Санкт-Петербургский государственный университет Р А Б О Ч А

Санкт-Петербургский государственный университет
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
ИТОГОВОГО ЭКЗАМЕНА
Междисциплинарный итоговый экзамен по направлению "Химические науки".
Радиохимия
Interdisciplinary Final Exam in Chemical Sciences. Radiochemistry
Язык(и) обучения
русский
Трудоемкость в зачетных единицах: 3
Регистрационный номер рабочей программы: 025453
Раздел 1.
Характеристики учебных занятий
1.1. Цели и задачи учебных занятий
Проверить сформированность компетенций, позволяющих присвоить квалификацию
«Преподаватель-исследователь»
1.2. Требования подготовленности обучающегося к освоению содержания учебных
занятий (пререквизиты)
Полностью завершенный курс теоретического и практического обучения по
образовательной программе по направлению подготовки "Химические науки".
1.3. Перечень результатов обучения (learning outcomes)
Присвоение квалификации «Преподаватель-исследователь»
1.4. Перечень и объём активных и интерактивных форм учебных занятий
Не предусмотрено
Раздел 2.
Организация, структура и содержание учебных занятий
2.1. Организация учебных занятий
2.1.1 Основной курс
Трудоёмкость
итоговая аттестация
(сам.раб.)
промежуточная аттестация
(сам.раб.)
текущий контроль (сам.раб.)
сам. раб. с использованием
методических материалов
в присутствии
преподавателя
Самостоятельная работа
под руководством
преподавателя
итоговая аттестация
промежуточная
аттестация
текущий контроль
коллоквиумы
контрольные работы
лабораторные работы
практические
занятия
консультации
семинары
лекции
Код модуля в составе
дисциплины,
практики и т.п.
Контактная работа обучающихся с преподавателем
Объём активных и интерактивных
форм учебных занятий
Трудоёмкость, объёмы учебной работы и наполняемость групп обучающихся
ОСНОВНАЯ ТРАЕКТОРИЯ
очная форма обучения
3й год
обучения
ИТОГО
2
106
1-8
2
1-1
106
0
3
Виды, формы и сроки текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации
Виды итоговой аттестации
Формы текущего контроля
Виды промежуточной
Код модуля в
(только для программ итоговой
аттестации и дополнительных
успеваемости
аттестации
составе
образовательных программ)
дисциплины,
Формы
Сроки
Виды
Сроки
Виды
Сроки
практики и т.п.
ОСНОВНАЯ ТРАЕКТОРИЯ
очная форма обучения
3й год обучения
итоговый
экзамен,
устно,
традиционн
ая форма
3
по графику
итоговой
аттестации
2.2. Структура и содержание учебных занятий
1. Физические основы радиохимии
2. Общая радиохимия
3. Химия радиоактивных элементов
4. Химические процессы, инициированные ядерными превращениями
5. Научные основы технологии ядерного горючего
6. Проблемы обращения с радиоактивными отходами
7. Прикладная радиохимия
Раздел 3.
Обеспечение учебных занятий
3.1. Методическое обеспечение
3.1.1 Методические указания по освоению дисциплины
Не предусмотрено
3.1.2 Методическое обеспечение самостоятельной работы
Литература из списка информационного обеспечения
3.1.3 Методика проведения текущего контроля успеваемости и промежуточной
аттестации и критерии оценивания
Экзамен проводится в форме защиты (доклад с использованием презентаций) по
материалу экзаменационного билета (включающего один вопрос), полученного за одну
неделю до защиты. В ходе собеседования с членами экзаменационной комиссии аспирант
должен быть способен продемонстрировать успешное овладение навыками
педагогической деятельности, в частности уметь подготовить и прочитать лекцию на
заданную тему.
Критерием оценивания доклада (30 мин) служит четырехбалльная система. По качеству
представленного презентационного материала, умению демонстрировать педагогические
навыки, степени чёткости и полноты ответов на вопросы аттестационной комиссии по
докладу ставятся следующие оценки: "отлично", "хорошо", "удовлетворительно" и
"неудовлетворительно".
3.1.4 Методические материалы для проведения текущего контроля успеваемости и
промежуточной аттестации (контрольно-измерительные материалы, оценочные
средства)
Список вопросов
1. Предмет радиохимии. Ранние и современные определения радиохимии. Основные
этапы развития радиохимии и их характеристика.
2. Общие свойства атомных ядер. Изотопия (включая систематику и распределение
изотопов). Радиоактивность ( ,  ,  -захват, изомерный переход). Законы распада.
3. Взаимодействие излучения с веществом. Основы дозиметрии. Методы
обнаружения и измерения интенсивности радиоактивных излучений. Основные
методы ядерной спектроскопии.
4. Получение быстрых заряженных частиц. Источники нейтронов. Общие
закономерности ядерных реакций. Энергетические эффекты, эффективное сечение.
5. Основные типы ядерных реакций. Взаимодействие нейтронов с веществом.
Реакция деления. Цепная ядерная реакция. Основные типы атомных реакторов.
Понятие о термоядерных реакциях. Реакции получения трансурановых элементов с
помощью нейтронов (реактор, водородная бомба) и ускоренных ионов.
6. Пост-эффекты ядерных реакций и ядерных превращений. Эффект Мёссбауэра.
Применение его в химических исследованиях. Аннигиляция позитронов.
Позитроний как объект химического исследования.
7. Динамический характер изотопного состава объектов радиохимии. Ядернофизические и физико-химические аспекты поведения изотопов. Понятие
идентичности физико-химического поведения изотопных атомов.
8. Явление изотопного обмена и его определение. Идеальный изотопный обмен.
Классификация реакций идеального изотопного обмена. Движущая сила реакций
идеального изотопного обмена.
9. Важнейшие термохимические, термодинамические и кинетические особенности
этих реакций. Основной закон кинетики реакции идеального изотопного обмена и
его особенности.
10. Важнейшие кинетические характеристики реакций идеального изотопного обмена.
Основные моменты экспериментального изучения реакций изотопного обмена.
11. Значение процессов изотопного обмена для теоретической и прикладной
радиохимии и смежных с ней областей знаний.
12. Распределение между жидкой и твердой фазами. Сорбция, хемосорбция и
хроматография в радиохимии.
13. Процессы соосаждения. Их классификация. Соосаждение с изотопными
носителями. Принцип действия изотопных носителей.
14. Сокристаллизация и адсорбция микроконцентраций радионуклидов. Изоморфное
соосаждение. Образование гриммовских смешанных кристаллов. Аномальные
смешанные кристаллы.
15. Количественные характеристики распределения микрокомпонента между осадком
и раствором. Работы Хлопина и Гана. Термодинамически равновесное
распределение. Закон Хлопина. Константа Хлопина и коэффициент
кристаллизации. Работы Ратнера. Истинный коэффициент кристаллизации.
Распределение микрокомпонента между твердой фазой и расплавом.
16. 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.
17. Электрохимия радиоактивных элементов. Приложимость уравнения Нернста к
сильно разбавленным растворам. Критический потенциал выделения и методы его
определения.
18. Электролиз микроконцентраций элементов. Факторы, влияющие на процесс
электролиза веществ, находящихся в микроконцентрациях. Кинетика процесса
электроосаждения. Электрохимические методы изучения свойств радиоактивных
элементов в растворах.
19. 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.
20. Проведение экстракции и реэкстракции. Кинетика экстракции. Коэффициент
распределения и константа экстракции. Механизм экстракционного процесса и
влияние различных факторов на экстракционное равновесие. Извлекаемая и
экстрагируемая доли.
21. Экстракционное разделение смесей радионуклидов. Коэффициенты разделения
элементов и выбор оптимальных условий разделения. Лабораторные и
промышленные экстракторы. Многостадийность экстракционных процессов.
Применение экстракции для выделения и концентрирования радионуклидов.
Получение радионуклидов без носителей.
22. Переработка ядерного горючего. Выделение плутония и регенерация урана.
Разделение продуктов деления (осколочные радионуклиды).
23. Состояние радиоактивных элементов в крайне разбавленных растворах. Истинные
и псевдорадиоколлоиды, условия их образования. Особенности поведения
радионуклидов в радиоколлоидах. Методы исследования. Значение и область
применения.
24. 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.).
25. Электронная структура тяжелых элементов и возможность дальнейшего
расширения периодической системы.
26. Естественные и искусственные радиоактивные элементы: технеций, прометий,
полоний, астат, радон, франций, радий, актиний, торий, протактиний, уран,
нептуний, плутоний и трансплутониевые элементы.
27. 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.
28. Степени окисления элементов и их устойчивость, важнейшие химические формы,
их получение и анализ, практическое использование.
29. Гидриды: методы получения, физические и химические свойства.
30. Галогениды: методы получения, состав и кристаллическая структура,
термодинамические свойства, химические реакции.
31. Оксиды: методы получения, области существования индивидуальных фаз.
Химические реакции.
32. Соли урана и уранила: сульфаты, оксалаты, ацетаты, фосфаты, нитраты,
галогенацетаты и др.
33. Состояния окисления, устойчивые в водных растворах, окислительновосстановительные реакции, влияние температуры и кислотности на скорости
окислительно-восстановительных реакций.
34. Комплексообразование урана и гидролиз его солей в водных растворах. Химия
урана в неводных растворах. Комплексообразование с органическими лигандами.
35. Окислительно-восстановительные реакции, комплексообразование, гидролиз.
36. Химические изменения при изомерном переходе. Явление ядерной изомерии.
История открытия. Причины явления. Различные виды превращений изомерных
ядер. Методы идентификации изомерных состояний. Внутренняя конверсия,
последующие процессы, развивающиеся в электронных оболочках, при изомерных
переходах. Механизм химических изменений при изомерных переходах атомов в
составе молекулярных систем. Разделение ядерных изомеров.
37. 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).
38. Процессы  -распада атомов в составе молекулярных систем как основа метода
синтеза новых химических форм радиоактивных элементов и меченых соединений.
Особенности последствий процессов  -распада трития в составе молекулярных
систем и их использование для получения промежуточных реакционноспособных
частиц (карбениевые ионы, их кремниевые и германиевые аналоги, ионыкарбеноиды, карбены, нитрены и т.п.). Значение новых методов получения и
исследования реакции этих частиц для развития кинетики химических реакций в
органической и неорганической химии.
39. Реакция ( ,  ). Ее особенности. Энергия связи нейтрона с ядром и  -кванты
захвата. Энергия отдачи при эмиссии  -квантов захвата. Эффект СциллардаЧалмерса. Возникновение «горячих» атомов. Удержание, его причины и виды.
Реакции «горячих» атомов. Основные идеи теории упругих и неупругих
соударений и теории «горячей» зоны.
40. Химические изменения при рационном захвате нейтрона как основа метода
обогащения искусственных радионуклидов и синтеза меченых соединений.
41. Переработка урановых руд и их комплексное использование. Физические и
химические методы обогащения, вскрытие урановых руд. Сорбционноэкстракционные методы извлечения урана из растворов и пульп. Промышленное
получение металлического урана, его сплавов, оксидов, тетрафторида и
гексафторида.
42. Основные химические реакции, используемые при разделении урана, нептуния,
плутония и продуктов деления. Главнейшие окислители и восстановители,
применяемые в технологии урана, нептуния и плутония.
43. Основы ядерно-энергетического цикла. Типы ядерных реакций. Нейтронные
реакции. Замедление нейтронов. Особенности реакций с медленными и быстрыми
нейтронами. Деление ядер тяжелых элементов. Распределение продуктов деления
по массам и зарядам. Цепные реакции. Принцип действия ядерного реактора.
Ядерное горючее, замедлители, теплоносители.
44. Реакторы. Конструкционные особенности реакторов на быстрых и тепловых
нейтронах. Вещества и материалы, применяемые в качестве замедлителей,
теплоносителей, отражателей и деталей конструкций.
45. Тепловыделяющие элементы на основе металлов: урана, тория. Керамические
твэлы, оболочки твэлов из алюминия, магния, циркония и их сплавов. Конструкция
твэлов.
46. Переработка облученного ядерного горючего. Подготовительные процессы при
переработке ядерного горючего, «охлаждение», механическая обработка,
растворение оболочек твэлов из различных материалов и сплавов.
47. Общие принципы построения технологических схем при переработке ядерного
горючего.
48. Осадительные процессы переработки горючего в целях получения плутония:
лантансульфатный, фторидный, висмутфосфатный. Поведение осколков деления на
отдельных стадиях процесса осаждения.
49. Общие принципы построения технологических схем при переработке ядерного
горючего.
50. Экстракционно-хроматографические методы – основа технологических процессов
безотходных производств. Химия процессов экстракции урана и трансурановых
элементов кислородсодержащими органическими растворителями,
фосфорорганическими соединениями и аминами. Экстракция хелатов. Разделение
урана и трансурановых элементов ионообменными методами.
51. Переработка облученного ядерного горючего сухими методами.
52. Процессы разделения, основанные на различной летучести фторидов, экстракция
из расплавов жидкими металлами и солями. Окислительное шлакование.
Электрорафинирование.
53. Формы существования и миграции радионуклидов в природных средах.
Естественные и техногенные радионуклиды в биосфере. Продукты деления,
методы их выделения, переработка и использование.
54. Источники образования жидких, твердых и газообразных отходов. Хранение и
переработка высокоактивных жидких отходов. Очистка жидких отходов низкого и
среднего уровня активности. Определение радионуклидов в объектах окружающей
среды.
55. Радиоактивное загрязнение окружающей среды и возможности современной
радиохимии в области мониторинга. Реабилитация территорий, загрязненных
радионуклидами.
56. Радиохимические аспекты ядерной трансмутации.
57. Получение и идентификация меченых соединений. Химические, физикохимические, ядерно-химические и биохимические методы синтеза. Процессы
авторадиолиза. Химия ультракороткоживущих биогенных радионуклидов.
Радиохимические аспекты позитронно-эмиссионной томографии.
58. Основы метода радиоактивных индикаторов. Применение радиоактивных изотопов
в аналитической, органической и физической химии. Исследование структуры и
структурных изменений химических соединений. Определение давления пара
труднолетучих веществ.
59. Исследование равновесий. Изучение кинетики и катализа. Исследование процессов
миграции (диффузии, электролитической проводимости, термической диффузии и
т.п.). Корреляционный и изотопный эффекты. Химические аспекты использования
радионуклидов в биологии и медицине.
3.1.5 Методические материалы для оценки обучающимися содержания и качества
учебного процесса
Не предусмотрено
3.2. Кадровое обеспечение
3.2.1 Образование и (или) квалификация штатных преподавателей и иных лиц,
допущенных к проведению учебных занятий
Экзамен принимает государственная экзаменационная комиссия, утвержденная в
установленном порядке
3.2.2 Обеспечение учебно-вспомогательным и (или) иным персоналом
Инженер для обеспечения работоспособности демонстрационного оборудования
3.3. Материально-техническое обеспечение
3.3.1 Характеристики аудиторий (помещений, мест) для проведения занятий
Стандартно оборудованная лекционная аудитория, оборудованная для показа презентаций
3.3.2 Характеристики аудиторного оборудования, в том числе
неспециализированного компьютерного оборудования и программного обеспечения
общего пользования
Оборудование для показа презентаций
3.3.3 Характеристики специализированного оборудования
Не предусмотрено
3.3.4 Характеристики специализированного программного обеспечения
Не предусмотрено
3.3.5 Перечень и объёмы требуемых расходных материалов
Не предусмотрено
3.4. Информационное обеспечение
3.4.1 Список обязательной литературы
И.Н.Бекман. Радиохимия. Том 1,2., ОНТОПРИНТ, 2014 - 400 с.
Л. Герфорт, Х, Кох, К, Хюбнер Практикум по радиоактивности и радиохимии
пер. с нем. К. Б. Заборенко.Москва: Мир, 1984
В. Д. Нефедов, Е. Н. Текстер, М. А. Торопова, Радиохимия 1987. - 272 с.
Жерин И.И., Амелина Г.Н. Основы радиохимии, методы выделения и разделения
радиоактивных элементов: Учебное пособие. – Томск: ТПУ, 2009.
Лукьянов В.Б., Бердоносов С.С., Богатырев И.О., Заборенко К.Б., Иофа Б.З. Практикум.
Основы радиохимии и радиоэкологии. – М.: МГУ, 2012.
Абрамов А.А., Бадун Г.А. Методическое руководство к курсу «Основы радиохимии и
радиоэкологии». – М.: МГУ, 2009.
Р. А. Алиев, С. Н. Калмыков, Радиоактивность. ISBN: 978-5-8114-1391-1. 2013.
Издательство: Лань Серия: Учебники для вузов.
М.А. Богородская, Г.Е. Кодина. Химическая технология радиофармацевтических
препаратов; курс лекций: учеб. Пособие. М.: ФМБЦ им. А.И. Бурназяна ФМБА России,
РХТУ им. Д. И. Менделеева. М. 2010, - 454 с.
Г.Е. Кодина, Р.Н. Красикова. Методы получения радиофармацевтических препаратов и
радионуклидных генераторов для ядерной медицины (учебное пособие), будет
опубликовано в 2012 г.
Г.Е. Кодина // Глава в кн. "Изотопы: свойства, получение и применение" под редакцией
В.Ю. Баранова, М. Издат., 2000, с. 642-664; 2-е изд.: М. Физматлит, 2005, т.2, с. 389-411.
Медведев С.В., Скворцова Т.Ю., Красикова Р.Н. ПЭТ в России: позитронно-эмиссионная
томография в клинике и физиологии. Санкт-Петербург: Астрель-СПб, 2008, 319 с.
Р.Н. Красикова. Радиофармпрепараты для ПЭТ: методы синтеза и автоматизации. Стр. 2140. Глава в монографии «Национальное руководство по радионуклидной диагностике»
под редакцией Ю.Б. Лишманова и В.И.Чернова в двух томах. - Томск: STT, 2010, 688 с.
А.И.Папаш, И.Г. Аленицкий. Коммерческие циклотроны. Часть 1. Коммерческие
циклотроны в диапазоне энергий от 10 до 30 МэВ для производства изотопов. Физика
элементарных частиц и атомного ядра. 2008, 39, вып. 4, с. 1150-1214.
«Химические сенсоры» ред.Ю.Г.Власов, М., «Наука», 2011.
Ким Эсбенсен. Анализ многомерных данных. Издательство Алтайского Государственного
Университета. Баранул 2003.
Аналитическая химия. Проблемы и подходы: в 2т. / под ред. Р.Кельнера, Ж.-М.Мерме,
М.Отто, Г.М.Видмера; пер. с англ. под.ред. Ю.A.Золотова. - М.: Мир, 2004. том 2.
3.4.2 Список дополнительной литературы
А.Л. Бучаченко "Новая изотопия в химии и биохимии" М.Наука 2007- 189c.
G. Choppin , J.O. Liljenzin , J. Rydberg , Ch. Ekberg Radiochemistry and Nuclear Chemistry,
Fourth Edition Hardcover , 2013
Welch M.J., Redvanly C.S. Handbook of radiopharmaceuticals: Radiochemistry and
applications. Wiley, 2005.
Pharmaceutical Radiochemistry (I). Munich Molecular Imaging Handbook Series. Series Editor:
H.J.Wester. 2010 SCINTOMICS GmbH, Germany.
Miller P.W., Long N.J., Vilar R., Gee A.D. Synthesis of 11C, 18F, 15O, and 13N Radiolabels for
Positron Emission Tomography. Angew. Chem. Int. Ed. 2008; 47: 8998-9033.
Dadachova E. Cancer Therapy with Alpha-Emitters Labeled Peptides. Semin Nucl Med 2010;
40:204-208.
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.
3.4.3 Перечень иных информационных источников
www.elibrary.ru и др.
Раздел 4. Разработчики программы
Приходько Игорь Владимирович, к.х.н., доцент каф. Физической химии, тел.4286739