輻射化學(xué)

2005/12/16 7:13:00

    電離輻射作用于物質(zhì)，導(dǎo)致原子或分子的電離和激發(fā)，產(chǎn)生的離子和激發(fā)分子在化學(xué)上是不穩(wěn)定的，會(huì)迅速轉(zhuǎn)變?yōu)樽杂苫椭行苑肿硬⒁饛?fù)雜的化學(xué)變化。已知的輻射化學(xué)變化主要有輻射分解、輻射合成、輻射氧化還原、輻射聚合、輻射交聯(lián)、輻射接枝、輻射降解以及輻射改性等。

    輻射化學(xué)的形成和發(fā)展，促進(jìn)了人們對(duì)化學(xué)基本規(guī)律的研究，從而建立了新的快速反應(yīng)研究方法，使研究深入于微觀反應(yīng)領(lǐng)域；同時(shí)也促進(jìn)了生物化學(xué)的研究，如測(cè)定酶的單電子氧化還原電位。模擬細(xì)胞膜上物質(zhì)的還原過(guò)程等。

    輻射化學(xué)學(xué)科的形成，與放射化學(xué)及原子能工業(yè)的發(fā)展緊密聯(lián)系。輻射化學(xué)研究始自貝克勒爾，1896年他發(fā)現(xiàn)鈾化合物能發(fā)射穿透性輻射，能使照相底片感光變黑。居里夫婦發(fā)現(xiàn)元素鐳后，對(duì)鐳進(jìn)行研究并分離出較多的鐳，同時(shí)也進(jìn)行了早期的輻射化學(xué)研究。他們發(fā)現(xiàn)了鐳鹽能引起水的分解、玻璃儀器的變色等現(xiàn)象。

    由于有了較強(qiáng)的α輻射源，林德開(kāi)始廣泛研究了α射線對(duì)氣體的作用。他發(fā)現(xiàn)在α射線的作用下，簡(jiǎn)單氣體物可轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w混合物，碳?xì)浠衔锟赊D(zhuǎn)變成比母體化合物分子量大(或小)的碳?xì)浠衔锏幕旌衔铩?910年林德通過(guò)研究α射線在氣體中產(chǎn)生的離子對(duì)數(shù)目和發(fā)生化學(xué)變化的分子數(shù)間的關(guān)系，首先用離子對(duì)產(chǎn)額定量表示氣體中引起的輻射化學(xué)效應(yīng)。隨著鐳和γ射線用于醫(yī)療，弗里克建立了利用亞鐵體系來(lái)測(cè)定X射線劑量的方法，這標(biāo)志著輻射化學(xué)研究進(jìn)入定量階段。

    1942年以后，原子能事業(yè)迅速發(fā)展，各種粒子加速器和反應(yīng)堆相繼建立，為輻射化學(xué)研究提供了供各種目的使用的強(qiáng)大輻射源。另一方面原子能事業(yè)迅速發(fā)展又向輻射化學(xué)家提出了許多亟待解決的問(wèn)題，例如輻射損傷問(wèn)題、耐輻照材料的研究及如何利用輻射能等。

    所有這些研究的積累，使得輻射化學(xué)逐漸形成了一門(mén)完整的學(xué)科。20世紀(jì)60年代以來(lái)，脈沖技術(shù)的發(fā)展為研究短壽命中間產(chǎn)物的吸收或發(fā)射光譜和衰變動(dòng)力學(xué)創(chuàng)造了條件，使我們能觀察到在納秒或更短的時(shí)間內(nèi)所進(jìn)行的過(guò)程。輻射化學(xué)的基礎(chǔ)理論進(jìn)入了一個(gè)嶄新的階段。70年代，由于電子束裝置每千瓦小時(shí)價(jià)格的降低和鉆60輻照裝置的優(yōu)良設(shè)計(jì)和安全運(yùn)轉(zhuǎn)，又發(fā)展了一種新興的產(chǎn)業(yè)—輻射加工工藝。

    輻射化學(xué)與光化學(xué)有密切的關(guān)系，這兩門(mén)學(xué)科之間存在著許多的共同點(diǎn)，例如兩者有類(lèi)似的反應(yīng)機(jī)理，輻射化學(xué)的許多理論建立在光化學(xué)的研究基礎(chǔ)上等。因此從某種意義上講，可以把輻射化學(xué)看作是光化學(xué)的延伸和分支。輻射化學(xué)還和核化學(xué)、熱原子化學(xué)及電子偶素化學(xué)、介子化學(xué)等緊密關(guān)聯(lián)。

    輻射化學(xué)反應(yīng)與普通化學(xué)反應(yīng)相比，具有一些比較明顯的特點(diǎn)：由電離輻射引起的原初激發(fā)態(tài)、離子態(tài)常具有極高的能量和活性，用光化學(xué)的方法一般難于產(chǎn)生；在射線通過(guò)介質(zhì)產(chǎn)生的徑跡周?chē)钚粤７N形成一種特殊的分布，一組組緊挨在一起的激發(fā)分子和離子的群團(tuán)不均勻地分布于空間；電離輻射與介質(zhì)相互作用時(shí)，介質(zhì)吸收能量是無(wú)選擇性的，而光子只有在光量子值等于介質(zhì)分子或原子中某一定能級(jí)差時(shí)，才能被吸收而引起原子和分子的躍遷。

    電離輻射可在低溫下使物質(zhì)產(chǎn)生活性粒種，而這些活性粒種在通常化學(xué)反應(yīng)中常需在高溫條件下產(chǎn)生。因此，利用輻射化學(xué)反應(yīng)常可在低溫、常溫下進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)，避免易爆的高壓高溫反應(yīng)。

    輻射化學(xué)的研究領(lǐng)域可細(xì)分為氣體輻射化學(xué)、水和水溶液輻射化學(xué)、有機(jī)物輻射化學(xué)、固體輻射化學(xué)、劑量學(xué)、有機(jī)化合物的輻射合成、高分子輻射化學(xué)和輻射加工工藝學(xué)。

    目前，輻射化學(xué)發(fā)展的趨勢(shì)大致分為三個(gè)方面：

    加強(qiáng)輻射化學(xué)的基礎(chǔ)研究，特別是對(duì)短壽命中間產(chǎn)物的研究。這方面的研究在于探索輻解產(chǎn)物的形成過(guò)程及其規(guī)律并發(fā)展為基礎(chǔ)化學(xué)的一部分，后者尤為其他化學(xué)家所重視，例如溶劑化電子不僅為輻射化學(xué)的研究對(duì)象，在光化學(xué)、電化學(xué)中也必須加以考慮。使用輻射化學(xué)的方法可以獲得較其他方法更純的正負(fù)離子。70年代以來(lái)，由于實(shí)驗(yàn)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，如脈沖輻解技術(shù)和快速響應(yīng)技術(shù)，以及低溫技術(shù)在輻射化學(xué)中的應(yīng)用，短壽命中間產(chǎn)物的研究獲得迅速的發(fā)展。

    近40%的輻射化學(xué)研究與生物學(xué)有關(guān)，研究的對(duì)象從糖到酶，幾乎涉及整個(gè)生物物質(zhì)領(lǐng)域。由于放射生物學(xué)的研究達(dá)到放射分子生物學(xué)水平，必然要求輻射化學(xué)與其相結(jié)合，而輻射化學(xué)的基礎(chǔ)研究如輻射敏化和保護(hù)的研究，直接與闡明輻射損傷機(jī)理、腫瘤放射治療有關(guān)。此外，脈沖輻解和y輻解是研究生物化學(xué)過(guò)程的一種新方法。出現(xiàn)了一些有希望的研究課題，如輻射引起的生命物質(zhì)合成、模擬細(xì)胞膜的膠束分界面，輻射水溶液化學(xué)和化學(xué)與輻射相結(jié)合的生物效應(yīng)。

    加速輻射化學(xué)應(yīng)用的研究，其中高分子輻射化學(xué)仍為主要方向，又開(kāi)辟了一些新的應(yīng)用研究領(lǐng)域，如輻射在食品保藏、環(huán)境保護(hù)、生物醫(yī)學(xué)工程中的應(yīng)用，輻射能的化學(xué)儲(chǔ)存和輻射在考古學(xué)中的應(yīng)用等。