輻射化學

輻射化學

輻射化學是研(yan)究電離輻射與物(wu)質(zhi)相(xiang)互(hu)作用(yong)時(shi)產生(sheng)的(de)化學效(xiao)應(ying)的化學分(fen)支(zhi)學科(ke)。電離輻射包括放射性(xing)核(he)素(su)衰(shuai)變放出的α、β、γ射(she)線(xian)，高能帶電粒子(zi)(電子、質(zhi)子(zi)，氘核(he)等(deng))和(he)短(duan)波長的(de)電磁輻射。由於裂(lie)變碎(sui)片(pian)和(he)快(kuai)中(zhong)子能引起重(zhong)要(yao)的(de)化學效(xiao)應(ying)，它們(men)也可(ke)用作(zuo)電離輻射源(yuan)。
 電離輻射作用於物(wu)質(zhi)，導(dao)致原(yuan)子(zi)或分子的(de)電離和(he)激發，產生(sheng)的(de)離子和(he)激發分(fen)子(zi)在化學上是不穩定的(de)，會(hui)迅(xun)速轉(zhuan)變為自由基和(he)中(zhong)性(xing)分子並(bing)引起復(fu)雜(za)的(de)化學變化。已(yi)知的(de)輻射化學變化主(zhu)要(yao)有(you)輻射分解、輻射合成(cheng)、輻射氧化還原(yuan)、輻射聚合、輻射交(jiao)聯(lian)、輻射接枝、輻射降解以(yi)及輻射改性(xing)等(deng)。
 輻射化學的(de)形(xing)成(cheng)和(he)發展(zhan)，促(cu)進(jin)了人們(men)對化學基本(ben)規律的(de)研(yan)究，從而(er)建立(li)了新的快(kuai)速反應(ying)研(yan)究方法，使(shi)研(yan)究深入(ru)於微(wei)觀反應(ying)領(ling)域(yu)；同時(shi)也促(cu)進(jin)了生物(wu)化學的(de)研(yan)究，如測定酶(mei)的(de)單電子氧(yang)化還原(yuan)電位。模(mo)擬(ni)細胞(bao)膜(mo)上物(wu)質(zhi)的(de)還原(yuan)過(guo)程(cheng)等(deng)。
 輻射化學學科(ke)的(de)形(xing)成(cheng)，與放(fang)射化學及(ji)原(yuan)子(zi)能工(gong)業的發展(zhan)緊密。輻射化學研(yan)究始(shi)自(zi)貝克(ke)勒(le)爾(er)，1896年他(ta)發現(xian)鈾化合物(wu)能發射(she)穿(chuan)透性(xing)輻射，能使(shi)照相底(di)片(pian)感光變黑。居(ju)裏(li)夫婦(fu)發現(xian)元素(su)鐳(lei)後，對(dui)鐳(lei)進(jin)行(xing)研(yan)究並(bing)分離(li)出(chu)較多的鐳(lei)，同時(shi)也進(jin)行(xing)了早期(qi)的輻射化學研(yan)究。他(ta)們(men)發現(xian)了鐳(lei)鹽能引起水(shui)的(de)分解、玻璃儀(yi)器(qi)的變色等(deng)現(xian)象。
 由於有(you)了較強的α輻射源(yuan)，林(lin)德開(kai)始(shi)廣(guang)泛(fan)研(yan)究了α射線(xian)對(dui)氣(qi)體(ti)的作(zuo)用。他(ta)發現(xian)在(zai)α射線的作用(yong)下，簡單氣(qi)體物(wu)可(ke)轉變為氣體混(hun)合(he)物(wu)，碳氫化合物(wu)可(ke)轉變成(cheng)比母體化合物(wu)分子(zi)量(liang)大(da)(或(huo)小(xiao))的碳氫化合物(wu)的混(hun)合(he)物(wu)。1910年林德通(tong)過研(yan)究α射線(xian)在氣(qi)體中(zhong)產生(sheng)的(de)離子對數(shu)目(mu)和(he)發生(sheng)化學變化的分(fen)子數間(jian)的關系，首(shou)先用(yong)離(li)子(zi)對產額定量(liang)表(biao)示氣(qi)體中(zhong)引起的(de)輻射化學效(xiao)應(ying)。隨著(zhe)鐳(lei)和(he)γ射(she)線(xian)用於醫(yi)療(liao)，弗裏(li)克(ke)建(jian)立(li)了利用(yong)亞鐵體系來(lai)測定X射線(xian)劑量(liang)的方法，這標(biao)誌著(zhe)輻射化學研(yan)究進(jin)入(ru)定量(liang)階(jie)段(duan)。
 1942年以(yi)後，原(yuan)子(zi)能事業迅(xun)速發展(zhan)，各種(zhong)粒(li)子(zi)加(jia)速(su)器和(he)反應(ying)堆(dui)相(xiang)繼(ji)建立(li)，為輻射化學研(yan)究提(ti)供了供各種(zhong)目(mu)的(de)使(shi)用的(de)強大(da)輻射源(yuan)。另(ling)壹(yi)方面原(yuan)子(zi)能事業迅(xun)速發展(zhan)又(you)向(xiang)輻射化學家(jia)提(ti)出了許(xu)多亟(ji)待解決的問(wen)題(ti)，例(li)如輻射損傷問(wen)題、耐輻照材料的研(yan)究及如何利(li)用輻射能等(deng)。
 所有(you)這些(xie)研(yan)究的積(ji)累(lei)，使(shi)得(de)輻射化學逐漸(jian)形(xing)成(cheng)了壹門(men)完整(zheng)的學科(ke)。20世紀(ji)60年代以(yi)來，脈(mai)沖技術的發展(zhan)為(wei)研(yan)究短(duan)壽(shou)命中(zhong)間產物(wu)的吸(xi)收(shou)或(huo)發射(she)光譜和(he)衰變動(dong)力學創(chuang)造(zao)了條件，使(shi)我(wo)們(men)能觀察到(dao)在(zai)納(na)秒或更短(duan)的時間內(nei)所進(jin)行(xing)的(de)過程(cheng)。輻射化學的(de)基礎理(li)論進(jin)入(ru)了壹個嶄新的階(jie)段(duan)。70年代，由於電子束裝置(zhi)每(mei)千瓦小(xiao)時價格(ge)的降(jiang)低和(he)鉆60輻照裝置(zhi)的(de)優(you)良(liang)設計(ji)和(he)安全(quan)運轉(zhuan)，又(you)發展(zhan)了壹種(zhong)新興(xing)的(de)產業—輻射加工(gong)工(gong)藝。
 輻射化學與(yu)光化學有(you)密切(qie)的關系，這(zhe)兩門(men)學科(ke)之(zhi)間存在(zai)著(zhe)許(xu)多的(de)共(gong)同點，例如兩者有(you)類似的反(fan)應(ying)機理(li)，輻射化學的(de)許(xu)多理(li)論建立(li)在光化學的(de)研(yan)究基礎上等(deng)。因(yin)此從某(mou)種(zhong)意(yi)義上講，把(ba)輻射化學看(kan)作是光化學的(de)延(yan)伸和(he)分支(zhi)。輻射化學還和(he)核(he)化學、熱(re)原(yuan)子(zi)化學及(ji)電子偶(ou)素(su)化學、介子化學等(deng)緊密關聯(lian)。
 輻射化學反(fan)應(ying)與普通(tong)化學反(fan)應(ying)相比，具(ju)有(you)壹些(xie)比較明顯的(de)特點：由電離輻射引起的(de)原(yuan)初(chu)激(ji)發態、離(li)子(zi)態常具(ju)有(you)*的能(neng)量和(he)活(huo)性(xing)，用光化學的(de)方法壹般難(nan)於產生(sheng)；在(zai)射線通(tong)過介質(zhi)產生(sheng)的(de)徑跡(ji)周(zhou)圍(wei)，活(huo)性(xing)粒種(zhong)形(xing)成(cheng)壹種(zhong)特殊(shu)的分(fen)布(bu)，壹(yi)組組緊挨(ai)在壹(yi)起的(de)激(ji)發分(fen)子(zi)和(he)離子(zi)的(de)群(qun)團(tuan)不(bu)均(jun)勻(yun)地分布(bu)於空(kong)間；電離輻射與介質(zhi)相(xiang)互(hu)作用(yong)時(shi)，介質(zhi)吸(xi)收(shou)能量(liang)是無選擇性(xing)的，而光子(zi)只(zhi)有(you)在光量(liang)子(zi)值等(deng)於介質(zhi)分(fen)子(zi)或原(yuan)子(zi)中(zhong)某壹定能(neng)級差時，才能被吸收(shou)而引起原(yuan)子(zi)和(he)分子(zi)的(de)躍(yue)遷。
 電離輻射可(ke)在低溫(wen)下使(shi)物(wu)質(zhi)產生(sheng)活(huo)性(xing)粒種(zhong)，而(er)這(zhe)些(xie)活(huo)性(xing)粒種(zhong)在(zai)通(tong)常化學反(fan)應(ying)中(zhong)常需在(zai)高溫條(tiao)件下產生(sheng)。因(yin)此，利用(yong)輻射化學反(fan)應(ying)常可(ke)在低溫(wen)、常溫下進(jin)行(xing)工(gong)業生產，避(bi)免易(yi)爆的(de)高壓(ya)高溫(wen)反應。
 輻射化學的(de)研(yan)究領域(yu)可(ke)細分(fen)為氣體輻射化學、水(shui)和(he)水(shui)溶(rong)液輻射化學、有(you)機物(wu)輻射化學、固(gu)體輻射化學、劑量(liang)學、有(you)機化合物(wu)的輻射合成(cheng)、高分(fen)子輻射化學和(he)輻射加工(gong)工(gong)藝學。
 目(mu)前，輻射化學發展(zhan)的(de)趨勢(shi)大(da)致分為(wei)三(san)個方面：
 加強輻射化學的(de)基礎研(yan)究，特別(bie)是對短(duan)壽(shou)命中(zhong)間產物(wu)的研(yan)究。這方面的研(yan)究在於探(tan)索(suo)輻解產物(wu)的形(xing)成(cheng)過程(cheng)及(ji)其規律並(bing)發展(zhan)為(wei)基礎化學的(de)壹(yi)部(bu)分，後者尤(you)為(wei)其他(ta)化學家(jia)所重視(shi)，例(li)如溶(rong)劑化電子不(bu)僅(jin)為輻射化學的(de)研(yan)究對象，在光化學、電化學中(zhong)也必須加以(yi)考慮。使(shi)用輻射化學的(de)方法獲得(de)較其他(ta)方法更純(chun)的(de)正負(fu)離子(zi)。70年代以(yi)來，由(you)於實(shi)驗技術的突(tu)飛(fei)猛進(jin)，如脈沖輻解技術和(he)快(kuai)速響(xiang)應技(ji)術，以(yi)及低溫(wen)技(ji)術在輻射化學中(zhong)的應用(yong)，短(duan)壽(shou)命中(zhong)間產物(wu)的研(yan)究獲得(de)迅(xun)速的(de)發展(zhan)。
 近(jin)40%的輻射化學研(yan)究與生(sheng)物(wu)學有(you)關，研(yan)究的對(dui)象從糖(tang)到(dao)酶(mei)，幾乎(hu)涉(she)及(ji)整(zheng)個生(sheng)物(wu)物(wu)質(zhi)領(ling)域(yu)。由於放(fang)射生物(wu)學的(de)研(yan)究達到(dao)放(fang)射(she)分(fen)子(zi)生物(wu)學水(shui)平(ping)，必(bi)然要求(qiu)輻射化學與(yu)其相結合，而(er)輻射化學的(de)基礎研(yan)究如輻射敏(min)化和(he)保護(hu)的(de)研(yan)究，直接(jie)與闡(chan)明輻射損傷機理(li)、腫(zhong)瘤有(you)關。此外，脈(mai)沖輻解和(he)y輻解是研(yan)究生物(wu)化學過(guo)程(cheng)的(de)壹種(zhong)新方法。出現了壹些(xie)有(you)希(xi)望(wang)的研(yan)究課(ke)題，如輻射引起的(de)生(sheng)命物(wu)質(zhi)合(he)成(cheng)、模擬(ni)細胞(bao)膜(mo)的膠(jiao)束分界面，輻射水(shui)溶(rong)液化學和(he)化學與(yu)輻射相結合的(de)生(sheng)物(wu)效(xiao)應(ying)。
 加速輻射化學應(ying)用(yong)的研(yan)究，其中(zhong)高分子(zi)輻射化學仍(reng)為(wei)主(zhu)要(yao)方向(xiang)，又開辟(pi)了壹些(xie)新的應(ying)用(yong)研(yan)究領域(yu)，如輻射在食品(pin)保藏(zang)、環境保護(hu)、生(sheng)物(wu)醫(yi)學工(gong)程(cheng)中(zhong)的應用(yong)，輻射能的化學儲(chu)存(cun)和(he)輻射在考古(gu)學中(zhong)的應用(yong)等(deng)。