скорость вращения (max. 30000 об./мин.) зависит от используемого ротора.
На этом пока все. Вполне вероятно, что в будущем появятся новые интересные фотографии.
|
Комментарии
К1
Во-первых, на фотографии 3 показана не установка для хранения жидкого азота, а установка по получению (производству) жидкого азота.
Во-вторых, никто и никогда в виалах не ставит пробы на гамма-спектрометр: любые пробы там идут в сосудах Маринелли либо в "Дента", поскольку в них нормально соблюдена геометрия измерений. Есть и другие нюансы относительно приборов, которые либо неправильно описаны, либо неточно указано предназначение прибора. |