रेडियो रसायन शास्त्र

रेडियोकैमिस्ट्री रेडियोधर्मी पदार्थो का रसायन विज्ञान है, जहां तत्वों के रेडियोधर्मी आइसोटोप का उपयोग गैर-रेडियोधर्मी आइसोटोप के गुणों और रासायनिक प्रतिक्रियाओं का अध्ययन करने के लिए किया जाता है (अधिकांशतः रेडियोकैमिस्ट्री के अन्दर रेडियोधर्मिता की अनुपस्थिति के कारण किसी पदार्थ को निष्क्रिय के रूप में वर्णित किया जाता है। आइसोटोप स्थिर हैं)। इस प्रकार अधिकांश रेडियोरसायन विज्ञान सामान्य रासायनिक प्रतिक्रियाओं का अध्ययन करने के लिए रेडियोधर्मिता के उपयोग से संबंधित है। यह विकिरण रसायन विज्ञान से बहुत भिन्न है जहां रसायन विज्ञान को प्रभावित करने के लिए विकिरण का स्तर बहुत कम रखा जाता है।

रेडियोकैमिस्ट्री में प्राकृतिक और मानव निर्मित दोनों रेडियोआइसोटोप का अध्ययन सम्मिलित है।

मुख्य क्षय मोड
सभी रेडियोआइसोटोप रासायनिक तत्व के अस्थिर आइसोटोप हैं - जो परमाणु क्षय से निकलते हैं और कुछ प्रकार के विकिरण उत्सर्जित करते हैं। उत्सर्जित विकिरण विभिन्न प्रकार का हो सकता है जिसमें अल्फा कण, बीटा कण, गामा विकिरण, प्रोटोन और न्यूट्रॉन उत्सर्जन के साथ-साथ न्युट्रीनो और एंटीपार्टिकल उत्सर्जन क्षय मार्ग सम्मिलित हैं।

1. अल्फा विकिरण या α (अल्फा) विकिरण- परमाणु नाभिक से अल्फा कण (जिसमें 2 प्रोटॉन और 2 न्यूट्रॉन होते हैं) का उत्सर्जन होता है। जब ऐसा होता है, तो परमाणु का परमाणु द्रव्यमान 4 इकाई कम हो जाएगा और परमाणु संख्या 2 इकाई कम हो जाएगी।

2. बीटा विकिरण या β (बीटा) विकिरण-एक न्यूट्रॉन का इलेक्ट्रॉन और प्रोटॉन में परमाणु रूपांतरण होता है। ऐसा होने के पश्चात, इलेक्ट्रॉन नाभिक से इलेक्ट्रॉन बादल में उत्सर्जित होता है।

3. गामा विकिरण या γ (गामा) विकिरण- परमाणु के नाभिक से विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा (जैसे गामा किरणें) का उत्सर्जन होता है। यह सामान्यतः अल्फा या बीटा रेडियोधर्मी क्षय के समय होता है।

इन तीन प्रकार के विकिरणों को उनकी भेदन शक्ति के अंतर से पहचाना जा सकता है।

अल्फा को कुछ सेंटीमीटर वायु या कागज के टुकड़े द्वारा अधिक सरलता से रोका जा सकता है और यह हीलियम नाभिक के समान है। इस प्रकार बीटा को केवल कुछ मिलीमीटर मोटी एल्यूमीनियम शीट से काटा जा सकता है और यह इलेक्ट्रॉन हैं। गामा तीनों में सबसे अधिक मर्मज्ञ है और द्रव्यमान रहित आवेश रहित उच्च-ऊर्जा फोटॉन है। गामा विकिरण की तीव्रता को कम करने के लिए अधिक मात्रा में भारी धातु विकिरण परिरक्षण ( सामान्यतः सीसा या बेरियम-आधारित) की आवश्यकता होती है।

सक्रियण विश्लेषण
वस्तुओं के न्यूट्रॉन विकिरण द्वारा, रेडियोधर्मिता को प्रेरित करना संभव है; इस प्रकार रेडियोआइसोटोप बनाने के लिए स्थिर आइसोटोप का यह सक्रियण न्यूट्रॉन सक्रियण विश्लेषण का आधार है। उच्च ऊर्जा वाली सबसे रोचक वस्तु जिसका इस तरह से अध्ययन किया गया है वह नेपोलियन के सिर के बाल हैं, जिनकी आर्सेनिक पदार्थ के लिए जांच की गई है।

विभिन्न प्रयोगात्मक विधियों की श्रृंखला उपस्थित है, इन्हें विभिन्न मैट्रिक्स में विभिन्न तत्वों की श्रृंखला के माप को सक्षम करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। इस प्रकार मैट्रिक्स (रासायनिक विश्लेषण) के प्रभाव को कम करने के लिए वांछित तत्व के रासायनिक निष्कर्षण का उपयोग करना और/या रेडियोधर्मिता के माप से पहले मैट्रिक्स तत्वों के कारण रेडियोधर्मिता को क्षय होने देना सामान्य बात है। चूंकि मैट्रिक्स प्रभाव को क्षय स्पेक्ट्रम का अवलोकन करके ठीक किया जा सकता है, इसलिए कुछ प्रारूपो के लिए बहुत कम या कोई प्रारूप तैयार करने की आवश्यकता नहीं होती है, जिससे न्यूट्रॉन सक्रियण विश्लेषण संदूषण के प्रति कम संवेदनशील हो जाता है।

यदि काल्पनिक प्रारूप जिसमें 100:10:1 अनुपात में सोडियम, यूरेनियम और कोबाल्ट होता है, उसे तापीय न्यूट्रॉन की बहुत छोटी पल्स के अधीन किया जाता है, जिससे भिन्न-भिन्न शीतलन समय की श्रृंखला के प्रभाव देखे जा सकते हैं। प्रारंभिक रेडियोधर्मिता 24Na गतिविधि (अर्ध-जीवन 15 घंटे) पर प्रबल होगा, किन्तु बढ़ते समय के साथ 239Np (अर्ध-जीवन 2.4 दिन मूल 239U से गठन के पश्चात् अर्ध-आयु 24 मिनट) और अंत में 60Co गतिविधि (5.3 वर्ष) पर प्रबल होता है।

जीवविज्ञान अनुप्रयोग
इस प्रकार जैविक अनुप्रयोग रेडियोधर्मी फास्फोरस-32 का उपयोग करके डीएनए का अध्ययन है। इन प्रयोगों में, स्थिर फास्फोरस को रासायनिक रूप से समान रेडियोधर्मी P-32 द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है, और परिणामी रेडियोधर्मिता का उपयोग अणुओं और उनके व्यवहार के विश्लेषण में किया जाता है।

एक अन्य उदाहरण वह कार्य है जो जीवित जीवों द्वारा गंधक, सेलेनियम, टेल्यूरियम और   विशेष तत्त्व जिस का प्रभाव रेडियो पर पड़ता है जैसे तत्वों के मिथाइलेशन पर किया गया था। यह दिखाया गया है कि जीवाणु इन तत्वों को अस्थिर यौगिकों में परिवर्तित कर सकते हैं, ऐसा माना जाता है कि मेथ्य्लकबालमीन (विटामिन B12 या विटामिन B12) डाइमिथाइल्स बनाने के लिए इन तत्वों को एल्काइलेट करता है। यह दिखाया गया है कि स्टेराइल जल में कोबालॉक्सिम और अकार्बनिक पोलोनियम का संयोजन अस्थिर पोलोनियम यौगिक बनाता है, जबकि नियंत्रण प्रयोग जिसमें कोबाल्ट यौगिक सम्मिलित नहीं था, उसने अस्थिर पोलोनियम यौगिक नहीं बनाया था। इस प्रकार सल्फर कार्य के लिए, आइसोटोप 35S का उपयोग किया गया था, जबकि पोलोनियम के लिए 207Po का उपयोग किया गया था। कुछ संबंधित कार्यों में बैक्टीरिया कल्चर में 57Co को सम्मिलित करके, उसके पश्चात बैक्टीरिया से कोबालामिन को भिन्न करके (और पृथक कोबालामिन की रेडियोधर्मिता की माप करके) यह दिखाया गया कि बैक्टीरिया उपलब्ध कोबाल्ट को मिथाइलकोबालामिन में परिवर्तित कर देते हैं।

चिकित्सा में पीईटी (पॉज़िट्रॉन एमिशन टोमोग्राफी) स्कैन का उपयोग सामान्यतः चिकित्सीय ​​उद्देश्यों के लिए किया जाता है। इस प्रकार रेडिएटिव ट्रेसर को रोगी में अंतःशिरा में इंजेक्ट किया जाता है और फिर पीईटी मशीन में ले जाया जाता है। रेडियोधर्मी ट्रेसर रोगी से विकिरण को बाहर की ओर छोड़ता है और मशीन में लगे कैमरे ट्रेसर से विकिरण किरणों की व्याख्या करते हैं। पीईटी स्कैन मशीनें अपनी उच्च पहचान दक्षता के कारण ठोस अवस्था दीप्ति का पता लगाने का उपयोग करती हैं, इस प्रकार एनएआई(टीएल) क्रिस्टल ट्रेसर के विकिरण को अवशोषित करते हैं और फोटॉन का उत्पादन करते हैं जो मशीन के विश्लेषण के लिए विद्युत संकेत में परिवर्तित हो जाते हैं।

पर्यावरण
रेडियोकैमिस्ट्री में पर्यावरण में रेडियोआइसोटोप के व्यवहार का अध्ययन भी सम्मिलित है; उदाहरण के लिए, जंगल या घास की आग रेडियोआइसोटोप को फिर से गतिशील बना सकती है। इन प्रयोगों में, चेरनोबिल के निकट बहिष्करण क्षेत्र में आग लगाई गई और नीचे की ओर वायु में रेडियोधर्मिता को मापा गया था।

इस प्रकार यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि बड़ी संख्या में प्रक्रियाएं पर्यावरण में रेडियोधर्मिता जारी कर सकती हैं, उदाहरण के लिए, वायु पर ब्रह्मांडीय किरणों की क्रिया रेडियोआइसोटोप (जैसे 14C और 32P) के निर्माण के लिए उत्तरदायी है, 226Ra का क्षय 222Rn बनाता है जो एक गैस है जो भवनों में प्रवेश करने से पहले चट्टानों के माध्यम से विस्तृत हो सकती है।  और जल में घुल जाते हैं और इस प्रकार पीने के जल में प्रवेश कर जाते हैं। इसके अतिरिक्त, मानवीय गतिविधियाँ जैसे परमाणु हथियार परीक्षण, दुर्घटनाएँ, और उद्योग से सामान्य रिलीज़ के परिणामस्वरूप रेडियोधर्मिता रिलीज़ हुई है।

एक्टिनाइड्स का रासायनिक रूप
प्लूटोनियम जैसे कुछ रेडियोधर्मी तत्वों का पर्यावरणीय रसायन इस तथ्य से सम्मिश्र है कि इस तत्व के समाधान अनुपातहीन हो सकते हैं और परिणामस्वरूप, विभिन्न भिन्न-भिन्न ऑक्सीकरण अवस्थाएँ साथ उपस्थित हो सकती हैं। विभिन्न परिस्थितियों में प्लूटोनियम और अन्य एक्टिनाइड्स की ऑक्सीकरण अवस्था और समन्वय संख्या की पहचान पर कुछ कार्य किया गया है। इसमें सम्मिलित है अपेक्षाकृत सरल संकुलों के दोनों समाधानों पर कार्य करें और कोलाइड पर कार्य करते हैं दो प्रमुख मैट्रिक्स मिट्टी/चट्टान (भूविज्ञान) और ठोस हैं, इन प्रणालियों में प्लूटोनियम के रासायनिक गुणों का अध्ययन एक्सएएफएस और ज़ेनेस जैसी विधियों का उपयोग करके किया गया है।

कोलाइड की गति
जबकि किसी धातु को मिट्टी के कणों की सतहों से बांधने से मिट्टी की परत के माध्यम से इसकी गति को रोका जा सकता है, यह संभव है कि रेडियोधर्मी धातु को धारण करने वाले मिट्टी के कण मिट्टी के माध्यम से कोलाइडल कणों के रूप में स्थानांतरित हो सकते हैं। यह 134Cs लेबल वाले मिट्टी के कणों का उपयोग करके घटित होता हुआ दिखाया गया है, यह मिट्टी में दरारों के माध्यम से आगे बढ़ने में सक्षम हैं।

सामान्य पृष्ठभूमि
रेडियोधर्मिता प्रत्येक स्थान पर उपस्थित है (और पृथ्वी के निर्माण के पश्चात से ही उपस्थित है)। अंतर्राष्ट्रीय परमाणु ऊर्जा एजेंसी के अनुसार एक किलोग्राम मिट्टी में सामान्यतः निम्नलिखित तीन प्राकृतिक रेडियोआइसोटोप की मात्रा होती है इस प्रकार 370 Bq 40K (सामान्य श्रेणी 100-700 Bq) 25 Bq 226Ra (सामान्य श्रेणी 10-50 Bq) 25 Bq 238U (सामान्य श्रेणी) 10-50 Bq) और 25 Bq 232Th (सामान्य सीमा 7-50 Bq) है।

सूक्ष्मजीवों की क्रिया
सूक्ष्म जीवों की क्रिया यूरेनियम को स्थिर कर सकती है; इस प्रकार थर्मोएनेरोबैक्टर क्रोमियम (VI), आयरन (III), कोबाल्ट (III), मैंगनीज (IV), और यूरेनियम (VI) को इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता के रूप में उपयोग कर सकता है, जबकि एसीटेट, ग्लूकोज, हाइड्रोजन, लैक्टेट, पाइरूवेट, सक्सेनेट और सिलोज़ कार्य कर सकते हैं। बैक्टीरिया के मेटाबोलिज्म के लिए इलेक्ट्रॉन दाता होता है। इस तरह, धातुओं को मैग्नेटाइट (Fe3O4), साइडराइट (FeCO3), रोडोड्रोसाइट (MnCO3), और यूरेनिनाइट (UO2) बनाने के लिए कम किया जा सकता है। अन्य शोधकर्ताओं ने बैक्टीरिया का उपयोग करके यूरेनियम को ठीक करने पर भी कार्य किया है .pbio.0040282,, फ्रांसिस आर. लिवेन्स एट अल। (मैनचेस्टर में कार्य करते हुए) ने सुझाव दिया है कि जियोबैक्टर सल्फ्यूरेड्यूसेंस धनायनों को यूरेनियम डाइऑक्साइड में कम कर सकता है, इसका कारण यह है कि बैक्टीरिया यूरेनिल धनायनों को  में कम कर देता है जो फिर  और  बनाने के लिए अनुपातहीन हो जाता है। यह तर्क (कम से कम आंशिक रूप से) इस अवलोकन पर आधारित था कि  बैक्टीरिया द्वारा अघुलनशील नेपच्यूनियम ऑक्साइड में परिवर्तित नहीं होता है।

शिक्षा
परमाणु चिकित्सा के बढ़ते उपयोग, परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के संभावित विस्तार, और परमाणु विपत्तियों से सुरक्षा और पिछले दशकों में उत्पन्न परमाणु अपशिष्ट के प्रबंधन के बारे में चिंताओं के अतिरिक्त, परमाणु और रेडियो रसायन विज्ञान में विशेषज्ञता चयन करने वाले छात्रों की संख्या में अधिक कमी आई है। पिछले कुछ दशक. अब, इन क्षेत्रों में विभिन्न विशेषज्ञ सेवानिवृत्ति की आयु के निकट पहुंच रहे हैं, इन महत्वपूर्ण क्षेत्रों में कार्यबल के अंतर से बचने के लिए क्रिया की आवश्यकता है, उदाहरण के लिए इन करियर में छात्रों की रुचि बढ़ाना, विश्वविद्यालयों और कॉलेजों की शैक्षिक क्षमता का विस्तार करना, और अधिक विशिष्ट प्रदान करना- नौकरी प्रशिक्षण आदि.

परमाणु और रेडियोकैमिस्ट्री (एनआरसी) अधिकतर विश्वविद्यालय स्तर पर पढ़ाई जा रही है, सामान्यतः पहले मास्टर- और पीएचडी-डिग्री स्तर पर यूरोप में, उद्योग और समाज की भविष्य की आवश्यकताओ के लिए एनआरसी शिक्षा को सुसंगत बनाने और तैयार करने के लिए पर्याप्त प्रयास किए जा रहे हैं। इस प्रयास को यूरोपीय परमाणु ऊर्जा समुदाय के 7वें फ्रेमवर्क प्रोग्राम CINCH-II परियोजना परमाणु रसायन विज्ञान में शिक्षा और प्रशिक्षण में सहयोग द्वारा समर्थित समन्वित क्रिया द्वारा वित्त पोषित परियोजनाओं में समन्वित किया जा रहा है।

बाहरी संबंध

 * ACS radioelectrochemistry