1

УЧРЕЖДЕНИЕ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК

Институт физической химии и электрохимии им. А.Н.Фрумкина РАН

(ИФХЭ РАН)

Ленинский проспект, 31, корп. 4, Москва, 119991. Тел. 955-46-01. Факс: 952 - 53 - 08. E-mail: [email protected].

ОКПО 02699292, ОГРН 1037739294230, ИНН/КПП 7725046608/772501001

УТВЕРЖДАЮ

ПРОГРАММА ВСТУПИТЕЛЬНЫХ ЭКЗАМЕНОВ В АСПИРАНТУРУ

Введение В основу настоящей программы положены следующие разделы науки:

радиохимия, ядерная физика, радиохимическая технология.

1. Физические основы радиохимии Предмет радиохимии. Ранние и современные определения радиохимии.

Основные этапы развития радиохимии и их характеристика.

Общие свойства атомных ядер. Изотопия (включая систематику и распределение изотопов). Радиоактивность (,, -захват, изомерный переход). Законы распада.

Взаимодействие излучения с веществом. Основы дозиметрии. Методы обнаружения и измерения интенсивности радиоактивных излучений.

Получение быстрых заряженных частиц. Источники нейтронов. Общие закономерности ядерных реакций. Энергетические эффекты, эффективное сечение. Основные типы ядерных реакций. Взаимодействие нейтронов с веществом. Реакция деления. Цепная ядерная реакция. Основные типы атомных реакторов. Понятие о термоядерных реакциях.

2. Общая радиохимия 2.1. Свойства и поведение изотопов средних и тяжелых элементов Динамический характер изотопного состава объектов радиохимии. Понятие идентичности физико-химического поведения изотопных атомов.

2.2. Процессы изотопного обмена Явление изотопного обмена и его определение. Идеальный изотопный обмен.

Классификация реакций идеального изотопного обмена. Движущая сила реакций идеального изотопного обмена.

Значение процессов изотопного обмена для теоретической и прикладной радиохимии и смежных с ней областей знаний.

2.3. Процессы распределения радионуклидов между различными фазами Распределение между жидкой и твердой фазами. Сорбция, хемосорбция и хроматография в радиохимии.

Процессы соосаждения. Их классификация. Соосаждение с изотопными носителями. Принцип действия изотопных носителей.

Сокристаллизация и адсорбция микроконцентраций радионуклидов.

Изоморфное соосаждение. Образование гриммовских смешанных кристаллов. Аномальные смешанные кристаллы.

Закон Хлопина. Константа Хлопина и коэффициент кристаллизации.

Адсорбция радионуклидов. Правила адсорбции Панета-Фаянса и Гана.

Классификация процессов адсорбции на ионных кристаллах. Первичная потенциал-образующая и первичная обменная адсорбция, вторичная адсорбция, их закономерности. Зависимость первичной и вторичной адсорбции от свойств ионов, рН раствора. Внутренняя адсорбция.

Ионообменная адсорбция.

Электрохимия радиоактивных элементов. Приложимость уравнения Нернста к сильно разбавленным растворам. Критический потенциал выделения и методы его определения. Электролиз микроконцентраций элементов.

Состояние радионуклидов в разбавленных жидких, твердых и газообразных средах. Состояние радиоактивных изотопов в растворах. Ионное, молекулярное и коллоидное состояние. Доказательства существования радионуклидов в различных состояниях. Методы исследования состояния радионуклидов.

2.4. Экстракция в радиохимии Проведение экстракции и реэкстракции. Кинетика экстракции. Коэффициент распределения и константа экстракции. Применение экстракции для выделения и концентрирования радионуклидов.

2.5. Процессы радиоколлоидообразования Состояние радиоактивных элементов в крайне разбавленных растворах.

Истинные и псевдорадиоколлоиды, условия их образования. Особенности поведения радионуклидов в радиоколлоидах. Методы исследования.

3. Химия радиоактивных элементов Возможность изучения химии радиоактивного элемента по поведению любого из его изотопов как следствие идентичности физико-химических свойств изотопов. Сохранение индивидуальных свойств элементов при предельно малых концентрациях. Особенности поведения радиоактивных элементов, связанные с малыми концентрациями (невозможность образования самостоятельных твердых фаз и протекания реакций с участием нескольких частиц, содержащих радиоактивный элемент, сдвиги потенциалов выделения и т.п.).

Естественные и искусственные радиоактивные элементы: технеций, прометий, полоний, астат, радон, франций, радий, актиний, торий, протактиний, уран, нептуний, плутоний и трансплутониевые элементы.

История открытия, положение в периодической системе, электронная структура, основные изотопы, методы выделения из природных объектов или получения с помощью ядерных реакций, методы идентификации, физические и химические свойства. Работы в области синтеза и идентификации сверхтяжелых элементов.

Степени окисления элементов и их устойчивость, важнейшие химические формы, их получение и анализ, практическое использование.

3.1. Уран. Распространенность в природе, изотопы урана. Важнейшие соединения урана, их получение и свойства 3.2. Химия урана в растворах Состояния окисления, устойчивые в водных растворах, окислительновосстановительные реакции.

3.3. Химия трансурановых элементов в водных растворах Окислительно-восстановительные реакции, гидролиз.

4. Химические процессы, инициированные ядерными превращениями 4.1. Химические следствия радиоактивного распада Химические изменения при изомерном переходе. Явление ядерной изомерии.

Причины явления. Различные виды превращений изомерных ядер.

Химические изменения при процессах -распада. Процессы, происходящие при -превращениях атомов (изменение зарядового состояния, радиоактивная отдача, ионизация и возбуждение электронных оболочек вследствие внезапного изменения заряда ядра). Процессы -распада атомов как основа метода синтеза новых химических форм (состояний окисления) радиоактивных элементов и меченых соединений.

4.2. Химические изменения при искусственно вызываемых ядерных превращениях Реакция (, ). Ее особенности. Химические изменения при рационном захвате нейтрона как основа метода обогащения искусственных радионуклидов и синтеза меченых соединений.

5. Научные основы технологии ядерного горючего Переработка урановых руд. Физические и химические методы обогащения, вскрытие урановых руд. Сорбционно-экстракционные методы извлечения урана из растворов и пульп. Основные химические реакции, используемые при разделении урана, нептуния, плутония и продуктов деления.

Основы ядерно-энергетического цикла. Типы ядерных реакций. Нейтронные реакции. Замедление нейтронов. Деление ядер тяжелых элементов.

Распределение продуктов деления по массам и зарядам. Цепные реакции.

Реакторы. Типы реакторов. Принцип действия ядерного реактора. Ядерное горючее, замедлители, теплоносители.

Переработка облученного ядерного горючего. Общие принципы построения технологических схем при переработке ядерного горючего. Осадительные процессы переработки горючего в целях получения плутония:

лантансульфатный, фторидный, висмутфосфатный. Переработка облученного ядерного горючего сухими методами. Методы разделения и концентрирования продуктов деления, в том числе актинидов (америций, кюрий).

6.Проблемы обращения с радиоактивными отходами Формы существования и миграции радионуклидов в природных средах.

Естественные и техногенные радионуклиды в биосфере. Радиоактивное загрязнение окружающей среды и возможности современной радиохимии в области мониторинга. Классификация радиоактивных отходов и методы их захоронения.

7. Прикладная радиохимия 7.1. Меченые соединения Получение и идентификация меченых соединений. Процессы авторадиолиза.

7.2. Радиоактивные индикаторы в науке и технологии Основы метода радиоактивных индикаторов. Применение радиоактивных изотопов в аналитической, органической и физической химии.

Основная литература Несмеянов Ан. Н. Радиохимия. 2-е изд. М.: Химия, 1978.

Нефедов В.Д., Текстер Е.Н., Торопова М.А. Радиохимия. М.: Высш. шк., 1987.

Вдовенко В.М. Современная радиохимия. М.: Атомиздат, 1969.

Старик И.Е. Основы радиохимии. Л.: Наука, 1969.

Келлер К. Радиохимия. М.: Атомиздат, 1969.

Ган О. Прикладная радиохимия. М.: Атомиздат, 1969.

Технология трансплутониевых элементов / В.М. Николаев, Е.А. Карелин, Р.А. Кузнецов, Ю.Г. Топоров. Димитровград: ГНЦ РФ НИИАР, 2000.

Дополнительная литература Радиоактивные индикаторы в химии: Основы метода / В.Б. Лукьянов, С.С.

Бердоносов и др. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Высш. шк., 1985.

Аналитическая химия трансплутониевых элементов / Б.Ф. Мясоедов и др. М.:

Наука, 1972.

Громов Б.В., Савельева В.И., Шевченко В.Б. Химическая технология облученного ядерного топлива. М.: Энергоатомиздат, 1983.

Громов В.В., Москвин А.И., Сапожников Ю.А. Техногенная радиоактивность мирового океана. М.: ИздАТ, 2000.

Изотопы. Свойства, получение, применение / Под ред. В.Ю. Баранова. М.:

ИздАТ, 2000.