طیف‌سنجی رامان یک تکنیک قدرتمند برای شناسایی و آنالیز ترکیبات شیمیایی است. این روش غیر مخرب است و از فاصله دور نیز می‌تواند آنالیز مواد مختلف را انجام دهد. همچنین از روی شیشه و پلاستیک شفاف و نیمه شفاف نیز طیف رامان نمونه ها به دست می‌آید. به همین دلیل به طور گسترده در زمینه‌های گوناگونی از جمله گمرک، پزشکی قانونی، پلیس مبارزه با مواد مخدر و حتی سازمان هسته‌ای به کار برده می‌شود.
در زمینه مواد پرتوزا، طیف‌سنجی رامان به منظور مطالعه و شناسایی ترکیبات اکتینیدی مورد استفاده قرار می‌گیرد. اکتینیدها به شدت پرتوزا هستند. به همین دلیل قرار گرفتن در معرض این پرتو‌ها بسیار خطرناک است. مزیتی که طیف‌سنجی رامان نسبت به سایر روش‌ها دارد این است که از راه دور نیز می‌توان آنالیز‌ها را انجام داد. البته این روش سنتی است و امروزه از روش دیگری برای آنالیز رامان استفاده می‌شود. در این روش مواد رادیواکتیو در داخل یک کپسول شیشه‌ای اکریلیکی قرار می‌گیرند. این کپسول را مستقیما می‌توان در زیر میکروسکوپ رامان آنالیز کرد. یکی دیگر از مزیت‌های طیف‌سنجی رامان این است که در حجم کم نیز می‌توان نمونه را شناسایی کرد.
با توجه به کاربرد رامان در این حوزه، در ادامه به بررسی کاربردهای این تکنیک می‌پردازیم.
بررسی و مطالعه دی اکسیدهای اکتینید به کمک طیف‌سنجی رامان
دی اکسیدهای اکتینید جز مواد کلیدی در چرخه سوخت هسته‌ای بوده و دارای فرمول شیمیایی AnO۲ هستند. به عنوان مثال دی اکسید اورانیوم (UO۲) رایج‌ترین سوخت راکتور هسته‌ای است. توریم دی اکسید (ThO۲) نیز به عنوان ماده سوخت جایگزین در نظر گرفته می‌شود و دی اکسید پلوتونیم (PuO۲) از راکتورهای هسته‌ای به دست می‌آید. این ترکیبات به شدت رامان اکتیو هستند. شکل ۱ طیف رامان UO۲، ThO۲ و PuO۲ را نشان می‌دهد.
تشخیص میزان توزیع پلوتونیم در سوخت هسته‌ای MOX
MOX نوعی سوخت راکتور هسته‌ای است. ۵ درصد از سوخت راکتورها را MOX تشکیل می‌دهد. در این سوخت به جای اورانیوم (۲۳۵U) از ترکیب پلوتونیم (۲۳۹Pu) با اورانیوم طبیعی یا تضعیف شده استفاده می‌شود. استفاده از این سوخت موجب کاهش مصرف اورانیوم غنی می‌شود. توزیع پلوتونیم در این ترکیب بسیار حائز اهمیت است. بنابراین به دقت باید آنالیز شود. قبلا نیز اشاره کردیم که از راه دور نیز می‌توان طیف رامان نمونه‌ها را به دست آورد. با توجه به این ویژگی از طیف‌سنجی رامان می‌توان در خط تولید این سوخت استفاده کرد. در این روش با تهیه نقشه رامان از نمونه می‌توان نحوه توزیع پلوتونیم را به دست آورد (شکل ۲). در این شکل با استفاده از تصویر رنگی موقعیت باند T۲g نشان داده شده است. نواحی سیاه رنگ مربوط به باند ((cm-۱)(T۲g)۴۵۵) است که در آن ناحیه هیچ پلوتونیمی یافت نمی‌شود. نواحی قرمز رنگ مربوط به ۳۰ درصد پلوتونیم است. هر چه رنگ قرمز تیره‌تر می‌شود، غلظت پلوتونیم نیز کاهش می‌یابد.
بررسی اکسیداسیون های مختلف اورانیوم به کمک رامان
اکسید اورانیوم دارای مرتبه‌های اکسیداسیون مختلفی است. با توجه به اینکه ساختار شیمیایی اورانیوم با درجه اکسیداسیون مختلف از هم متفاوت است، طیف‌سنجی رامان می‌تواند اکسیداسیون‌های مختلف را از هم تفکیک کند. شکل ۳ طیف رامان UO۲+x (۰ < x < 0.25)، U۴O۹ /U۳O۷ و U۳O۸ را نشان می‌دهد.
آنالیز PuO۲ از روی شیشه
همان طور که پیش‌تر نیز اشاره کردیم طیف‌سنجی رامان برای تشخیص دی اکسید پلوتونیم در داخل بسته‌بندی شیشه‌ای مناسب است. از شیشه‌های بوروسیلیکات برای نگهداری زباله‌های هسته‌ای استفاده می‌شود. شکل ۴ طیف رامان PuO۲ را در داخل شیشه بوروسیلیکات نشان می‌دهد. نمودار ۴-الف مربوط به طیف رامان دی اکسید پلوتونیم، نمودار ۴-ب مربوط به طیف رامان شیشه بوروسیلیکات و نمودار ۴-پ طیف رامان PuO۲ داخل شیشه را نشان می‌دهد. همان طور که می‌بینید از کم کردن طیف شیشه از نمودار پ، طیف رامان PuO۲ به دست می‌آید.
جمع بندی
در این مطلب دی اکسیدهای اکتینید را به کمک طیف‌سنجی رامان مورد مطالعه قرار دادیم. همچنین بیان کردیم که به وسیله این تکنیک می‌توان میزان و نحوه توزیع پلوتونیم در سوخت هسته‌ای MOX را به دست آورد. تکنیک رامان اسپکتروسکوپی برای بررسی اکسیداسیون مختلف اورانیوم نیز به کار می‌رود.
منابع
۱.https://zaya.io/mlfk2
۲.https://zaya.io/53kr8
۳.https://zaya.io/f5f9w
