ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Химическое действие ядерных излучений из "Ядерная физика " Механизм радиационно-химических реакций таков. Поток ядерных частиц вызывает в среде возбуждение, ионизапию, диссоциацию и диссоциативную ионизацию молекул. Возникшие при этом возбужденные молекулы и ионы вступают в химические реакции. либо непосредственно, либо через промежуточное образование химически высокоактивных свободных радикалов. В последнем случае в реакции могут вовлекаться молекулы, не подвергавшиеся непосредственному облучению. Так как энергия ядерных излучений значительно превышает энергию любых химических связей, то облучение может разрывать и очень прочные связи. Это ведет к образованию таких химически высокоактивных ионов и радикалов, которые не удается получать традиционными химическими методами. Тем самым открываются возможности осуществления сильно эндотермических реакций и реакций, запрещенных высоким активационным барьером. [c.660] Интенсивность радиационно-химической реакции характеризу- ется ее выходом G, равным числу прореагировавших молекул на 100 эВ поглощенной энергии. Для большинства реакций характерны выходы G = 4 — 10. Для наиболее устойчивых к радиации молекул (о причинах устойчивости см. ниже в п. 3) радиационный выход снижается до 0,1. В цепных радиационно-химических процессах -выход может достигать значений 10 — 10 . [c.660] По величине выхода можно оценить относительную роль ионизации и возбуждения, если учесть, что на 100 эВ ионизационных потерь в веществе образуется в среднем 3—4 пары ионов (ср. гл. VIII, 6, п. 2). Сравнивая это значение с величиной G, мы видим, что механизмы возбуждения и ионизации в среднем примерно в равной степени важны для осуществления радиационно-химических реакций. [c.661] Для реакций, идущих через ионизаци1р, почти всегда промежуточным этапом является возникновение электрона с энергией 10— 1000 эВ. В этом случае выход G зависит только от поглощенной дозы в радах, но не от рода облучающих частиц. [c.661] При облучении такой же воды у-излучением перекись водорода практически не образуется, а разложение воды идет с очень малым выходом. Однако в присутствии растворенного в воде кислорода выход Н2О2 под действием v-излучения растет с ростом парциального давления кислорода и доходит до значений G = 1 — 2. Наблюдается очень высокая чувствительность радиолиза воды и к другим примесям. [c.662] Гамма-кванты вызывают химические превращения в основном через промежуточное образование комптон-электронов и фотоэлектронов. Поэтому облучение электронами и у-квантами приводит к одним и тем же радиационно-химическим процессам с одинаковыми выходами. [c.663] Медленные нейтроны порождают у-кванты путем радиационного захвата (п, v), а эти кванты образуют комптон-электроны, инициирующие химические реакции. При облучении быстрыми нейтронами электроны и возбужденные молекулы образуются еще и ионизированными ядрами отдачи. Так, в среде из водородосодержащих молекул при облучении нейтронами с энергией 2 МэВ половина химических превращений происходит через протоны отдачи, а другая половина — через v-KBaHTbi из реакции п- - p- -d-fY. [c.663] Осколки деления обладают большой кинетической энергией (десятки МэВ) и колоссальной ионизационной способностью (из-за их большой массы, см. гл. VIII, 2, п. 5). Поэтому такое излучение заманчиво для осуществления сильно эндотермических реакций. [c.663] К настоящему времени по радиационно-химическим реакциям с полимерами накоплено довольно большое количество опытных данных. Сколько-нибудь последовательное теоретическое истолкование этих данных, позволяющее предсказывать ход еще не изученных реакций, пока отсутствует. [c.664] Главными радиационно-химическими реакциями с полимерами являются сшивание, т. е. образование новых связей, и деструкция, т. е. обрыв существовавших связей (рис. 13.8). Другие процессы (например, выделение газообразного водорода), как правило, играют значительно меньшую роль. Выходы сшивания и деструкции обозначаются соответственно через и (Зд. У всех полимеров при облучении идут оба процесса, но с разными выходами. Так, для целлюлозы преобладает деструкция G, 0, 0 11), а для поли-зтилена, напротив, сшивание (С = 3, G = 1). [c.664] При деструкции растут растворимость и текучесть, падают прочность и разрывное удлинение. При достаточно полной деструкции полимер превращается в вязкую жидкость или хрупкий порошок. Поэтому склонные к деструкции материалы нельзя (по крайней мере без защиты) использовать в качестве конструктивных для работы в условиях облучения. [c.665] Сшивание уменьшает растворимость и текучесть, улучшает эластичные свойства. При достаточно большом количестве сшивок весь полимер становится как бы одной разветвленной молекулой, т. е. образует гель. Свойства геля сильно отличаются от свойств обычного несшитого полимера. Гель крайне эластичен, стоек к действию растворителей и высоких температур. Например, обычный полиэтилен течет уже при 100 °С. Сшитый же полиэтилен при 150 °С и давлении 200 атм выстаивает 10 ООО часов и является прекрасным изоляционным материалом. [c.665] Направление радиационно-химических процессов, как правило, слабо зависит от вида излучения, фазового состояния и даже от температуры. При растворении полимера повышается относительная роль деструкции, так как сшивание становится затрудненным из-за увеличения среднего расстояния между молекулами. [c.665] Шестидесятые годы можно назвать переломными в отношении радиационно-химических исследований наступательного плана по разработке методов получения новых ценных материалов и по созданию высокоэффективных и экономически выгодных методов получения уже известных веществ. Здесь прежде всего следует отметить освоение производства сшитого полиэтилена (см. выше п. 3) и радиационной вулканизации каучука, увеличивающ,ей срок службы автопокрышек на десятки процентов. Большое количество ценных радиационно-химических процессов получено в лабораторных установках и находится в стадии промышленного освоения. Большинство этих работ относится к полимерам (увеличение прочности дЬрева в несколько раз, получение термостойких эпоксидных смол и т. д.). Достаточно мощ,ное развитие радиационной химии позволило бы попутно решить важную задачу об использовании радиоактивных отходов от работы ядерных реакторов. [c.666] Принципиальное значение для химической промышленности имела бы разработка метода фиксации атмосферного азота, у которого нестабильны все пять окислов. [c.666] Вернуться к основной статье