عنوان الرسالة
عنوان الرسالة هو : تحضير واستخدام بعض أكاسيد المعادن في فصل بعض النظائر المشعة
Preparation and Use of Some Metal Oxides for the Separation of Some Radioisotopes.
ملخص الرسالة
تهدف هذه الرسالة إلى دراسة إمكانية فصل عنصر اليورانيوم والثوريوم والسيزيوم واليود من المحاليل المائية وذلك باستخدام أكسيد النيكل المحضر في المعمل . وبحث الظروف المناسبة للوصول إلى أعلى قيمة للفصل . وقد تم تقسيم الرسالة إلى أربعة فصول يمكن تلخيصها فيما يلي
الفصل الأول : مقدمة نظرية
وتحتوي هذه المقدمة على أربعة مباحث :
1 1 - نبذة مختصرة عن النظائر المشعة وتعريف لبعض المصطلحات الإشعاعية
2 2 - دراسة لمشكلة النفايات المشعة والتي أصبحت من أهم المشاكل في العصر الحالي من حيث طرق تصنيفها والتقنيات المتبعة في معالجتها والضوابط اللازم توفرها عند التخلص منها مع ذكر الوسائل المناسبة والمتبعة للتخلص منها في الوقت الحالي .
3 - مقدمة عن الامتزاز من المحاليل تحتوي على أنواع الامتزاز والعوامل المؤثرة فيه ونبذة عن حركية الامتزاز وثرموديناميكيته.
4 4 - مسح علمي على استخدام أكاسيد المعادن في فصل النظائر المشعة المختلفة مع التركيز على استخدام الأكاسيد على استخدام الأكاسيد والمواد غير العضوية في فصل العناصر التي أجري عليها البحث .
الفصل الثاني : الجزء العملي
ويحتوي هذا الفصل على وصف مفصل لطريقة عمل جميع التجارب الأساسية التي أجريت في هذا البحث ومواصفات المواد الكيميائية المستخدمة وكذلك وصف للأجهزة المستخدمة وطرق القياس المتبعة . كذلك يحتوي على نتائج بعض التجارب التأكيدية مثل تجربة استخلاص اليورانيوم وتحديد الأطوال الموجية المناسبة والرقم الهيدروجيني المناسب لتكوين معقدات كل من اليورانيوم والثوريوم وكذلك طيف الأشعة تحت الحمراء (IR ( وطيف الأشعة السينية للأكاسيد المحضرة .
الفصل الثالث : النتائج
ويحتوي هذا الفصل على دراسة للعوامل المؤثرة على نسبة الامتزاز باستخدام اكسيد النيكل الذي تم تحذيره وبعض الأكاسيد الأخرى للعناصر التي تمت دراستها . أما العوامل التي تمت دراسة تأثيرها على نسبة الامتزاز فهي – تأثير التغير في الرقم الهيدروجيني على ترسيب العنصر المستخدم - زمن الهز - سرعة الهز – تأثير استخدام الأيونات المنافسة – الرقم الهيدروجيني – تركيز العنصر المستخدم في المحلول - وزن الأكسيد – درجة حرارة المحلول - درجة حرارة الحرق – حجم الحبيبية - غسل الأكسيد ودراسة امتزاز بعض الأكاسيد الأخرى . وقد لوحظ أن أكسيد النيكل له قدرة جيدة على امتزاز أيونات اليورانيل ويمكن تلخيص النتائج التي تم التوصل إليها بالنسبة لليورانيوم في النقاط التالية :
1- تترسب أيونات اليورانيل في المدى من الرقم الهيدروجيني مابين ( 4.5) إلى (5) عندما يكون تركيزها في المحلول (0.01M ) .
2- زمن الهز له أثر كبير على نسبة الامتزاز وخاصة عند استخدام الأكاسيد المحضرة عندما تكون درجات حرارة الحرق مرتفعة أما الأكسيد المحضر عند الدرجة 400م فإن نسبة كبيرة من الامتزاز تتم في زمن قصير جدا وذلك عندما يكون تركيز اليورانيوم ( 0.01M ) وهو التركيز الذي أجريت عنده غالب المتغيرات وعندما يكون تركيز محلول اليورانيوم (0.002M ) فإن سرعة الامتزاز تكون أقل
3- سرعة الهز تزيد من نسبة الامتزاز عند ثبات الزمن .
4- الأيونات المنافسة ليس لها تأثير على عملية الامتزاز.
5- التغير في الرقم الهيدروجيني له أثر كبير على نسبة الامتزاز حيث ينعدم الامتزاز في الأوساط الحمضية القوية ( اقل من PH=1.0 ) وتزيد نسبة الامتزاز كلما زادت قيمة الرقم الهيدروجيني حتى نصل إلى المدى الذي يحدث فيه الترسيب
6- عند استخدام محاليل مركزة فإن نسبة الامتزاز تقل ولكن كمية المادة الممتزة تزيد أي أن السعة الامتزازية للأكسيد تزيد ونصل إلى حالة التشبع عندما نصل إلى التركيز ( 0.2M ) حيث تكون السعة الامتزازية حوالي 90 مللي مول لكل 100 جرام .
7- تزيد نسبة الامتزاز بزيادة وزن العينة .
8- الزيادة في درجة حرارة المحلول تزيد من نسبة الامتزاز حتى نصل إلى درجة الحرارة 40 / حيث نصل إلى أعلى قيمة للإمتزاز .
9- تقل القدرة على الامتزاز كلما زادت درجة حرارة الحرق وتتلاشى هذه القدرة عندما نصل إلى درجة الحرارة 1000 م كما أن الأكسيد الجاهز اقل قدرة على الامتزاز من المحضر عند درجة حرارة 400م واكبر قدرة من الاكاسيد المحضرة عند درجات حرارية أعلى وتجدر الإشارة إلى أن الدراسة أجريت بشكل أساسي على الأكسيد المحضر عند الدرجة 400م
10- حجم حبيبة الاكسيد ليس لها أثر على نسبة الامتزاز عندما يكون الزمن طويلاً وتقل سرعة الامتزاز كلما كبر حجم الحبيبة عند الأزمان القصيرة
11- عملية غسل الأكسيد بالماء تحسن من صفاته الامتزازية حيث تقلل من الارتفاع المفاجئ في الرقم الهيدروجيني . أما عند الغسل بالحمض فإنه يقل امتزازه لأيونات اليورانيل .
12- دلت دراسات الإشعة تحت الحمراء على أن أكسيد النيكل يمتز كلاً من أيوني اليورانيل والنترات .
أما الثوريوم فقد كان البحث فيه مختصرا حيث إن نسبة الامتزاز ترتفع فجأة مما يدل على حدوث عملية ترسيب وعند دراسة تأثير الرقم الهيدروجيني لوحظ أن الترسيب يحدث بتغيير القيمة الإبتدائية من ( 1.3) إلى ( 1.4) ومن الصعوبة التحكم في الرقم الهيدروجيني في هذا المدى ويوجد بعض الصعوبات يتطلب التغلب عليها إلى زمن ومجهود اكبر
وعند إجراء الدراسة على عنصر السيزيوم فإن جميع النتائج التي تم التوصل إليها تفيد بعدم وجود أي امتزاز للسيزيوم باستخدام اكسيد النيكل المحضر أو الجاهز وذلك عند جميع الظروف التي تمت دراستها .
أما اليود فقد أظهر نتائج جيدة يمكن تلخيصها في النقاط التالية .
1- لا يمكن إجراء الدراسة في وسط حامضي قوي عندما يكون تركيز الحمض أعلى من ( 1M) حيث يتغير لون اليود ويتبخر ( او يتسامى) جزء منه وكذلك يذوبجزء من الاكسيد .
2- يتم الامتزاز في زمن قصير أقل من دقيقة واحدة حيث تصل نسبة الامتزاز إلى حوالي(90%)
3- الأيونات المنافسة ( الهاليدات ) ليس لها تأثير على نسبة الامتزاز.
4- تزيد نسبة الامتزاز بزيادة الرقم الهيدروجيني حتى تصل القيمة الإبتدائية للرقم الهيدروجيني إلى ( PH=2.1 ) حيث تثبت النسبة .
5- تقل نسبة الامتزاز مع زيادة التركيز أما كمية اليود الممتزة فتزيد حتى تصل إلى حد التشبع عند التركيز (0.5M ) .
6- تزيد نسبة الامتزاز بزيادة وزن العينة .
7- لا تؤثر درجة حرارة المحلول على نسبة الامتزاز عند السرعة المعتادة للهز والزمن المعتاد .
8- تقل نسبة الامتزاز كلما زادت درجة حرارة الحرق .
9- لا يؤثر حجم الحبيبة على نسبة الامتزاز عندما يكون الزمن طويلاً.
الفصل الرابع : مناقشة النتائج
وقد تم في هذا الفصل تفسير النتائج التي تم الحصول عليها من الناحية الحركية والثرموديناميكية بالنسبة لليورانيوم واليود ، وقد اتضح انه بالنسبة لأيون اليورانيل فإن الميكانية السائدة هي ميكانية انتشار الجسيمة ( Particle Diffusion ) مع مساهمة بسيطة من ميكانية انتشار الغشاء ( Film Diffusion ) ، وبالنسبة لليود فإن الدراسة تبين أن ميكانية انتشار الغشاء هي السائدة مع مساهمة من ميكانية الجسيمة .
كما تم فحص أيزو ثيرمي لانغميور ( Langmuir Isotherm ) وفرندلش (Isotherm Freundlich ) واتضح أن الاخير هو المناسب ، وقد تم حساب بعض المتغيرات الحركية والثرموديناميكية . وأخيرا فقد أجريت مناقشة لميكانية الامتزاز في الأنظمة المدروسة .