RADIOKEMIAN OPISKELU HELSINGIN YLIOPISTON KEMIAN LAITOKSELLA Radiokemian yksikkö, Kemian laitos PL 55, 00014 Helsingin yliopisto, http://www.chemistry.helsinki.fi/radlab/ MONTA HYVÄÄ SYYTÄ OPISKELLA RADIOKEMIAA Miksi aloittaisit radiokemian opiskelun Helsingin yliopiston Kemian laitoksella? Siihen sinulla on monta hyvää syytä: Saat kansainvälisesti ainutlaatuisen radiokemistin koulutuksen. Radiokemistien työmarkkinat ovat hyvät. Vuosittain valmistuu 4-5 maisteria eikä heillä ole ollut vaikeuksia työn saannissa. Työsarkasi radiokemistinä voisi olla: o ydinvoimaloiden radioaktiivisten jätteiden käsittelyyn ja loppusijoitukseen liittyvä tutkimus ja viranomaistyö o radiolääkeaineiden valmistukseen, käyttöön ja tutkimukseen liittyvä työ yliopistoissa, sairaaloissa ja yrityksissä o ympäristön radioaktiivisuuden tutkimukseen ja seurantaan liittyvä työ yliopistoissa ja tutkimuslaitoksissa ja vastaava viranomaistyö o ydinvoimaloiden käyttöön liittyvä työ, esim. laboratoriossa o asiantuntijatehtävät yrityksissä (esim. Fortum, Teollisuuden Voima, Posiva) o tutkimus- ja viranomaistyö kansainvälisissä organisaatioissa, kuten Kansainvälisessä Atomienergiajärjestössä (IAEA) Saat hyvää ja yksilöllistä opetusta radiokemian maisterikursseilla, joissa osanottajamäärä on 5-15 opiskelijaa. Saat apurahan gradutyöhösi. Sinulla on hyvät mahdollisuudet palkalliseen kesäharjoitteluun Radiokemian laboratoriossa tai muualla (Ilmatieteen laitos, STUK, ydinvoimalaitokset jne). Saat ilmaiset radiokemian oppikirjat. Saat aktiivista apua työpaikan hankinnassa opintojesi päätyttyä. Saat hyvät mahdollisuudet tohtoriopintoihin sekä Radiokemian yksikössä että ulkomailla. Suomessa koulutetut radiokemian maisterit ovat etulyöntiasemassa hakeutuessaan tohtoriopintoihin myös muiden yliopistoihin ja tutkimuslaitoksiin, koska heillä on ainutlaatuisen vankka pohja radiokemiassa. Tervetuloa opiskelemaan radiokemiaa! Jukka Lehto radiokemian professori p. 0294150141, jukka.lehto@helsinki.fi
SISÄLTÖ 1. Radiokemian yksikkö ja sen tutkimusalueet 2. Mitä radiokemia on 3. Radiokemian opintojen eteneminen 4. Suositukset maisteriopinnoiksi radiokemiaan erikoistuville 5. EuroMaster in Nuclear and Radiochemistry 6. Kandidaattiopintojen suorittaminen radiokemiassa 7. Radiokemian opetushenkilökunta 8. Radiokemian opetus kemian ja molekyylitieteen maisteriohjelman tutkintovaatimuksissa 9. Radiokemian opetus lukuvuonna 2017-2018 10. Kurssikuvaukset Radiokemia Examination of radiation sfatey officer Basic radiochemistry exercises Chemistry and analysis of radionuclides Nuclear spectrometry Radiopharmaceutical chemistry Advanced radiochemistry exercises Environmental radioactivity Chemistry of the nuclear fuel cycle Radiation chemistry Radionuclide production and tracer techniques RADIOKEMIAN YKSIKKÖ Helsingin yliopiston Kemian laitos on ainoa Suomen yliopistoissa laaja-alaista radiokemian opetusta antava laitos ja sen radiokemian yksikkö on kansainvälisesti erittäin suuri. Yksikössä työskentelee kaksi professoria, kaksi yliopistonlehtoria, laboratorioinsinööri ja kolmekymmentäviisi tohtorikoulutettavaa ja tutkijaa, joista pääosa osallistuu myös opetukseen. Toisen radiokemian professorin tutkimusala liittyy ydinenergiaan ja ympäristön radioaktiivisuuteen ja toisen radiolääkeainekemiaan. Radiokemian tutkimusalueet ovat: Radionuklidien kulkeutuminen ja pidättyminen kallioperässä, mikä liittyy Suomen ydinvoimalaitosten käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoituksen pitkäaikaisturvallisuuden arviointiin Radionuklidien erotus ydinjäteliuoksista selektiivisillä epäorgaanisilla ioninvaihtimilla sekä näiden vaihtimien valmistus ja karakterisointi Metallien kierrätys Uusien radiolääkeaineiden kehitys ja tutkimus Radionuklidien käyttäytyminen ympäristössä ja kulkeutuminen ravintoketjuissa Radionuklidien analysointi ydinjätteistä ja ympäristönäytteistä
MITÄ RADIOKEMIA ON Radiokemia on radioaktiivisten alkuaineiden kemiaa. Kaikki vismuttia raskaammat alkuaineet ovat radioaktiivisia, joten niiden kemia on radiokemiaa. Toisaalta vismutin ja sitä kevyempien alkuaineiden radioaktiiviset isotoopit ovat kemiallisesti identtisiä samojen alkuaineiden stabiilien ytimien kanssa. Niiden kemia ei periaatteessa eroa toisistaan, ellei oteta huomioon radionuklidin syntyhetkeä, jolloin se on voimakkaasti ionisoitunut ja katkonut aiemmat kemialliset sidokset saamansa liike-energian tähden. Mikä sitten tekee vismutin ja sitä kevyempien alkuaineiden radioisotooppien kemiasta radiokemiaa? Tärkein ero on se, että lähes aina kun tutkitaan radionuklideja, ne ovat tutkittavassa näytteessä hyvin alhaisina pitoisuuksina, hivenpitoisuuksina. Vain erittäin harvoin, radionuklidien kemialliset pitoisuudet ovat makrotasolla. Radiokemia on siis radioaktiivisten aineiden kemiaa, ja lähes aina hivenainekemiaa. Vaikkakin radiokemiallisessa hivenainenalytiikassa käytetään myös samoja menetelmiä kuin muussa analytiikassa, esim. massaspektrometriaa, sen olennainen ero muuhun analytiikkaan on säteilyn hyväksikäyttö. Suurin osa radionuklidianalyyseistä perustuu säteilyn mittaukseen. Radionuklidit voidaan tunnistaa niiden lähettämän säteilyn lajin ja energian avulla sekä nuklidin hajoamisnopeuden perusteella. Niiden avulla voidaan tehdä myös kvantitatiivisia määrityksiä. Radiokemia ei kuitenkaan ole vain radioaktiivisten alkuaineiden käyttäytymisen kemiaa, se on myös niiden käyttöön liittyvää kemiaa. Radionuklidien käyttö merkkiaineina analytiikassa ja molekyylien leimaus radionuklideilla biokemiallisessa tutkimuksessa tai lääketieteessä lasketaan olennaisiksi osiksi radiokemiaa. Suomessa radiokemian tutkimus on alusta asti ollut melkoisen sovellutusvoittoista. Tutkimuksessa ja opetuksessa ei ole ensisijaisesti lähdetty perustutkimukseen liittyvistä lähtökohdista vaan useimmiten tärkeistä yhteiskunnallisista tarpeista. Suomalaisen radiokemian tärkeimmät alueet ovat olleet ja ovat vieläkin: ydinasekokeissa ja ydinvoimalaonnettomuuksissa ympäristöön levinneiden radionuklidien tutkimus luonnon kiertokulussa ja ravintoketjuissa luonnon radionuklidien tutkimus ydinjätteiden käsittelyyn ja loppusijoitukseen liittyvä tutkimus, erityisesti radionuklidien pidättyminen ja kulkeutuminen kallioperässä radionuklidien lääketieteelliseen käyttöön liittyvä tutkimus, erityisesti lääkeaineiden leimaus radionuklideilla RADIOKEMIAN MAISTERIOPINTOJEN ETENEMINEN Radiokemian maisteriopinnot aloitetaan suorittamalla opintojakso Radiokemia, joka on ainoa kandiopintoihin kuuluva radiokemian kurssi. Saman tai myöhemmän syksyn aikana suoritetaan maisteriopintoihin kuuluva Basic radiochemistry exercises. Radiokemia on luentokurssi, kun sen sijaan Basic radiochemistry exercises koostuu pääosin harjoitustöistä ja laskuharjoituksista. Basic radiochemistry exercises kurssille pääsyn edellytyksenä on Radiokemia-kurssien suorittaminen. Seuraavana keväänä suoritetaan maisteriopintojen 25 op:n radiokemian kurssipakettiin kuuluva Nuclear spectrometry sekä joko Chemistry and analysis of radionuclides tai Radiopharmaceutical chemistry. Chemistry and analysis of radionuclides kurssia suositellaan niille, jotka haluavat erikoistua epäorgaaniseen radiokemiaan (ydinenergia- ja ympäristöongelmat, geotieteet, materiaalitieteet ym.) ja Radiopharmaceutical chemistry kurssia
orgaaniseen radiokemiaan erikoistuville (radiolääkeainekemia, life sciences ym.). Näille kursseille osallistumiseksi edellytetään, että Basic radiochemistry exercises on suoritettu vähintään arvosanalla 2/5. Kevään toisessa periodissa on sitten vuorossa Advanced radiochemistry exercises, jossa on töitä liittyen kolmeen edellä mainittuun luentokurssiin. Radiokemian kurssipakettiin kuuluu lisäksi pakollisena Säteilyn käytöstä vastaavan johtajan kuulustelu. Radiokemian yksikkö järjestää radiokemian maisteriopiskelijoille kesäharjoittelupaikan mahdollisuuksien mukaan joko radiokemian yksikössä tai muualla. Näiden pakollisten opintojen lisäksi radiokemiassa on neljä valinnaista kurssia, Environmental radioactivity, Chemistry of the nuclear fuel cycle, Radiation chemistry ja Radionuclide production and tracer techniques, jotka luennoidaan joka toinen vuosi. Kun radiokemian pakolliset opinnot, kaikki kandiopinnot ja riittävä määrä muita maisteriopintoja on suoritettu, voidaan aloittaa Pro gradu -työ. Se on 4-5 kuukauden tutkimuskokonaisuus, joka sisältää kokeellista tutkimustyötä ja samaan aihepiiriin liittyvän kirjallisuustutkimuksen. Gradun aloittamisesta ja aiheesta sovitaan radiokemian maisteri-hops-ohjauksesta vastaavan professorin kanssa. Työ tehdään joltakin radiokemian laboratorion tutkimusalueelta (ympäristön radioaktiivisuuden tutkimukset, radionuklidien kulkeutuminen bio- ja geosfäärissä, radioaktiivisten jätteiden käsittelymenetelmät, syklotronilla tuotettujen lyhytikäisten radionuklidien käyttö radiolääkeaineiden valmistukseen, radionuklidien valmistaminen hiukkaskiihdyttimellä sekä radiation chemistry). Pro gradu -työn voi suorittaa myös laboratorion ulkopuolella (esim. Säteilyturvakeskus, VTT, Ilmatieteen laitos jne.). Opiskelija esittelee pro gradu työnsä sen loppuvaiheessa radiokemian tutkijaseminaarissa. Radiokemian kurssit 2017-2019 2017 Syksy 2018 Syksy Pakolliset: Pakolliset: 1. periodi Radiokemia 1. periodi Radiokemia 2. periodi Basic radiochemistry exercises 2. periodi Basic radiochemistry exercises Valinnaiset: 1. ja 2. periodi Production of radionuclides 1. ja 2. periodi Radiation chemistry and tracer techniques 2018 Kevät 2018 Kevät Pakolliset: 3. periodi Radiopharmaceutical chemistry or 3. periodi Radiopharmaceutical chemistry or Chemistry and analysis Chemistry and analysis of radionuclides of radionuclides Nuclear spectrometry Nuclear spectrometry 4. periodi Advanced radiochemistry exercises 4. periodi Advanced radiochemistry exercises Valinnaiset: 3. ja 4. periodi Chemistry of the nuclear fuel cycle 3. ja 4. periodi Environmental radioactivity SUOSITUKSET MAISTERIOPINNOIKSI RADIOKEMIAAN ERIKOISTUVILLE Radiokemiaan erikoistuville kemian ja molekyylitieteen opiskelijoille suositellaan seuraavaa maisteriopintojen rakennetta: Radiokemian 25 op:n kurssipaketti Pro gradu radiokemiassa Yksi tai kaksi muuta kemian 25 op:n kurssipakettia
Jos vain yksi muu kemian kurssipaketti, jokin suurin piirtein yhtä suuri kokonaisuus muiden alojen opintoja (geokemia, farmasia, ympäristötieteet, ydinteknologia, materiaalitutkimus) näistä sovitaan HOPS-keskusteluissa 2-4 valinnaista radiokemian kurssia Jos suorittaa Radiokemian paketissa Radiopharmaceutical chemistry -kurssin, suorittaa myös valinnaisena Chemistry and analysis of radionuclides kurssin, jotta saa NRC EuroMaster laatuleiman. Yhteisiä opintoja 10 op EUROMASTER IN NUCLEAR AND RADIOCHEMISTRY Radiokemiaa Helsingin yliopistossa opiskelevilla on mahdollisuus saada EuroMaster in Nuclear and Radiochemistry (NRC EuroMaster) leima, mikäli he suorittavat radiokemian 25 op:n maisteripaketin siten, että siihen kuuluu Chemistry and analysis of radionuclides kurssi, 30 op:n gradun radiokemiassa sekä vähintään yhden radiokemian vaihtoehtoisen kurssin, mukaan lukien Radiopharmaceutical chemistry. NRC EuroMaster on laatuleima, joka tällä hetkellä on vain yhdellä muulla yliopistolla Euroopassa. KANDIDAATTIOPINTOJEN SUORITTAMINEN RADIOKEMIASSA Radiokemiassa voi suorittaa luonnontieteiden kandidaatin tutkintoon liittyen vaihtoehtoisena opintojaksona Radiokemia kurssin, sekä 9 op:n tutkimusharjoittelun ja 6 op:n kandidaatintutkielman. Tutkimusharjoittelun ja kandidaatintutkielman suorittaminen radiokemiassa edellyttää, että opintojaksot Radiokemia ja Säteilysuojelu on suoritettu aiemmin. RADIOKEMIAN OPETUSHENKILÖKUNTA Lehto, Jukka, professori, puh. 02941 50141 (maisteri-hops-ohjaaja) Airaksinen, Anu, professori, puh. 02941 50124 Siitari-Kauppi, Marja, FT, yliopistonlehtori, puh. 02941 50143 (kandiharjoittelun vastaava) Helariutta, Kerttuli, FT, yli-insinööri, puh. 02941 50133 Koivula, Risto, FT, dos., puh. 02941 50130 Koivula, Teija, FT, tutkija, puh. 02941 50134 Lusa, Merja, FT, tutkija, puh. 02941 50489 Susanna Salminen-Paatero, FT, tutkija, puh. 02941 50137 Ulkopuoliset dosentit ja muut opettajat: Haaparanta-Solin, Merja, dos., puh. 02-3337020 Hiltunen, Jukka, dos. Paatero, Jussi, dos., puh. 0295395495 Paronen, Mikael, dos., puh. 0207699451 Solin, Olof, professori, puh. 02-2154309 Makkonen-Craig, Stewart, FM, tutkija, puh. 0207699472
RADIOKEMIAN OPINNOT KEMIAN JA MOLEKYYLITIETEEN MAISTERIOHJELMAN TUTKINTOVAATIMUKSISSA 1. KEM300 Kemian ja molekyylitieteiden syventävät opinnot (85 op) Yhteiset opinnot (35 op) KEM390 Pro gradu tutkielma, 30 op KEM391 Kypsyysnäyte FM, 0 op KEM411 Chemicals, legislation and quality assurance, 5 op Pakollinen kurssipaketti (25 op) KEM301 Radiokemian kurssipaketti Pakollinen: KEK225 Radiokemia (ellei sisälly kandidaatin tutkintoon), 5 op KEM311 Basic radiochemistry exercises, 5 op KEM312 Examination of radiation safety officer, 0 op KEM313 Nuclear spectrometry, 5 op KEM314 Advanced radiochemistry exercises, 5 op Vaihtoehtoinen: KEM316 Chemistry and analysis of radionuclides, 5 op tai KEM317 Radiopharmaceutical chemistry, 5 op Muut kemian syventävät opinnot (25 op) Toinen kokonainen kurssipaketti kemiasta tai muita kemian syventävien opintojen kursseja. Jos kurssi Radiokemia (KEK225) sisältyy kandidaatin tutkintoon, seuraavista radiokemian vapaavalintaisista syventävistä kursseista on valittava vähintään yksi: KEM351 Environmental radioactivity, 5 op KEM352 Chemistry of the nuclear fuel cycle, 5 op KEM353 Radiation chemistry, 5 op KEM354 Radionuclide production and tracer techniques, 5 op Jompi kumpi kursseista KEM316 ja KEM317, jos suorittaa toisen osana pakollisia radiokemian kurssipakettiopintoja. 2. Muut opinnot (enintään 35 op) Valitse alla olevista vähintään yksi vaihtoehto: KEM412 Research project, 15 op KEM413 Työharjoittelu, 5 op Muita vapaavalintaisia tieteenalan opintoja tukevia jaksoja siten kuin henkilökohtaisessa opintosuunnitelmassa sovitaan. RADIOKEMIAN OPETUS LUKUVUONNA 2017-2018 Syyslukukausi Radiokemian kurssipakettiin kuuluvat pakolliset opinnot: KEK225 Radiokemia (5 op). Prof. J. Lehto, dos. R. Koivula. Periodi I: 6.9.-20.10. Kirjallisuus: Jukka Lehto: Basics of nuclear physics and of radiation detection and measurement ja Michael Tillander, Kerttuli Helariutta, Risto Koivula: Säteilysuojelu. Kuulustelut 23.10. ja 27.10. Kurssimateriaali Moodlessa.
KEM311 Basic radiochemistry exercises (5 op). Yliopistonleht. M. Siitari-Kauppi. Periodi II: 31.10-13.12.2017. Luennot ja laskuharjoitukset (8x2h). Harjoitustyöt (7x3h). Kurssimateriaali Moodlessa. Vaadittavat esitiedot: KEK225 Radiokemia. Valinnaiset opinnot: KEM354 Radionuclide production and tracer techniques (5 op). Prof. A. Airaksinen, FT K. Helariutta. Sisältää luentoja / pienryhmätyöskentelyä, harjoitustöitä ja tentin. Luennot (8x2h). Pienryhmätyöskentely (4x2h). Harjoitustyöt (5x4h). Kurssimateriaali Moodlessa. Vaadittavat esitiedot: KEK225 Radiokemia. KEM353 Radiation chemistry (5 op) FM Stewart Makkonen-Craig. Sisältää luentoja, harjoitustöitä, suullisen esitelmän ja tentin. Kurssimateriaali Moodlessa. Vaadittavat esitiedot: KEK225 Radiokemia. Järjestetään seuraavan kerran syksyllä 2018. Kevätlukukausi Radiokemian kurssipakettiin kuuluvat pakolliset opinnot: KEM313 Nuclear spectrometry (5 op). FT K. Helariutta. Periodi III: 9.1.-16.2. Luennot (12 kpl, sisältävät laskuharjoituksia) ti, pe 14 16, A227. Läsnäolovaatimus 80%. Kuulustelu pidetään erikseen sovittuna ajankohtana. Kurssimateriaali Moodlessa. Kirjallisuus: Glenn F. Knoll, Radiation Detection and Measurement, 4. p. Vaadittavat esitiedot: KEM311 Basic radiochemistry exercises -kurssin kuulustelu vähintään arvosanalla 2/5 ja harjoitustyöselostukset palautettu. KEM316 Chemistry and analysis of radionuclides (5 op). Prof. J. Lehto. ja FT Susanna Salminen-Paatero. Periodi III. Läsnäolovaatimus 80%. Kirjallisuus: J. Lehto and X. Hou, Chemistry and Analysis of Radionuclides, Wiley-VCH, 2011. Vaadittavat esitiedot: KEM311 Basic radiochemistry exercises (arvosana vähintään 2/5). tai KEM317 Radiopharmaceutical chemistry (5 op). Prof. A. Airaksinen. Periodi III: Luennot (14x2h). Kurssimateriaali Moodlessa. Vaadittavat esitiedot: KEK225 Radiokemia. KEM314 Advanced radiochemistry exercises (5 op). Periodi IV. Kurssi sisältää käytännön laboratoriotyöskentelyä ja mittausmenetelmiin tutustumista liittyen kursseihin KEM313, KEM316 ja/tai KEM317. Harjoitustöistä kirjoitetaan raportit. Valinnaiset opinnot: KEM352 Chemistry of the nuclear fuel cycle (5 op). Professori J. Lehto ja Dos. R. Koivula. Periodit III ja IV. Kurssilla luentoja; ei kuulustelua vaan kirjoitetaan kaksi esseetä ja pidetään seminaariesitelmä. Vaadittavat esitiedot: KEK225 Radiokemia. KEM351 Environmental radioactivity (5 op) FT Merja Lusa, dos. J. Paatero. Sisältää luentoja ja opiskelijoiden pitämiä seminaariesitelmiä. Ei kuulustelua vaan opiskelijat kirjoittavat esseen. Läsnäolovaatimus 80%. Kurssimateriaali Moodlessa. Vaadittavat esitiedot: Perustiedot radioaktiivisuusilmiöistä ja säteilymittauksista. Järjestetään seuraavan kerran keväällä 2019.
Lukukausiin sitoutumattomat opinnot KEM312 Examination of radiation safety officer (Pätevyysalat: umpi- ja röntgenlähteet, avolähteet) (0 op). Dos. R. Koivula. Kirjallisuus: Tillander, Helariutta, Koivula: Säteilysuojelu (opetusmoniste). Vaadittavat esitiedot: KEK225 Radiokemia ja säteilysuojeluharjoitustyöt kurssilta KEM311 Basic radiochemistry exercises. KEM390 Pro gradu -tutkielma (30 op). Pro gradu on noin 4,5 kk tutkimuskokonaisuus, josta kirjoitetaan tutkielma. Opiskelija esittelee pro gradu -tutkielmansa suunnitelman ja myöhemmin sen tulokset radiokemian tutkijaseminaarissa. Pro gradu tehdään jossakin radiokemian laboratorion tutkimusprojektissa, muussa alan tutkimuslaitoksessa tai teollisuudessa. Aiheesta sovitaan maisteri-hops-ohjaajana toimivan professorin kanssa. RADIOKEMIAN KURSSIT Maisteriopintojen 25 op:n radiokemian kurssipakettiin kuuluvat opinnot RADIOKEMIA Radiokemia on kemian kandiopintoihin kuuluva kurssi (5 op), joka on myös pakollinen osa maisteriopintojen 25 op:n radiokemian kurssipakettia. Kurssi pidetään vuosittain syyslokakuussa. Kurssi jakautuu kolmeen osaan: radiokemian perusteet, säteilysuojelu ja laskuharjoitukset. Radiokemian perusteet -osiossa käsitellään seuraavia aiheita: - Radioaktiivisuusilmiön historia - Radioaktiivisuuden peruskäsitteet - Atomiytimen stabiilisuuteen vaikuttavat tekijät - Radionuklidien luokittelu - Radioaktiivisen hajoamisen muodot - Radioaktiivisen hajoamisen nopeus ja statistiikka - Säteilyn vuorovaikutus väliaineen kanssa - Säteilyn havaitseminen ja mittaaminen - Radioaktiivisuuden tasokuvantamismenetelmät - Ydinreaktiot - Radionuklidien valmistaminen - Isotooppien erottaminen - Radiokemialliset erotusmenetelmät Radiokemian perusteet osion oppikirjana on Jukka Lehto: Basics of nuclear physics and of radiation detection and measurement - An open-access textbook for nuclear and radiochemistry students, saatavilla Moodlesta tai osoitteesta https://nucwik.wikispaces.com/nuclear+and+radiochemistry+textbook+and+compendia. Säteilysuojelu-osiossa opetellaan työskentelemään turvallisesti radioaktiivisilla aineilla. Radioaktiivisiin aineisiin voi törmätä työssään esim. biologiassa, lääketieteessä ja kemiassa käytetyissä merkkiaineissa tai teollisuudessa erilaisissa mittaus- ja kuvaussovellutuksissa. Radioaktiivisten aineiden käsittelyä säädellään ja ohjeistetaan laeilla ja asetuksilla sekä Säteilyturvakeskuksen antamilla ohjeilla. Kurssilla käsitellään mm. säteilyannoksen arviointia,
säteilyn biologisia vaikutuksia, oikeita työtapoja, jätehuoltoa ja säteilylainsäädäntöä. Säteilysuojelun oppikirjana on Michael Tillander, Kerttuli Helariutta, Risto Koivula: Säteilysuojelu, joka on saatavilla Moodlesta. Laskuharjoituksissa opetellaan laskemaan aktiivisuuksia radionuklidien puoliintumisaikojen avulla, radioaktiivisuusmittauksiin liittyviä statistisia epävarmuuksia, ainemäärän ja aktiivisuuden muuntamista toisikseen sekä ydinreaktioiden kinetiikkaa. Kurssilla on kaksi kuulustelua lokakuun lopulla: 1) radiokemian perusteet, johon kuuluu myös laskutehtävät sekä 2) säteilysuojelu. Kurssille on kaksi Moodle alustaa: 1) Radiokemia, 2) Säteilysuojelu. EXAMINATION OF RADIATION SAFETY OFFICER Kun Radiokemia-kurssi ja säteilysuojeluharjoitustyöt kurssilta Basic radiochemistry exercises on suoritettu, voi osallistua tutkintoon, jolla saa pätevyyden säteilylain 18. pykälässä tarkoitettuun säteilyn käytöstä vastaavan johtajan tehtävään ja siihen rinnastettaviin tehtäviin säteilyn käytössä teollisuudessa, tutkimuksessa ja opetuksessa umpilähteiden ja röntgenlaitteiden sekä avolähteiden käytön osalta. Tämä tentti, joka on pakollinen 25 op:n radiokemian kurssipakettia, on vaativampi ja siellä saa pitää mukanaan materiaalina Radiokemia-kurssin säteilysuojelumonistetta. Kysymykset ovat pääosin käytännön läheisiä laskuja ja kirjallisia tehtäviä, joissa ratkaistaan säteilysuojelussa vastaan tuleviin ongelmia. Kuulustelun onnistuneesta suorituksesta saa todistuksen, joka on pätevä dokumentti esim. työpaikkaa hakiessa. BASIC RADIOCHEMISTRY EXERCISES Basic radiochemistry exercises on radiokemian syventäviin opintoihin kuuluva laboratoriotyökurssi (5 op) ja se on pakollinen radiokemian pääaineopiskelijoille. Kurssi pidetään vuosittain marras-joulukuussa. Kurssiin sisältyy luentoja ja laskuharjoituksia (8x2tuntia) sekä seitsemän laboratorioharjoitustyötä. Luennoilla ja harjoituksissa päätavoitteina on että opiskelija - osaa laskea aktiivisuuden/ytimien lukumäärän ajassa taakse- ja eteenpäin, osaa soveltaa hajoamisyhtälöä kuluneen ajan ja puoliintumisajan laskemiseen. - tuntee radioaktiivisuuden satunnaisluonteen (Poissonin jakautuma) - osaa laskea näytteen nettolaskentataajuuden, mittausefektiivisyyden ja näytteen aktiivisuuden sekä näiden keskivirheen. - osaa laskea aktiivisuuden kautta ainemäärän ja ainemäärän kautta ominaisaktiivisuuden - osaa laskea luonnon sarjoista aktiivisuustasapainoja - osaa laskea reaktio- ja aktivointiyhtälöiden avulla ydinreaktioissa syntyvät tuotteet ja niiden aktiivisuudet - osaa laskea eri säteilylajien läpäisevyyden eri väliaineissa Kurssiin sisältyy lisäksi seitsemän laboratorioharjoitustyötä: TYÖ 1: Hukka-aika ja laskentatehokkuus TYÖ 2. Betasäteilyn absorptio ja sironta
TYÖ 3. Gammaspektrometria; puoliaika TYÖ 4. Gammamittaus puolijohdedetektorilla TYÖ 5. Nestetuikelaskenta TYÖ 6. Autoradiografia TYÖ 7. Alfamittaus Kustakin työstä laaditaan työselostus. Kurssista saa suoritusmerkinnän, kun kuulustelu on hyväksytty ja työselostukset on palautettu hyväksyttyinä. Basic radiochemistry exercises -kurssille on osallistunut viime vuosina noin 10 opiskelijaa. CHEMISTRY AND ANALYSIS OF RADIONUCLIDES Chemistry and analysis of radionuclides -kurssi on 5 op:n kurssi 25 op:n radiokemian maisteriopintopaketissa. Tässä paketissa se on vaihtoehtoinen Radiopharmaceutical chemistry kurssin kanssa. Kurssilla käsitellään radionuklidien kemiaa ja niiden erotusmenetelmiä. Luennot (14 x 2h) pidetään tammi-helmikuussa ja niissä käsitellään seuraavia aiheita: - Radiokemian erityispiirteet (pienet ainemäärät, kuumien atomien kemia, lyhyet puoliintumisajat, säteilyn hyväksikäyttö mittauksissa jne.) - Radionuklidien erotukseen käytetyt erotusmenetelmät (saostus, ioninvaihto, nesteuutto, ekstraktiokromatografia) - Radionuklidien muodot kaasussa, liuoksissa ja kiinteissä aineissa ja niiden määritysmenetelmät - Ympäristönäytteiden keräys ja esikäsittely - Tärkeimpien radionuklidien (mm. 14 C, 55 Fe, 63 Ni, 90 Sr, 210 Po, 210 Pb, 226 Ra, Th, U, Pu, Am) kemialliset ominaisuudet ja erotusmenetelmät Kurssin päätteeksi on kuulustelu. Kurssin oppikirja on J.Lehto and X.Hou Chemistry and Analysis of Radionuclides, Wiley-VCH, 2011. Kurssilla on oma Moodle-alusta. NUCLEAR SPECTROMETRY Säteilyn kvalitatiivinen ja kvantitatiivinen mittaus on elimellinen osa radiokemistin työtä. Tämän vuoksi on tärkeää ymmärtää tärkeimmät ydinspektrometriset eli säteilyn energia- ja aikarakenteen mittaamiseen liittyvät menetelmät. Näitä asioita opitaan ydinspektrometrian kurssilla (5 op). Kurssilla on 12 luentokertaa. Luennoilla käsitellään ionisoivan säteilyn alkuperää ja vuorovaikutusta materian kanssa, ydinspektrometristen tietojen lähteitä verkossa ja kirjastossa, erilaisten spektrometristen säteilynilmaisimien toimintaperiaatteita, ydinspektrometriassa käytettävää mittauselektroniikkaa ja erilaisia spektrometrisia menetelmiä. Näiden lisäksi käydään läpi virheanalyysi ja laadunvarmistus ydinspektrometrisissa mittauksissa. Perinteisen luennoinnin lisäksi luennoilla ratkotaan harjoituslaskuja. Kurssi päättyy kuulusteluun, jossa testataan sekä asioitten periaatteellista ymmärtämistä että käytännön laskutaitoja ja ydinhajoamisiin liittyvien tietojen käsittelyä.
Koska opiskelijamäärä kurssilla on yleensä pieni, kannattaa käyttää se hyödyksi olemalla aktiivinen kyselijä ja ihmettelijä. Kurssilaisia kannustetaan myös ratkomaan yhdessä annettuja tehtäviä. Kurssille ilmoittaudutaan ensimmäisellä luennolla. Kurssimateriaalina käytetään ydinspektrometrian englanninkielistä oppikirjaa Radiation Detection and Measurement (Knoll). Muu kurssin materiaali, aikataulut ja tiedotus välitetään kurssin Moodle-sivujen kautta. RADIOPHARMACEUTICAL CHEMISTRY Radiopharmaceutical chemistry-kurssi on 5 op:n laajuinen kurssi, joka on pakollinen kurssi Radiolääkeainekemia-painotteisen Radiokemia-paketin opiskelijoille, mutta kurssille voivat osallistua muutkin radiolääkeainekemiasta kiinnostuneet opiskelijat, jotka ovat suorittaneet aiemmin kurssin KEK225 Radiokemia. Kurssi sisältää luentoja (14 2h) mm. seuraavista aihepiireistä: - Radionuklidien tuotanto radiolääkkeitä varten - Generaattorien käyttö isotooppilääketieteessä - Lyhytikäisillä positronisäteilijöillä leimatut radiolääkeaineet ja niiden valmistusmenetelmät - Radiojodilla leimatut radiolääkeaineet ja niiden valmistusmenetelmät - Metallisilla radionuklideilla leimatut radiolääkeaineet ja niiden valmistusmenetelmät - Radioterapiassa käytettävät radiolääkkeet - Radiolääkkeiden laatuvaatimukset - Laitteet ja kamerat (esim. PET ja SPECT) - Kliiniset isotooppitutkimukset Kurssiin sisältyy luentoja, luennoilla tehtäviä harjoituksia ja tentti. ADVANCED RADIOCHEMISTRY EXERCISES 4. periodissa järjestetään 5 op:n työkurssi, johon tulee noin kymmenen harjoitustyötä liittyen 3. periodissa järjestettäviin kursseihin Nuclear spectrometry, Radiopharmaceutical chemistry ja Chemistry and analysis of radionuclides. Kaikki kurssin Nuclear spectrometry työt ovat yhteisiä. Sen sijaan Radiopharmaceutical chemistry ja Chemistry and analysis of radionuclides työt ovat vaihtoehtoisia riippuen siitä, kumman luentokurssin on valinnut. Myös molemmat harjoitustyöt voi halutessaan suorittaa. Harjoitustöistä laaditaan vaativat, kattavat työselostukset, joiden tekemiseen tulee varata aikaa. Valinnaiset radiokemian opinnot ENVIRONMENTAL RADIOACTIVITY Environmental radioactivity kurssi on 5 op:n kurssi, joka on tarkoitettu kaikille ympäristön radioaktiivisuudesta ja radioekologisesta tutkimuksesta kiinnostuneille. Kurssi luennoidaan
kevätlukukaudella periodeissa 3 ja 4. Kurssitapahtumia on kerran viikossa kahden luentotunnin ajan. Kurssi pidetään joka toinen vuosi. Kurssi jakautuu luentoihin ja opiskelijoiden pitämiin seminaariesitelmiin. Kurssilla ei ole tenttiä. Luentoja on 10 x 2 tuntia mm. seuraavista aiheista: - Säteilyn lähteet ympäristössä: o Luonnonsäteily, ydinaseräjäytysten ja ydinonnettomuuksien aiheuttama ympäristön radioaktiivinen saastutus, ydinlaitosten radioaktiivisuuspäästöt ympäristöön - Ydinjätteen loppusijoituksen aiheuttamat radioaktiivisuuspäästöt ympäristöön ja loppusijoitukseen liittyvä ympäristötutkimus - Radionuklidien muodot ja kulkeutuminen pintabiosfäärissä: maaperä, järvet, joet, sedimentit, kulkeutuminen kasveihin ja eläimiin - Mikrobien vaikutukset radionuklidien muotoon ja kulkeutumiseen biosfäärissä. Mikrobiologinen radiokemian tutkimus. - Ympäristönäytteiden otto, käsittely ja tutkimus - Ilmakehän radioaktiivisuus: o Valtakunnallinen säteilyvalvonta, radon, ulkoinen säteily, kosminen säteily, kosmogeeniset radionuklidit, kuumat hiukkaset, keinotekoinen aktiivisuus (ydinkokeet, ydinonnettomuudet) Opiskelijat tekevät kirjallisen, noin 15 sivun seminaariesitelmän saamastaan seminaariaiheesta ja pitävät siitä suullisen, noin 30 minuutin pituisen esityksen muille kurssin osanottajille. Kurssilla annetaan myös opastusta suullisen esityksen pitämiseen sekä kirjallisen esitelmän kirjoittamiseen. Materiaali tutkielmaan haetaan esim. verkkolähteistä (yliopiston elektroniset julkaiset ym.). Kurssilla on omat Moodle-sivut, jossa on nähtävillä kaikki luentokalvot. CHEMISTRY OF THE NUCLEAR FUEL CYCLE Chemistry of the nuclear fuel cycle on radiokemian syventäviin opintoihin kuuluva valinnainen kurssi (3 op), joka pidetään joka toinen vuosi kevätlukukaudella. Kurssiin sisältyy luentoja (8 x 2 h) seuraavista aiheista: - Uraanin erotus malmista (uraanin liuotus ja erotus malmista, uraanin puhdistus) - Uraanin konversio ja rikastus (membraanidiffuusio, kaasusentrifugointi) - Ydinreaktorien toiminta (Reaktorityypit ja niiden toimintaperiaate, ydinreaktiot reaktorissa: fissio, transmutaaatio ja aktivoituminen, ydinjätteiden synty) - Ydinreaktorien vesikemia (reaktorivesien koostumus, reaktiivisuuden säätö, radionuklidien käyttäytyminen reaktorivesissä, reaktoriveden puhdistus) - Ydinreaktiossa syntyvien radionuklidien kemian pääpiirteet (fissiotuotteet, aktinidit, aktivoitumistuotteet) - Käytetyn ydinpolttoaineen jälleenkäsittely (uraanin ja plutoniumin talteenotto käytetystä polttoaineesta: PUREX-prosessi, jälleenkäsittelylaitokset ja niiden tekniikka) - Ydinjäteliuosten käsittely (jäteliuosten kemian pääpiirteet, käsittelymenetelmät: haihdutus, betonointi, lasitus, saostus, nesteuutto, ioninvaihto, käänteisosmoosi) - Selektiiviset epäorgaaniset ioninvaihtimet ydinjätteen käsittelyssä (kaupalliset materiaalit, radiokemian laboratoriossa kehitetyt materiaalit, pääpiirteet ja sovellukset)
- Ydinpolttoaineen loppusijoitus Suomessa (käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoitus Suomen kallioperään, jätenuklidien kemia loppusijoitusympäristössä) Kurssin lopuksi laaditaan tutkielma (5-10 sivua) jostain ydinpolttoainekierron probleemasta (aiheet annetaan kurssilla). Materiaali tutkielmaan haetaan opastetusti verkkolähteistä, esim. yliopiston elektronisista julkaisuista. Kurssin arvosana määräytyy tutkielman arvostelun perusteella. Chemistry of the nuclear fuel cyclen kurssille on osallistunut viime vuosina kymmenkunta opiskelijaa. RADIATION CHEMISTRY Radiation chemistry kurssi on valinnainen radiokemian maisterikurssi (5 op). Kurssi soveltuu kaikille niille, jotka ovat kiinnostuneet ionisoivan säteilyn aiheuttamista kemiallisista ja fysikaalisista muutoksista sekä niiden aiheuttamien ongelmien että hyödyntämismahdollisuuksien suhteen. Kurssi jakautuu seuraaviin osa-alueisiin - säteilytysmenetelmät - säteilykemian perusreaktiot eri materiaaleissa - sovellutukset Osio säteilytysmenetelmät kattaa dosimetroinnin, eri säteilytysmenetelmien erityispiirteet erityisesti säteilytysgeometrian, annosprofiilien ja materiaalipaksuuksien suhteen, lämpötilamuutosten riippuvuuden säteilytysmenetelmästä, raskasionisäteilytyksessä muodostuvan radioaktiivisuuden ja säteilytystilanteen suunnittelussa käytettävien tietokantojen ja ohjelmistojen hyödyntämisen. Ohjelmistojen ja tietokantojen käyttöön liittyy erillinen laskuharjoitus. Osio säteilykemian perusreaktiot eri materiaaleissa kattaa sellaiset perusmateriaalit, joihin joko voi kohdistua merkittävissä määrin ionisoivaa säteilyä tai vaihtoehtoisesti sellaiset materiaalit, joiden käsittely ionisoivalla säteilyllä saa aikaa merkittäviä parannuksia materiaalien käyttöominaisuuksiin. Seuraavat materiaalityypit käsitellään kurssin toisessa osiossa: käytetty ydinpolttoaine ja metallit, vesi ja vesiliuokset, ravintoaineet, polymeerit ja biologiset näytteet. Kurssin viimeisessä osiossa sovellutukset selvitetään ionisoivan säteilyn nykyiset ja pääosin teolliset sovellutukset tosin siten, että radioaktiivisten aineiden käyttö analytiikassa ei kuulu käsiteltäviin aiheisiin. Merkittävimmät sovellutusalueet ovat lääketieteellisten tuotteiden säteilysterilointi, ruoan säteilytys, nanoteknologisten elektroniikkakomponenttien tutkimus, tekniset suurvolyymituotteet rakennus- ja autoteollisuudessa samoin kuin polymeerien funktionalisointi. Kurssin yhteydessä suoritetaan seuraavat harjoitustyöt: TYÖ 1 annosdosimetrointi Fricke-menetelmällä TYÖ 2 jarruuntumiskoe (polymeerikalvojen säteilytys syklotronilla tuotetulla protonisuihkulla) TYÖ 3 track etch-kalvojen valmistus ja analysointi Kurssin yhteydessä kukin osallistuja tekee lyhyen kirjallisuusselvityksen ja sen perusteella pitää vastaavasta aiheesta lyhyen esityksen. Kurssin läpäisy edellyttää harjoitustöiden suorittamista, suullista esitystä ja hyväksyttyä lopputentin suoritusta.
RADIONUCLIDE PRODUCTION AND TRACER TECHNIQUES Radionuclide production and tracer techniques on valinnainen kurssi Radiokemia-paketin opiskelijoille ja suositeltava kurssi erityisesti Radiolääkeainekemia-painotteisen paketin opiskelijoille. Kurssille voivat osallistua opiskelijat, jotka ovat suorittaneet aiemmin kurssin KEK225 Radiokemia, mutta ennen osallistumista kurssin harjoitustöihin on suositeltavaa käydä myös kurssi KEM311 Basic radiochemistry exercises. Kurssi on laajuudeltaan 5 op ja siihen sisältyy luentoja, pienryhmätyöskentelyä ja harjoitustöitä. Luennoilla käsiteltävät aiheet: radionuklidien tuotannoissa käytettävät ydinreaktiot, tuotantomenetelmät ja eristys kohtiomateriaaleista, radioleimattujen merkkiaineiden sovellukset, mittaustekniikka ja radiosynteesimenetelmät. Ryhmätyöt: radionuklidituotannon ja radionuklidilaboratorion suunnittelu Harjoitustyöt: - Radionuklidien tuotanto protoneilla ja neutroneilla - 125 I-Radioleimausmenetelmät - 3 H-autoradiografia ja autoradiografiamenetelmien vertailu - Kiihdytinmassaspektrometria Harjoitustöistä laaditaan joko työselostus tai power point-esitys. Kurssista saa suoritusmerkinnän, kun kuulustelu on hyväksytty, työselostukset on palautettu hyväksyttyinä ja esitys pidetty. CHEMISTRY OF THE NUCLEAR FUEL CYCLE Chemistry of the nuclear fuel cycle kurssi on radiokemian maisteriopintoihin kuuluva valinnainen kurssi (5 op), joka pidetään joka toinen vuosi kevätlukukaudella. Kurssi jakautuu kahteen osaan: 1) ydinpolttoainekierron alkupää jätteen loppusijoitukseen asti (periodi 3), 2) ydinpolttoaineen loppusijoitus (periodi 4). Kummallakin osiolla on omat Moodle-sivut. Ensimmäisessä osiossa on luentoja seuraavista aiheista: - Uraanin erotus malmista (uraanin liuotus ja erotus malmista, uraanin puhdistus) - Uraanin konversio ja rikastus (membraanidiffuusio, kaasusentrifugointi) - Ydinreaktorien toiminta (Reaktorityypit ja niiden toimintaperiaate, ydinreaktiot reaktorissa: fissio, transmutaaatio ja aktivoituminen, ydinjätteiden synty) - Ydinreaktorien vesikemia (reaktorivesien koostumus, reaktiivisuuden säätö, radionuklidien käyttäytyminen reaktorivesissä, reaktoriveden puhdistus) - Ydinreaktiossa syntyvien radionuklidien kemian pääpiirteet (fissiotuotteet, aktinidit, aktivoitumistuotteet) - Käytetyn ydinpolttoaineen jälleenkäsittely (uraanin ja plutoniumin talteenotto käytetystä polttoaineesta: PUREX-prosessi, jälleenkäsittelylaitokset ja niiden tekniikka) - Ydinjäteliuosten käsittely (jäteliuosten kemian pääpiirteet, käsittelymenetelmät: haihdutus, betonointi, lasitus, saostus, nesteuutto, ioninvaihto, käänteisosmoosi)
- Selektiiviset epäorgaaniset ioninvaihtimet ydinjätteen käsittelyssä (kaupalliset materiaalit, radiokemian laboratoriossa kehitetyt materiaalit, pääpiirteet ja sovellukset) Tämän osion lopuksi laaditaan tutkielma (5-10 sivua) jostain ydinpolttoainekierron probleemasta (aiheet annetaan kurssilla). Materiaali tutkielmaan haetaan opastetusti verkkolähteistä, esim. yliopiston elektronisista julkaisuista. Ydinpolttoaineen loppusijoitus - osiossa käsitellään seuraavia aiheita - Radionuklidien syntymismekanismit ydinpolttoaineessa ja sitä ympäröivissä rakenteissa - Käytetyn ydinpolttoaineen koostumus sekä fysikaalinen tila - Ydinpolttoaineen jälleenkäsittely (vaihtoehtona suoralle loppusijoitukselle) - Radionuklidien liukeneminen käytetystä ydinpolttoaineesta - Käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoitussuunnitelmat Suomessa (ja muissa maissa) - Bentoniittipuskurin ominaisuudet ja toiminta - Kallioperän rakenne - Kalliopohjaveden koostumus ja virtaus - Radionuklidien sorptio kalliorakojen pinnoille (kivet, mineraalit, sorptiomekanismit) - Radionuklidien diffuusio kalliomatriisiin - Radionuklidien sorptio maaperässä - Radionuklidien kulkeutumisen mallintaminen - Miten radionuklidien kulkeutumista ja pidättymistä kallio- ja maaperässä tutkitaan Luentojen jälkeen opiskelijat kirjoittavat esseen kurssilla annettavasta aiheesta ja pitävät sen pohjalta seminaariesitelmän. Kurssin arvosana muodostuu esseiden ja seminaariesitelmän arvostelusta.