Синтез драгоценных металлов

Синтез драгоценных металлов предполагает использование ядерных реакторов или ускорителей частиц для производства этих элементов.

Драгоценные металлы, образующиеся в виде продуктов деления

Рутений и родий образующиеся в небольшом проценте продуктов ядерного деления урана — драгоценные металлы , . Самый длинный период полураспада радиоизотопов . этих элементов, образующихся в результате ядерного деления, составляет 373,59 дней для рутения и 45 дней для родия ^{[ нужны разъяснения ]}. Это делает возможным извлечение нерадиоактивного изотопа из отработавшего ядерного топлива после нескольких лет хранения, хотя перед использованием экстракт необходимо проверить на радиоактивность от следовых количеств других элементов. ^[1]

Рутений

Каждый килограмм продуктов деления ²³⁵U будет содержать 63,44 грамма изотопов рутения с периодом полураспада более суток. Поскольку типичное отработанное ядерное топливо содержит около 3% продуктов деления, одна тонна отработанного топлива будет содержать около 1,9 кг рутения. ¹⁰³ру и ¹⁰⁶Ru сделает расщепляющийся рутений очень радиоактивным. Если деление происходит мгновенно, то образовавшийся таким образом рутений будет обладать активностью за счет ¹⁰³Ру 109 ТБк г ⁻¹ и ¹⁰⁶Ру 1,52 ТБк г ⁻¹. ¹⁰³Период полураспада Ru составляет около 39 дней, что означает, что в течение 390 дней он фактически распадется до единственного стабильного изотопа родия. ¹⁰³Rh, задолго до того, как может произойти какая-либо повторная обработка. ¹⁰⁶Период полураспада Ru составляет около 373 дней, а это означает, что если топливо оставить охлаждаться в течение 5 лет перед переработкой, останется только около 3% от исходного количества; остальное разложится. ^[1] Для сравнения, активность природного калия (за счет встречающихся в природе ⁴⁰
К ) составляет около 30 Бк на грамм. ^[2]

Родий

можно извлечь родий Из отработанного ядерного топлива : 1 кг деления продуктов ²³⁵U содержит 13,3 грамма ¹⁰³Рх. При содержании продуктов деления 3% по массе одна тонна отработанного топлива будет содержать около 400 граммов родия. Самый долгоживущий радиоизотоп родия – ^{102 м}Rh с периодом полураспада 2,9 года, а основное состояние ( ¹⁰²Rh) имеет период полураспада 207 дней. ^[1]

Каждый килограмм делящегося родия будет содержать 6,62 нг ¹⁰²Rh и 3,68 нг ^{102 м}Рх. Как ¹⁰²Rh распадается путем бета-распада либо на ¹⁰²Ru (80%) ( некоторая эмиссия позитронов ) или произойдет ¹⁰²Pd (20%) ( гамма-излучения с энергией около 500 кэВ), а возбужденное состояние распадается в результате бета-распада (захвата электрона) до генерируется несколько фотонов ¹⁰²Ru ( гамма-излучения генерируется несколько фотонов с энергией около 1 МэВ). Если деление происходит мгновенно, то 13,3 грамма родия будут содержать 67,1 МБк (1,81 мКи) ¹⁰²Rh и 10,8 МБк (291 мкКи) ^{102 м}Рх. Поскольку отработанное ядерное топливо выдерживается около пяти лет перед переработкой, это нормально, большая часть этой деятельности распадется, оставив 4,7 МБк ¹⁰²Rh и 5,0 МБк ^{102 м}Рх. Если бы металлический родий затем оставили на 20 лет после деления, 13,3 грамма металлического родия содержали бы 1,3 кБк ¹⁰²Rh и 500 кБк ^{102 м}Рх. Родий имеет самую высокую цену из этих драгоценных металлов (440 000 долларов США за кг в 2022 году). ^[3]), но необходимо учитывать стоимость отделения родия от других металлов. ^{[ редакция ]}, хотя недавние высокие цены могут создать возможность для рассмотрения. ^[1]

Драгоценные металлы, полученные облучением

Золото

Хризопея , искусственное производство золота , является традиционной целью алхимии . Такая трансмутация возможна в ускорителях частиц или ядерных реакторах, хотя стоимость производства оценивается в триллион раз выше рыночной цены золота. Поскольку существует только один стабильный изотоп золота, ¹⁹⁷Au, ядерные реакции должны создать этот изотоп, чтобы произвести пригодное для использования золото. ^[4]

Золото было синтезировано из ртути путем нейтронной бомбардировки в 1941 году, но все полученные изотопы золота были радиоактивными . ^[5] В 1924 году немецкий учёный Адольф Мите сообщил о достижении того же результата, но после различных попыток повторения по всему миру это было признано экспериментальной ошибкой. ^[6]^[7]^[8]

В 1980 году Гленн Сиборг превратил несколько тысяч атомов висмута в золото в лаборатории Лоуренса в Беркли. Его экспериментальная техника позволила удалить протоны и нейтроны из атомов висмута. Техника Сиборга была слишком дорогой, чтобы обеспечить рутинное производство золота, но его работа наиболее близка к имитации аспекта мифического философского камня . ^[9]^[10]

См. также

Ядерная трансмутация

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д Буш, Р.П. (1991). «Восстановление металлов платиновой группы из высокоактивных радиоактивных отходов» (PDF) . Обзор платиновых металлов . 35 (4): 202–208. Архивировано из оригинала (PDF) 27 сентября 2007 г.
^ Бин Самат, С.; Грин, С.; Беддоу, АХ (1997). " ⁴⁰K-активность одного грамма калия». Физика в медицине и биологии . 42 (2): 407–413. Bibcode : 1997PMB....42..407S . doi : 10.1088/0031-9155/42/2/012 . ПМИД 9044422 . S2CID 250778838 .
^ «Спотовые цены на родий за унцию сегодня, текущий график цен на слитки в долларах США» . Биржа денег и металлов . Проверено 23 июня 2022 г.
^ Мэтсон, Джон (31 января 2014 г.). «Факт или вымысел?: Свинец можно превратить в золото» . Научный американец . Проверено 21 июня 2024 г.
^ Р. Шерр; К. Т. Бейнбридж и Х. Х. Андерсон (1941). «Трансмутация Меркурия быстрыми нейтронами». Физический обзор . 60 (7): 473–479. Бибкод : 1941PhRv...60..473S . дои : 10.1103/PhysRev.60.473 .
^ А.Мите, «Распад атома ртути», Natural Sciences, 12 (1924): 597-598.
^ «ЗОЛОТО ИЗ РТУТИ НЕВОЗМОЖНО; тесты Нью-Йоркского университета показывают, что метод трансмутации не работает. В ПРОЦЕССЕ МИТЕ ИСПОЛЬЗОВАНО его открытие следов золота, связанных с использованием испанской ртути, содержащей золото» . Нью-Йорк Таймс . 20 октября 1925 года . Проверено 9 сентября 2023 г.
^ Нельсон, Роберт А. «Адепт алхимии. Часть II. Глава 7. Трансмутации Меркурия» . Проверено 9 сентября 2023 г.
^ Алеклетт, К.; Моррисси, Д.; Лавленд, В.; МакГоги, П.; Сиборг, Г. (1981). «Энергетическая зависимость ²⁰⁹Фрагментация Bi в релятивистских ядерных столкновениях». Physical Review C. 23 ( 3): 1044. Bibcode : 1981PhRvC..23.1044A . doi : 10.1103/PhysRevC.23.1044 .
^ Мэтьюз, Роберт (2 декабря 2001 г.). «Философский камень» . «Дейли телеграф» . Проверено 22 сентября 2020 г.

Внешние ссылки

Источник нейтронов расщепления
Меркурий 197
Меркурий 197 распадается на Золото 197.
Коларик, Зденек; Ренар, Эдуард В. (2003). «Извлечение ценных платиноидов деления из отработанного ядерного топлива. Часть I ЧАСТЬ I: Общие соображения и основы химии» (PDF) . Обзор платиновых металлов . 47 (2): 74–87. Архивировано из оригинала (PDF) 9 июня 2011 г.
Коларик, Зденек; Ренар, Эдуард В. (2003). «Извлечение ценных платиноидов деления из отработанного ядерного топлива. Часть II: Процесс разделения» (PDF) . Обзор платиновых металлов . 47 (2): 123–131. Архивировано из оригинала (PDF) 9 июня 2011 г.
Коларик, Зденек; Ренар, Эдуард В. (2005). «Потенциальные применения платиноидов деления в промышленности» (PDF) . Обзор платиновых металлов . 49 (2): 79. дои : 10.1595/147106705X35263 . Архивировано из оригинала (PDF) 13 марта 2006 г.

[Bush-1] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д Буш, Р.П. (1991). «Восстановление металлов платиновой группы из высокоактивных радиоактивных отходов» (PDF) . Обзор платиновых металлов . 35 (4): 202–208. Архивировано из оригинала (PDF) 27 сентября 2007 г.

[Samat-2] Бин Самат, С.; Грин, С.; Беддоу, АХ (1997). " ⁴⁰K-активность одного грамма калия». Физика в медицине и биологии . 42 (2): 407–413. Bibcode : 1997PMB....42..407S . doi : 10.1088/0031-9155/42/2/012 . ПМИД 9044422 . S2CID 250778838 .

[3] «Спотовые цены на родий за унцию сегодня, текущий график цен на слитки в долларах США» . Биржа денег и металлов . Проверено 23 июня 2022 г.

[Au-SI-4] Мэтсон, Джон (31 января 2014 г.). «Факт или вымысел?: Свинец можно превратить в золото» . Научный американец . Проверено 21 июня 2024 г.

[5] Р. Шерр; К. Т. Бейнбридж и Х. Х. Андерсон (1941). «Трансмутация Меркурия быстрыми нейтронами». Физический обзор . 60 (7): 473–479. Бибкод : 1941PhRv...60..473S . дои : 10.1103/PhysRev.60.473 .

[6] А.Мите, «Распад атома ртути», Natural Sciences, 12 (1924): 597-598.

[7] «ЗОЛОТО ИЗ РТУТИ НЕВОЗМОЖНО; тесты Нью-Йоркского университета показывают, что метод трансмутации не работает. В ПРОЦЕССЕ МИТЕ ИСПОЛЬЗОВАНО его открытие следов золота, связанных с использованием испанской ртути, содержащей золото» . Нью-Йорк Таймс . 20 октября 1925 года . Проверено 9 сентября 2023 г.

[8] Нельсон, Роберт А. «Адепт алхимии. Часть II. Глава 7. Трансмутации Меркурия» . Проверено 9 сентября 2023 г.

[9] Алеклетт, К.; Моррисси, Д.; Лавленд, В.; МакГоги, П.; Сиборг, Г. (1981). «Энергетическая зависимость ²⁰⁹Фрагментация Bi в релятивистских ядерных столкновениях». Physical Review C. 23 ( 3): 1044. Bibcode : 1981PhRvC..23.1044A . doi : 10.1103/PhysRevC.23.1044 .

[10] Мэтьюз, Роберт (2 декабря 2001 г.). «Философский камень» . «Дейли телеграф» . Проверено 22 сентября 2020 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]