Ионизирующее излучение и его источники. Радиолиз жидкой воды, страница 2

С точки зрения РХ как науки, основной особенностью радиолиза газов является отсутствие осложняющих эффектов (продукты радиолиза распределены практически равномерно, не возникают шпоры, по крайней мере при атмосферном давлении и ниже).

В плане практического использования радиолиза газов, ученые изучали РХ синтез гидразина из аммиака, окислов азота из воздуха (проблема связывания атмосферного азота для синтеза минеральных удобрений.

В настоящее время практическое значение все шире приобретает РХ очистка выбросных газов ТЭС.

В ядерной энергетике значительное внимание уделяется проблеме радиолиза пароводяной смеси и углекислого газа, которые иногда используются в качестве теплоносителей.

Теперь конкретно о РХ процессах в газах.

Мы с вами уже знаем, что существуют 2 основных канала утилизации энергии ИИ: ионизация  и  возбеждение.. Следовательно «на выходе» мы получаем следующие частицы:     М*, е,  М⁺.

Эти первичные реакционные частицы могут:

1. Рекомбинировать за времена 10^-9 – 10^-5 с. Результат – возбужденная молекула, сброс возбуждения в виде люминесценции.

2. Подвергаться фрагментации с образованием новых атомов, СР, молекул за времена 10^-9 – 10^-3 с.

3.  Могут протекать реакции этих частиц с другими веществами – с «третьим телом».

Главная количественная характеристика ионных процессов в газовой фазе -

W– средняя энергия, необходимая для образования одной пары ионов (М+ , е- ) (25 – 34 эВ)(3 – 4 ионных пары на 100 эВ поглощенной газом энергии)

 В чем заключается главная особенность вторичных газофазных радиационно-инициированных реакций в отличии от реакций в конденсированной фазе ? Здесь затруднена диссипация энергии.

Избежать диссоциации молекула может только сбросив избыточную энергию. Отвод  избыточной энергии происходит только двумя путями:

-  излучение

-  ударная диссипация (сброс возбуждения на третье тело)

                                  ВОДОРОД

 Радиолиз абсолютно чистого водорода не приводит к образованию новых стабильных молекулярных продуктов. Но радиационно-инициированные процессы, конечно, идут. Рассматриваем эту систему прежде всего для развития понятийного аппарата.

Ионизация :                                                 Возбуждение

Н₂   ~~ → Н₂⁺ +е^_                                        Н₂   ~~ → Н₂^*

            Н₂⁺ + Н₂   ~~ → Н₃⁺  + Н^.                  Н₂^*~~ → 2 Н^.

Н₂⁺  +е^_ ~~ → 2 Н^.

            Н₃⁺+е^_ ~~ →   3  Н^.

Практическое значение имеет только реакция  Н₂ + Д₂ ~~ →2 НД.

В случае облучения гамма-излучением Со⁶⁰ РХВ – 3.10⁵ мол-л/ 100 эВ, т.е. процесс – цепной, т.к. не цепные процессы – имеют РХВ до 10 мол-л/ 100 эВ.

                                               КИСЛОРОД

О₂ ~~ → О₂⁺ + е^_                                           О₂ ~~ → О₂^*   

О₂ ~~ → О⁺ +О^. + е^_                                                           О₂^*  ~~ →  2 О^. 

О₂  + О⁺  ~~ → О₂⁺ + О^.

О₂ + О₂ + е^_ ~~ → О₂^- + О₂        В присутствии третьего тела, когда возможен отвод энергии, например, на стенках реакционного сосуда с высокой эффективностью протекает реакция : О₂ + О^. + М  ~~ → О₃ + М

РХВ 6 - 13 мол-л/ 100 эВ.

                                       ДИОКСИД УГЛЕРОДА

В некоторых типах реакторов она используется как теплоноситель, т.к. РХВ достаточно мал – 0,005 мол-л/ 100 эВ.

                       СО₂ ~~ → СО₂⁺ + е^_                      СО₂ ~~ → СО₂^*     

СО₂^*~~ → СО  +  О

                                    ОКИСЬ УГЛЕРОДА

                      СО ~~ → СО⁺ + е^_                          Вследствие высокой прочности

                      СО⁺ + СО ~~ → СО₂ + С⁺              диссоциация  не проходит, но 

 С⁺ + СО + СО → С₃О₂⁺ → полимер                 возможны процессы полимер-ции:

                                                                  СО^* + СО~~ → С₂О + О

                                                                 С₂О + СО + М   → С₃О₂ + М  →  полимер