Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Радиолиз является диссоциацией из молекул с помощью ионизирующего излучения . Это разрыв одной или нескольких химических связей в результате воздействия потока высокой энергии. Радиация в этом контексте связана с ионизирующим излучением ; радиолиз поэтому отличаются от, например, фотолиза из Cl 2 молекулы на две Cl- радикал , где ( ультрафиолетовый или видимый спектр ) свет используются.

Например, вода диссоциирует под альфа - излучения в водород радикал и гидроксильный радикал , в отличие от ионизации воды , которое производит ион водорода и гидроксид - ион. [ Править ] химия концентрированных растворов при ионизирующего излучения является чрезвычайно сложным. Радиолиз может локально изменять окислительно - восстановительные условия, и , следовательно, видообразование и растворимость соединений.

Разложение воды [ править ]

Из всех изученных радиационно-химических реакций наиболее важной является разложение воды. [1] Под воздействием радиации вода подвергается последовательному распаду на перекись водорода , водородные радикалы и различные кислородные соединения, такие как озон , который при обратном преобразовании в кислород выделяет большое количество энергии. Некоторые из них взрывоопасны. Это разложение происходит в основном за счет альфа-частиц , которые могут полностью поглощаться очень тонкими слоями воды.

Обобщая, радиолиз воды можно записать так: [2]

Приложения [ править ]

Прогнозирование и предотвращение коррозии на атомных электростанциях [ править ]

Считается, что повышенная концентрация гидроксила, присутствующего в облученной воде во внутренних контурах теплоносителя легководного реактора, должна быть принята во внимание при проектировании атомных электростанций, чтобы предотвратить потери теплоносителя в результате коррозии .

Производство водорода [ править ]

Текущий интерес к нетрадиционным методам получения водорода побудил пересмотреть радиолитическое расщепление воды, когда взаимодействие различных типов ионизирующего излучения (α, β и γ) с водой производит молекулярный водород. Эта переоценка была дополнительно вызвана наличием в настоящее время больших количеств источников излучения, содержащихся в топливе, выгружаемом из ядерных реакторов . Это отработавшее топливо обычно хранится в бассейнах с водой, ожидая окончательного захоронения или переработки . Выход водорода в результате облучения воды β- и γ-излучением невелик (значения G = <1 молекула на 100 электронвольт.поглощенной энергии), но это в значительной степени связано с быстрой повторной ассоциацией видов, возникающей во время начального радиолиза. Если присутствуют примеси или создаются физические условия, препятствующие установлению химического равновесия, чистое производство водорода может быть значительно увеличено. [3]

Другой подход использует радиоактивные отходы в качестве источника энергии для регенерации отработанного топлива пути превращения бората натрия в боргидрид натрия . Применяя надлежащую комбинацию мер контроля, можно получать стабильные боргидридные соединения и использовать их в качестве среды хранения водородного топлива.

Исследование, проведенное в 1976 году, показало, что можно по порядку величины оценить среднюю скорость производства водорода, которую можно получить, используя энергию, выделяемую при радиоактивном распаде. Исходя из выхода первичного молекулярного водорода 0,45 молекул / 100 эВ, мы получаем 10 тонн в день. Скорость производства водорода в этом диапазоне не является незначительной, но небольшая по сравнению со среднесуточным потреблением водорода (1972 г.) в США, составляющим около 2 x 10 ^ 4 тонн. Добавление донора атома водорода может увеличить это примерно в шесть раз. Было показано, что добавление донора атома водорода, такого как муравьиная кислота, увеличивает значение G для водорода примерно до 2,4 молекулы на 100 эВ поглощенного вещества. В том же исследовании сделан вывод о том, что проектирование такой установки, вероятно, было бы слишком небезопасным, чтобы быть осуществимым. [4]

Отработанное ядерное топливо [ править ]

Образование газа при радиолитическом разложении водородсодержащих материалов является предметом озабоченности при транспортировке и хранении радиоактивных материалов и отходов в течение ряда лет. Могут образовываться потенциально горючие и коррозионные газы, в то же время химические реакции могут удалять водород, и эти реакции могут быть усилены присутствием излучения. Баланс между этими конкурирующими реакциями в настоящее время не известен.

Лучевая терапия [ править ]

Когда излучение попадает в организм, оно будет взаимодействовать с атомами и молекулами клеток (в основном из воды), чтобы производить свободные радикалы и молекулы, которые способны распространяться достаточно далеко, чтобы достичь критической цели в клетке, ДНК и повредить это косвенно через какую-то химическую реакцию. Это основной механизм повреждения фотонов, поскольку они используются, например, при дистанционной лучевой терапии .

Обычно радиолитические события, которые приводят к повреждению ДНК (опухолевой) клетки, подразделяются на различные стадии, которые происходят в разных временных масштабах: [5]

  • Физическая стадия ( ), состоит в осаждении энергии по ионизирующей частицей и последующей ионизации воды.
  • Во время физико-химической стадии ( ) происходят многочисленные процессы, например, молекулы ионизированной воды могут расщепляться на гидроксильный радикал, а молекула водорода или свободные электроны могут подвергаться сольватации .
  • Во время химической стадии ( ) первые продукты радиолиза вступают в реакцию друг с другом и с окружающей средой, в результате чего образуется несколько активных форм кислорода , способных диффундировать.
  • На биохимической стадии ( до нескольких дней) эти активные формы кислорода могут разорвать химические связи ДНК, тем самым запуская реакцию ферментов, иммунной системы и т. Д.
  • Наконец, на биологической стадии (от нескольких дней до нескольких лет) химическое повреждение может привести к биологической гибели клетки или онкогенезу, когда поврежденные клетки пытаются делиться.

История Земли [ править ]

Было высказано предположение [6], что на ранних этапах развития Земли, когда ее радиоактивность была почти на два порядка выше, чем в настоящее время, радиолиз мог быть основным источником атмосферного кислорода, который обеспечивал условия для образования и развитие жизни . Молекулярный водород и окислители, образующиеся в результате радиолиза воды, также могут быть постоянным источником энергии для подповерхностных микробных сообществ (Pedersen, 1999). Такое предположение подтверждается открытием на золотом руднике Мпоненг в Южной Африке , где исследователи обнаружили сообщество, в котором преобладает новый филотип Desulfotomaculum., питаясь, главным образом, радиолитически произведенным H 2 . [7]

Методы [ править ]

Импульсный радиолиз [ править ]

Импульсный радиолиз - это недавний метод инициирования быстрых реакций для изучения реакций, протекающих в масштабе времени быстрее, чем приблизительно сто микросекунд , когда простое смешивание реагентов является слишком медленным и необходимо использовать другие методы инициирования реакций.

Этот метод включает воздействие на образец материала пучком сильно ускоренных электронов , который генерируется линейным ускорителем . У него много приложений. Он был разработан в конце 1950-х - начале 1960-х годов Джоном Кином в Манчестере и Джеком У. Боагом в Лондоне.

Флэш-фотолиз [ править ]

Флэш-фотолиз является альтернативой импульсному радиолизу, при котором для инициирования химических реакций используются мощные световые импульсы (например, от эксимерного лазера ), а не пучки электронов. Обычно используется ультрафиолетовый свет, который требует меньшей защиты от излучения, чем требуется для рентгеновских лучей, испускаемых при импульсном радиолизе.

См. Также [ править ]

  • Радиационная химия

Ссылки [ править ]

  1. ^ Мария Кюри. "Traité de radioactivité, стр. V – xii. Опубликовано Готье-Вилларом в Париже, 1910" . Cite journal requires |journal= (help)
  2. ^ Le Кэр, Софи (2011). «Радиолиз воды: влияние оксидных поверхностей на образование H2 под действием ионизирующего излучения» . Вода . 3 : 235–253. DOI : 10,3390 / w3010235 .
  3. ^ "Радиолитическое расщепление воды: демонстрация на реакторе Pm3-a" . Проверено 18 марта +2016 .
  4. ^ Зауэр, младший, MC; Hart, EJ; Флинн, KF; Гиндлер, Дж. Э. (1976). «Измерение выхода водорода при радиолизе воды растворенными продуктами деления» . DOI : 10.2172 / 7347831 . Проверено 26 сентября 2019 года . Cite journal requires |journal= (help)
  5. ^ Холл, EJ; Джачча, AJ (2006). Радиобиология для радиолога (6-е изд.).
  6. ↑ Р. Богданов и Арно-Тоомас Пихлак из Санкт-Петербургского государственного университета
  7. ^ Ли-Хун Линь; Пей-Лин Ван; Дуглас Рамбл; Йоханна Липпманн-Пипке; Эрик Бойс; Лиза М. Пратт; Барбара Шервуд Лоллар ; Эоин Л. Броди; Терри К. Хейзен; Гэри Л. Андерсен; Тодд З. ДеСантис; Дуэйн П. Мозер; Дэйв Кершоу и ТК Онстотт (2006). «Долгосрочная устойчивость высокоэнергетического земного биома с низким разнообразием» . Наука . 314 (5798): 479–82. Bibcode : 2006Sci ... 314..479L . DOI : 10.1126 / science.1127376 . PMID 17053150 . S2CID 22420345 .  

Внешние ссылки [ править ]

  • Traité de radioactivité, par Marie Skodowska Curie, опубликованный Готье в Париже, 1910.
  • Прекурсоры и переходные виды при радиолизе в конденсированной фазе
  • Радиолиз для регенерации бората
  • Радиолиз воды, возможный источник атмосферного кислорода
  • Диссоциация воды лучистой энергией
  • Решение проблем газообразования в упаковках, содержащих радиоактивные отходы / материалы
Импульсный радиолиз
  • Что такое пульсовый радиолиз
  • [1]
  • Образование и обнаружение промежуточных продуктов при радиолизе воды, Приложение к радиационным исследованиям, т. 4. Основные механизмы радиационной химии водных сред. Труды конференции, спонсируемой Национальной академией наук - Национальным исследовательским советом США, Гатлинбург, Теннесси, 9-10 мая 1963 г. (1964), стр. 1-23