تحقیق ایزوتوپ های یک عنصر

مقدمه:

بسیاری از عناصر در چند شکل متفاوت هسته ای به طور طبیعی وجود دارند که به ،آنها ایزوتوپ می گویند. تمام ایزوتوپ های یک عنصر،خواص شیمیایی مشابه دارند و این در حالی است که بعضی از آنها خاصیت رادیو اکتیو دارند که رادیو ایزوتوپ نام دارند.

کاربرد تکنیک های هسته ای در مدیریت صنعتی و محیط زیست دائماً در حال افزایش است. جریان پیوسته عملیات آنالیز تحلیلی و پاسخ سریع ناشی از کاربرد تکنیک ها و  کنترل های هسته ای که رادیو ایزوتوپ های زیادی در آن دخیل هستند، بدین معنی است که سرعت جریان انجام کار افزایش یافته و داده های تحلیلی قابل اعتماد، دائماً می تواند در دسترس باشد. این نوع روند کنترل سرعت کار، کاهش هزینه ها و افزایش کیفیت محصول را به دنبال خواهد داشت. صنایع مدرن هم از رادیو ایزوتوپ ها در جهات مختلفی استفاده می کنند که به بهبود تولید می انجامد و گاهی اطلاعاتی ناشی از این کاربرد به دست می آید که از هیچ روش دیگری نمی توانست قابل حصول باشد.

چشمه های رادیو اکتیو بسته شده در صنایع رادیو گرافی، اندازه گیری و آنالیز مواد معدنی مورد استفاده قرار می گیرد. ماده رادیو اکتیو با نیمه عمر کوتاه در ردیابی جریان مواد و یا اندازه گیری مخلوط کردن مواد به کار می رود.

گاما استریلیزاسیون برای محصولات پزشکی و محصولات حجیم و آنهایی که عمدتاً برای نگهداری مواد غذایی به کار می روند مورد استفاه قرار می گیرد. از آنجاییکه کبالت60 یک رادیو ایزوتوپ گسیلنده گامای پر انرژی است، اکثراً از آن به منظور فوق استفاده می گردد. این رادیو ایزوتوپ در راکتور های هسته ای و گاهی به عنوان یک محصول جانبی در راکتور های قدرت ساخته و تولید می شود.

،

،

باید توجه داشت که در فرآیندهای هسته‌ای عدد اتمی و عدد جرمی دو طرف معادله یکسان  است.

از واپاش ذره از هسته توریوم چه عنصری به دست می‌آید؟

به واسطه بقای بار الکتریکی عدد اتمی دو طرف باید یکسان باشد بنابراین داریم:

در ضمن عدد جرمی دو طرف نیز باید ثابت بماند پس:

تولید ایزوتوپ ­ها

اکثر مواد بحرانی مورد نیاز تولید­ انرژی هسته ­ای ایزوتوپ­های خاصی از عناصری ویژه­ای هستند. برخی از این ایزوتوپ­ها در طبیعت وجود دارند، ولی به واسطه­ی سایر ایزوتوپ­های همان عنصر بسیار رقیق­هستند ( مانند دتریم، Li-6 ، U-235). این ایزوتوپ­ها برای این­که مفید واقع شوند بایستی غنی

( تغلیظ ) شوند. سایر ایزوتوپ­ها که به طور طبیعی فقط در مقادیر کوچک وجود دارند، یا اصلاً وجود ندارند، باید از طریق واکنش­های هسته­ای تولید شوند

( مانند تریتیم و Pu-239 ). به عبارت دیگر دو روش برای تولید ایزوتوپ­ها وجود دارد:

1-    غنی سازی.

2-    تبدیل.

ایزوتوپ ها و تفاوت آن ها در خواص فیزیکی

 با اندازه گیری هایی که از طریق دستگاه طیف سنج جرمی صورت گرفت ،مشخص شد که همه ی اتم های یک عنصر جرم مشخصی ندارند.  عدد اتمی در همه ی اتم های یک عنصر ثابت است . از آن جایی که عدد اتمی همان تعداد پروتون است ، پس تفاوت در جرم بین اتم های یک عنصر مربوط به تفاوت در تعداد نوترون ها ی موجود در هسته ی اتم می باشد. پس در این گونه اتم ها عدد اتمی  ( تعداد پروتون ) یکسان و عدد جرمی ( مجموع تعداد پروتون و نوترون ) متفاوت است.

به اتم هایی ازیک عنصر که عدد اتمی یکسان و عدد جرمی متفاوت دارند ، ایزوتوپ می گویند.

آزمایش هایی که بر روی نمونه هایی طبیعی عنصر ها صورت می گیرد نشان می دهد که در نمونه طبیعی گاز کلر دو ایزوتوپ کلر وجود دارد.              

    1.  کلر - 35    ( Cl 1735   )             2. کلر – 37   ( Cl 1737   )

و اندازه گیری ها نشان می دهد که فراوانی ایزوتوپ ها در طبیعت یکسان نیست . برای مثال از هر چهار اتم کلر در طبیعت ، سه اتم ، کلر -   35  و یک اتم ، کلر -  37  است . پس فراوانی کلر  -  35  ، 75 درصد و فراوانی کلر -  37 ، 25 درصد است.

با توجه به وجود ایزوتوپ ها برای اتم های عنصر ها و تفاوت در فراوانی آن ها برای گزارش جرم نمونه های طبیعی از اتم عنصر ها ی مختلف از جرم اتمی میانگین استفاده می کنند.  تجربه نشان  داده است  که ایزوتوپ ها  خواص شیمیایی  یکسانی دارند اما برخی  از

خواص فیزیکی آن ها که جرم وابسته است با هم متفاوت است ،  که این تفاوت را می توان در ترکیب های شیمیایی که آن ایزوتوپ ها را دارند مشاهده کرد.از این گونه خواص می توان چگالی را نام برد. برای مثال:

-- 100گرم آب معمولی O2H حجم بیش تری از 100گرم آب سنگین O2D دارد. این موضوع نشان  می دهد چگالی آب سنگین بیش تر از چگالی آب معمولی است .

و اگر یک قطعه یخ که از آب معمولی به وجود می آید را در آب سنگین بگذاریم ، روی آن قرار می گیرد.( چگالی آب سنگین بیش تر از یخی است که از آب معمولی به دست می آید.)

و اگر یک قطعه یخ که از آب سنگین  به وجود می آید را در آب معمولی بگذاریم ، در آن فرو می رود. ( چگالی آب معمولی  کم تر از یخی است که از آب سنگین به دست می آید .)