Лекция 1
Ионизирующим излучением называют излучение, которое при взаимодействии с веществом способно ионизировать атомы или молекулы.
Различают фотонное и корпускулярное ИИ.
1. Фотонное ИИ.
Потенциал ионизации большинства веществ – больше 7 эВ.
Напомню, что Е(эВ) = 1240/λ(нм). Соответственно λ(нм)=1240/Е(эВ).
Отсюда вытекает, что ИИ – это излучение с длиной волны менее 170нм, т.е. вакуумный ультрафиолет. Почему вакуумный – потому, что работать с этим излучением так, чтобы он не поглощался воздухом можно только в вакууме.
Кроме ВУФ к фотонному излучению, естественно относятся и рентгеновское и гамма-излучение, т.е. все электромагнитное излучение с энергией квантов выше 7эВ.
2. Корпускулярное ИИ – это α-, β-, ускоренные электроны и другие ионы, p-, n. и осколки деления тяжелых ядер.
Источники ИИ
Различают машинные и изотопные ИИИ.
К машинным ИИИ относятся ускорители заряженных частиц (подчеркиваю – заряженных! Нейтрон ускорить нельзя!), и рентгеновские установки.
Изотопные ИИИ – ядерные реакторы и радиоактивные изотопы, или как их еще называют – радионуклиды. Наиболее употребимые – 137 – цезий (энергия гамма-квантов – 0,66 МэВ, период полураспада – 30 лет), 60-кобальт – средняя энергия гамма-квантов –1,25 МэВ (средняя – потому, что у него две гамма-линии с энергиями 1,17 и 1,33МэВ) (период полураспада – 5,26 лет), а также стронций – итриевый бета-источник с периодом полураспада – 28 лет).
В природе источниками ионизирующего излучения являются космическое излучение, или, как говорят – «космика» и излучение природных радионуклидов ториевого и уранового рядов, а также калия-40.
Здесь уместно напомнить, что для различных видов ИИ плотность вещества, ослабляющего излучение в 2 раза (плотность половинного ослабления) относятся так:
ρ1/2α :ρ1/2β :ρ1/2γ =100:102:104
Проходя через вещество кванты ИИ выбивают из атомов и молекул электроны, т.е. вызывают ионизацию или возбуждают их до диссоциативных состояний.
В результате вдоль
направления движения ионизирующей частицы возникает «трек» – совокупность
поврежденных и возбужденных молекул и вторичных электронов. Электроны
разлетаются и в свою очередь производят возбуждение и ионизацию, но на более
коротких расстояниях (рис.2). Так за счет разветвления возникает пространственная
структура в виде грушевидных капель (блобов) (100 – 500 эВ) и более мелких
областей – шпуров или шпор (Е менее 100 эВ).
В итоге мы получаем область пространства, в которой имеются Электроны, положительные ионы, а также молекулы и атомы в возбужденном и сверхвозбужденном состояниях. Это возбуждение может сбрасываться в виде кванта света (радиолюминесценция) или приводить к разрыву химических связей в молекуле (образование СР, т.е. частиц с неспаренными электронами).
При энергии первичного быстрого электрона 1 МэВ и скорости его движения 2,8.1010 см./с расстояние равное диаметру молекулы будет пройдено им за время 1,8.10-18 с. Дальнейшие первичные процессы происходят за следующие временные интервалы:
1. 10-16с. Возбуждение или ионизация молекулы.
2. 10-15с. Завершается процесс Оже.
3. 10-14с. Автоионизация из сверхвозбужденного состояния.
4. 10-13с. Длительность одного цикла молекулярного колебания (колебательная релаксация в молекуле).
5. 10-12с. Соударение молекул в конденсированной фазе. Внутренняя конверсия в нижнее возбужденное состояние в многоатомной молекуле.
6. 10-10с. Ион-молекулярные реакции в газовой фазе при давлении 1 атм.
7. 10-9с. Продолжительность соударения молекул в газе при 1 атм.
8. 10-8с. Длительность люминесценции из возбужденного синглетного состояния.
9. 10-7с. Время жизни сольватированного электрона в присутствии активного акцептора в концентрации 10-3М.
10.10-5с. Время жизни сольватированного электрона в присутствии активного акцептора в концентрации 10-5М.
11.10-3с. . Длительность люминесценции из возбужденного триплетного состояния (фосфоресценция).
В целом же в РХ принята такая временная систематизация процессов:
- 10-16-10-15 с. Физическая стадия – первичная ионизация и возбуждение
- 10-14с. физико-химическая стадия – возбуждение молекулярных колебаний, термолизация электронов (растрачивание энергии до уровня энергии тепловых колебаний).
- 10-14-10-13 с. химическая стадия – нейтрализация и сольватация ионов (электрон, взаимодействуя с молекулярным окружением, «роет» себе энергетическую яму.
Дальнейшие превращения всех реакционноспособных частиц протекают по чисто химическим законам. Т.о. от обычных химических превращений РХ отличается прежде всего способом генерации активных частиц.
Исторически, северное сияние – м.б. первый радиационно-химический процесс, который наблюдал человек. Ведь возникает оно при взаимодействии быстрых заряженных космических частиц с верхними слоями атмосферы.
В 1911 году Линд наблюдал образование озона при альфа-облучении кислорода альфа – частицами. А вообще, реально ощутить результаты радиолиза газов можно войдя в зал ускорителей сразу после выключения аппаратуры. Запах озона и окислов азота улетучивается не сразу. Аналогичные ощущения можно испытать и подняв центральный канал гамма-установки.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
