辐射化学及其应用-核技术应用

《辐射化学及其应用-核技术应用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《辐射化学及其应用-核技术应用（125页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、2 同步辐射三、同步辐射应用辐射化学原理与应用2007年2月2 同步辐射三、同步辐射应用辐射化学原理与应用一、基本原理1辐射化学的定义辐射化学是研究电离辐射与物质相互作用所产生的化学效应的学科。电离辐射：（一）、概述2 同步辐射三、同步辐射应用一、基本原理 波长小于30nm（E41.3eV）的电磁辐射；高能荷电粒子，如电子、质子、氘核2H、反冲核、高能核裂变碎片、重离子等；快中子；放射性物质核衰变放出的、射线。（一）、概述辐射化学原理与应用2 同步辐射三、同步辐射应用一、基本原理 辐射种类 电子加速器提供加速电子 核素源的辐射能量范围 几个KeV10MeV激发电离能诱发明显的辐射效应，不会 引

2、发放射性产 物，无放射性污染（一）、概述辐射化学原理与应用2 同步辐射三、同步辐射应用一、基本原理2辐射化学研究的对象研究电离辐射与物质作用时发生的化学变化，即电离、激发和自由基；上述变化与环境的关系；辐射化学的原理。化学变化主要有：辐射分解，辐射合成，辐射聚合，辐射降解，辐射氧化还原，氧化和异构化等。（一）、概述辐射化学原理与应用2 同步辐射三、同步辐射应用一、基本原理3辐射化学发展简史1）伦琴和贝可勒尔发现射线和放射现象1896；2）居里夫人发现Po和Ra，提供了辐射源；3） Lind 1910年提出离子对产额M/N；式中 M体系中消失或生产的气体分子数；N形成的离子对数目。4）Frick

3、e1929年提出将硫酸亚铁分子作为测定 射 线的剂量计，沿用至今；（一）、概述辐射化学原理与应用2 同步辐射三、同步辐射应用一、基本原理提出用能量产额G代替离子对产额 。 G值定义 ：体系中吸收100eV能量所形成或破坏的分子数；G（）表示每吸收100eV能量生成产物的分子数；G（-）表示每吸收100eV能量物质分解的分子数；G()表示用射线照射时形成产物的产额；G法定单位 mol/J。（一）、概述辐射化学原理与应用2 同步辐射三、同步辐射应用一、基本原理5）1942年反应堆和加速器的问世，为辐射化学提供了强大的辐射源；实验技术的进步：如核素标记、ESR、质谱（MS）、红外光谱、抗磁共振、色谱

4、技术，使辐射化学研 究进入一个新阶段。提出一些问题：如反应堆内原件的辐射损伤；萃取剂的辐射损伤；生命系统的辐射损伤。（一）、概述辐射化学原理与应用2 同步辐射三、同步辐射应用一、基本原理6）60年代脉冲技术10-12s量级的脉冲辐照装置投入使用,短寿命中间产物的研究，加强了辐射化学的基础理论研究；7）90年代重离子加速器。（一）、概述辐射化学原理与应用2 同步辐射三、同步辐射应用一、基本原理4辐射化学与其它学科的关系（1）与放射化学的关系（2）与光化学的关系E 40eV的电磁辐射产生的化学效应为辐射化学。（一）、概述辐射化学原理与应用2 同步辐射三、同步辐射应用一、基本原理二者的差别： 入射粒

5、子能量不同辐射化学的入射离子能量为keVMeV量级，其值远大于原子和分子的电离能（H2：15.4eV；CH4：13.07eV；He：24.58eV）和化学键能（210eV），可使物质的分子激发和电离。一个入射粒子损失其全部能量可使许多分子电离和激发。（一）、概述辐射化学原理与应用2 同步辐射三、同步辐射应用一、基本原理如1MeV的电子在气体中损失它的全部能量，可产生3104离子和6104的激发分子。而光化学过程是一次性的，即光子通过一次相互作用把它的能量全部给予被激发的分子而光子本身消失。（一）、概述辐射化学原理与应用2 同步辐射三、同步辐射应用一、基本原理 辐射化学的电离和激发是无选择性的，

6、但光化学是有选择性的Ah A 只有当E = h，且不同能态的跃迁为允许跃迁时，上式反应才能发生。（一）、概述辐射化学原理与应用2 同步辐射三、同步辐射应用一、基本原理 辐射化学过程和光化学过程所产生的活性粒子在空间分布不同。辐射化学过程的次级电子往往具有足够的能量，能再次发生激发和电离，形成刺迹（spur）或云团（blob）。光化学均匀分布，低浓度。（一）、概述辐射化学原理与应用2 同步辐射三、同步辐射应用一、基本原理 辐射化学过程的辐射能主要是溶剂分子吸收（溶质浓度不太高时）。光化学的吸收是选择性的，通常是溶质分子吸收能量。辐射化学产物也要复杂得多，三重激发态、自由基等。（一）、概述辐射化学

7、原理与应用2 同步辐射三、同步辐射应用一、基本原理（3）辐射物理（4）高分子化学（5）放射医学、放射生物学DNA损伤与修复5辐射化学进展（1）辐射化学基础理论研究；（2）与生物相等物质的辐射化学研究；辐射治疗肿瘤、质子治疗、中子治疗；辐射增敏剂。（一）、概述辐射化学原理与应用2 同步辐射三、同步辐射应用一、基本原理（3）应用辐射化学的研究 脉冲辐解及低温技术研究辐射化学机理； 辐射增敏剂实体肿瘤中含有1050对射线敏感性低的乏氧细胞（hypoxic cells）,这些细胞对射线有抗拒作用，从而影响肿瘤放疗的疗效。（一）、概述辐射化学原理与应用2 同步辐射三、同步辐射应用一、基本原理从前的增敏剂

8、大多为亲电性的硝基咪唑化学物，增敏作用明显，但毒副作用大，尚未临床应用。复旦放医所金一尊教授研制的新磺酰胺类化学物（SRM-4）（一）、概述辐射化学原理与应用2 同步辐射三、同步辐射应用一、基本原理组别抑制率S180瘤ESC瘤对照单照（10Gy）29.8333.51照射870mg/kg SRM-463.7245.26照射580mg/kg SRM-449.8963.79照射290mg/kg SRM-442.2438.47SRM-4对S180和ESC肿瘤的抑制率肿瘤抑制率（）（对照组瘤重实验组瘤重）/对照组瘤重100。（一）、概述辐射化学原理与应用2 同步辐射三、同步辐射应用一、基本原理（一）、概

9、述6辐射化学的应用工业应用农业应用医学应用研究应用辐射化学原理与应用2 同步辐射三、同步辐射应用一、基本原理辐射加工新材料（1）形状记忆聚合物材料及热缩制品；（2）绝缘材料的辐射交联；（3）导电高分子复合材料和温控拌热电缆；（一）、概述（4）聚烯烃管的辐射交联改性；（5）工程塑料的辐射交联改性；辐射化学原理与应用2 同步辐射三、同步辐射应用一、基本原理（4）聚烯烃管的辐射交联改性；（5）工程塑料的辐射交联改性；（6） 橡胶辐射硫化；1）然橡胶乳液辐射硫化及应用；2）合成橡胶辐射硫化及应用。（7）聚烯烃发泡材料；（8）水性高分子体系；（9） 超强吸水高分子材料；（一）、概述辐射化学原理与应用2

10、同步辐射三、同步辐射应用一、基本原理（10）生物医用材料；1）惰性医用材料；2）生物相容性医用材料；3）血液净化材料；4）生物吸收性材料；5）药物控制释放材料；6）组织工程软组织修复材料；（一）、概述辐射化学原理与应用2 同步辐射三、同步辐射应用一、基本原理7）组织工程硬组织修复材料；8）其他生物医用材料；a）生物活性物质固定化；b）微胶囊化；c）医用高分子和高分子医用制品；d）切口闭合材料；e）职能材料。（11）纳米材料的辐射制备；（12）复合材料。（一）、概述辐射化学原理与应用2 同步辐射三、同步辐射应用一、基本原理辐射加工其它应用 （1）涂层辐射固化及应用；（2）高分子材料的回收 再利用

11、；（3）半导体材料及器件的辐射改性（4）三废治理中的应用1）烟道气脱硫脱氮2）固体废弃物的辐射处理3）废水、污泥的辐射 处理 （5）农产品和食品贮存保鲜；（6）医疗保健产品的 消毒、灭菌；（7）含中成药的辐射灭菌（一）、概述辐射化学原理与应用2 同步辐射三、同步辐射应用一、基本原理（二）、辐射化学的基本过程 电离辐射与物质相互作用辐射化学过程：物质对电离辐射能的吸收没有选择性光电效应 康普顿效应电子对效应钴-60 平均能量1.25MeV 辐照以康普顿效应为主在电磁辐射能量不太高时（ 104eV106eV），它们与物质 相互作用主要有辐射化学原理与应用2 同步辐射三、同步辐射应用一、基本原理1.

12、 光电效应低能光子与原子发生碰撞时，它可将自身的能量全部传递给原子的某个束缚电子，而电子带着能量Er-b脱离原子而运动，Er为入射光子的能量， b是该电子在原子中的结合能。对于氧的k壳层电子，b约为530eV。从原子中逐出的电子统称光电子，此过程成为光电效应。对高Z物质和低能光子，光电效应为主。（二）、辐射化学的基本过程辐射化学原理与应用2 同步辐射三、同步辐射应用一、基本原理2. 康普顿效应入射光子既可与束缚电子，也可与自由电子相互作用。入射光子能量较高，一般为0.22MeV，介质的原子序数较低，可看成一个光子与原子中一个电子间的弹性碰撞。（二）、辐射化学的基本过程辐射化学原理与应用2 同步

13、辐射三、同步辐射应用一、基本原理散射光子Er入射光子Er反冲电子Ee（二）、辐射化学的基本过程辐射化学原理与应用2 同步辐射三、同步辐射应用一、基本原理（二）、辐射化学的基本过程 3. 电子对生产过程当光子能量大于2个电子的静止质量能（即大于1.02MeV）时，它们与物质相互作用可产生一对正、负电子对，而光子本身则消失。负电子，Ee入射光子 Er 0.511MeV+e+ 湮没辐射0.511MeV辐射化学原理与应用2 同步辐射三、同步辐射应用一、基本原理正负电子具有较高的能量时，可使介质分子电离和激发损失能量。正电子损失能量后可与电子结合转化为23个光子，这一过程称为湮没辐射。（二）、辐射化学的

14、基本过程辐射化学原理与应用2 同步辐射三、同步辐射应用一、基本原理 辐射化学基本过程电离激发10-17s裂解和重排 电子转移 离子分子反应 电子加成.退激 能量转移 电子转移 抽氢反应 加成反应.稳定产物自由基（二）、辐射化学的基本过程辐射化学原理与应用2 同步辐射三、同步辐射应用一、基本原理短寿命中间产物电子、离子、激发分子和自由基讨论电子、离子、激发分子和自由基的生成、性质和反应，从而了解辐射化学中发生的基本过程。自由基：含有成键能力未成对电子的原子、原子团、分子和离子。H是简单的自由基，O-2是负离子自由基CH4为正离子自由基（二）、辐射化学的基本过程辐射化学原理与应用2 同步辐射三、同

15、步辐射应用一、基本原理辐射化学原理与应用1电子（1）次级电子的生成及其能量分布次级电子的来源：1）入射电离辐射在物质中慢化时发生的多次初级电离作用:（二）、辐射化学的基本过程电离2 同步辐射三、同步辐射应用一、基本原理辐射化学原理与应用2)电离产生的具有较高能量的次级电子又使物质产生次级电离作用:e-M M+2e-（二）、辐射化学的基本过程对于粒子和电子，初级电离事件约占2030，其余为次级电离作用。2 同步辐射三、同步辐射应用一、基本原理辐射化学原理与应用a.不同能量的入射粒子形成的次级电子能谱是相似的；b.能量5eV的次级电子占50以上；c.次级电子的平均能量70eV。（二）、辐射化学的基本过程2 同步辐射三、同步辐射应用一、基本原理辐射化学原理与应用低能电子能量低于介质分子电离电位的电子称为低能电子（525eV）。它们在辐射化学中有重要意义：可诱发三重激发态分子；可被具有正电子亲合势的分子（如O2、CCl4等）俘获形成负离子；可被正离子中和或者在介质中陷落成为溶剂化电子。（二）、辐射化学的基本过程2 同步辐射三、同步辐射应用一、基本原理辐射化学原理与应用式中f(E)为单位能量间隔的自由电子分额，E为电子能量，I是介质的电离电位。（二）、辐射化学的基本过程2 同步辐射三、同步辐射应用一