ВЗАЄМОДІЯ ІОНІЗУЮЧИХ випромінювань З РЕЧОВИНОЮ.
ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ТА ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ В РАДІАЦІЙНОЇ ХІМІЇ
Хімічним і фізико-хімічним перетворенням речовин під дією іонізуючого випромінювання передують різні фізичні процеси: іонізація молекул середовища, їх збудження, уповільнення швидких електронів, утворення «шпор», циліндричних треків і т. Д. Стадію взаємодії іонізуючого випромінювання з речовиною, на якій протікають ці процеси, зазвичай називають фізичної.
Наступна стадія - фізико-хімічна. У цій стадії первинні іони, швидкі електрони і понад порушені молекули трансформуються в проміжні продукти радіолізу, які на третій (хімічної) стадії здійснюють радіолітичного перетворення облучаемой системи, утворюючи кінцеві (стабільні) продукти.
Види іонізуючих випромінювань. Оскільки випромінювання високої енергії при взаємодії з середовищем викликають утворення іонів, їх зазвичай називають іонізуючими. Вони підрозділяються на фотонное (рентгенівське випромінювання, # 947;-випромінювання) і корпускулярне (електронне випромінювання, # 945;-випромінювання, нейтронне випромінювання і т. Д.). Звичайно, з цього визначення не випливає, що вони виробляють тільки іонізацію. Крім зазначеного процесу, вони здійснюють також збудження молекул середовища. Тому пропонувалися терміни «ядерні випромінювання», «атомні випромінювання» та ін. Однак вони не набули широкого поширення в радіаційної хімії.
Іонізуючі випромінювання поділяються на безпосередньо іонізуючі і побічно іонізуючі. Безпосередньо іонізуючим випромінюванням називається іонізуюче випромінювання, що складається з заряджених частинок, що мають кінетичну енергію, достатню для іонізації при зіткненні. Побічно іонізуюче випромінювання - це іонізуюче випромінювання, що складається з фотонів та (або) незаряджених частинок, які можуть створювати безпосередньо іонізуюче випромінювання і (або) викликати ядерні перетворення.
До іонізуючим відносять фотонное випромінювання і корпускулярне випромінювання. Фотонним випромінюванням називається електромагнітне побічно іонізуюче випромінювання. Корпускулярне випромінювання - це іонізуюче випромінювання, що складається з частинок з масою, відмінною від нуля. До корпускулярного відноситься і нейтринне випромінювання.
Фотонне випромінювання включає # 947;-випромінювання і рентгенівське випромінювання. # 947; -випромінюванням називається фотонное випромінювання, що виникає при зміні енергетичного стану атомних ядер або при анігіляції частинок. Рентгенівське випромінювання - це фотонное випромінювання, що складається з гальмівного і (або) характеристичного випромінювання. Під гальмівним випромінюванням розуміють фотонное випромінювання з безперервним енергетичним спектром, що виникає при зменшенні кінетичної енергії заряджених частинок. Характеристичним випромінюванням називається фотонное випромінювання з дискретним енергетичним спектром, що виникає при зміні енергетичного стану електронів атома.
Корпускулярне випромінювання підрозділяється на електронне, # 946;-випромінювання, протонне, нейтронне, дейтронів, # 945;-випромінювання, ГЕЛІОН випромінювання. Воно включає також потоки багатозарядних іонів (наприклад С +6), атоми віддачі, що утворюються в результаті ядерних реакцій, продукти ядерних реакцій поділу.
Іонізуючі випромінювання ділять також на первинне і вторинне. Первинним іонізуючим випромінюванням називається іонізуюче випромінювання, яке в даному процесі взаємодії з середовищем приймається вихідним. Під вторинним іонізуючим випромінюванням розуміють іонізуюче випромінювання, що виникає в результаті взаємодії первинного іонізуючого випромінювання з середовищем.
В радіаційної хімії застосовується, крім того, термін «змішане іонізуюче випромінювання». Їм називається іонізуюче випромінювання, що складається з частинок різного виду або з частинок і фотонів. Наприклад, зі змішаним нейтронним і # 947; -випромінюванням зазвичай починають працювати при роботах на ядерних реакторах.
Основні поняття й одиниці виміру іонізуючих випромінювань.
Найважливішою характеристикою іонізуючого випромінювання є його енергія. Одиниця енергії, яка використовується зазвичай в радіаційної хімії, це електронвольт (еВ). Він дорівнює енергії, що купується одним електроном (заряд 1,60219 -10 -19 Кл) при проходженні різниці потенціалів в один вольт.
Одиницею СІ енергії іонізуючого випромінювання є джоуль (Дж). Однак допускається застосування позасистемної одиниці - електронвольт. Для радіаційної хімії це дозвіл має позитивне значення. Справа в тому, що основною кількісною характеристикою будь-якого радіолітичного перетворення, є радіаційно-хімічний вихід. Величина поглиненої енергії, яка використовується у визначенні цього поняття, -100 еВ. Оскільки 1 МеВ дорівнює 1,60219 # 8729; 10 -19 Дж, то застосування джоулів замість електронвольт в радіаційно-хімічному виході було б важко. Нижче наводяться співвідношення між електронвольт і іншими одиницями енергії (одиниці ерг, кал і ккал вилучені з ужитку):
1 еВ = 1,60219 * 10 -12 ерг = 1,60219 * 10 -19 Дж;
Електронвольт - порівняно невелика одиниця енергії. Тому в радіаційної хімії для характеристики енергії іонізуючого випромінювання найчастіше застосовують кілоелектронвольт (кеВ) і мегаелектронвольт (МеВ), рівні відповідно 103 і 106 еВ. Випромінювання, що використовуються в радіаційної хімії, мають енергію від
0,1 кеВ до 30-40 МеВ.
Для характеристики іонізуючих випромінювань і їх полів застосовуються наступні основні величини: потік іонізуючих частинок і його щільність, потік енергії іонізуючого випромінювання та його щільність, перенесення (флюенс) іонізуючих частинок, перенесення (флюенс) енергії іонізуючого випромінювання.
Потік іонізуючих частинок Фп - це число іонізуючих частинок dN, що падають на дану поверхню за одиницю часу t:
Одиницею СІ вимірювання потоку іонізуючих частинок є секунда в мінус першого ступеня (з -1). Вона відповідає рівномірному потоку частинок, при якому на дану поверхню перпендикулярно до неї падає одна частинка в одну секунду. У позначення одиниці не повинно входити конкретне найменування частки. Воно повинно міститися в тексті. Наприклад, потік # 945;-частинок становить 10 6 с -1.
Щільністю потоку іонізуючих частинок # 966; п називається потік іонізуючих частинок dФn. проникаючих в обсяг елементарної сфери через одиницю площі поперечного перерізу S цієї сфери:
Одиницею СІ вимірювання цієї величини служить метр в мінус другого ступеня секунда в мінус першого ступеня (м -2 # 903; с -1). Вона дорівнює рівномірної щільності потоку частинок, при якій в обсяг сфери з площею центрального поперечного перерізу в 1 м 2 в одну секунду проникає одна частинка. Як і в випадку вимірювання потоку іонізуючих частинок, одиницю виміру щільності потоку іонізуючих частинок записують без вказівки виду частинки.
Під потоком енергії Ф іонізуючого випромінювання розуміють енергію dE іонізуючого випромінювання, що проходить через дану поверхню за одиницю часу:
Одиницею СІ вимірювання потоку енергії іонізуючого випромінювання є ват (Вт).
Щільністю потоку енергії іонізуючого випромінювання # 966; називається потік енергії іонізуючого випромінювання dФ, що проникає в обсяг елементарної сфери через одиницю площі поперечного перерізу цієї сфери: