Радиолиз
Радиолиз это диссоциация молекул . под действием ионизирующего излучения — Это разрыв одной или нескольких химических связей в результате воздействия высокой энергии потока . Излучение в этом контексте связано с ионизирующим излучением ; Поэтому радиолиз отличается, например, от фотолиза молекулы Cl 2 на два радикала ( ультрафиолетового или видимого спектра ) свет Cl-, при котором используется .
Химия ионизирующего концентрированных растворов в условиях излучения чрезвычайно сложна. Радиолиз может локально изменять окислительно-восстановительные условия и, следовательно, видообразование и растворимость соединений.
Разложение воды
[ редактировать ]Из всех изученных радиационных химических реакций наиболее важной является разложение воды. [1] Под воздействием радиации вода подвергается последовательности распада на перекись водорода , радикалы водорода и различные соединения кислорода, такие как озон , которые при обратном преобразовании в кислород выделяют большое количество энергии. Некоторые из них взрывоопасны. Это разложение происходит в основном за счет альфа-частиц , которые могут быть полностью поглощены очень тонкими слоями воды.
Подводя итог, радиолиз воды можно записать так: [2]
![{\displaystyle {\ce {H2O\;->[{\text{Ионизирующее излучение}}]\;e_{aq}^{-},HO*,H*,HO2*,H3O^{+},OH^ {-},H2O2,H2}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/fa47bcc743a4339af688c4ad1114a54be6c1b91c)
Приложения
[ редактировать ]Прогнозирование и предотвращение коррозии на атомных электростанциях
[ редактировать ]Считается, что повышенную концентрацию гидроксила, присутствующего в облученной воде во внутренних контурах теплоносителя легководного реактора , необходимо учитывать при проектировании атомных электростанций для предотвращения потерь теплоносителя в результате коррозии .
Производство водорода
[ редактировать ]Современный интерес к нетрадиционным методам получения водорода побудил вернуться к радиолитическому расщеплению воды, при котором взаимодействие различных типов ионизирующего излучения (α, β и γ) с водой приводит к образованию молекулярного водорода. Эта переоценка была дополнительно вызвана наличием в настоящее время большого количества источников радиации, содержащихся в топливе, выбрасываемом из ядерных реакторов . Это отработанное топливо обычно хранится в бассейнах с водой в ожидании окончательного захоронения или переработки . Выход водорода в результате облучения воды β- и γ-излучением невелик (значения G = <1 молекулы на 100 электронвольт поглощенной энергии), но это во многом связано с быстрой реассоциацией частиц, возникающей при первичном радиолизе. Если присутствуют примеси или созданы физические условия, препятствующие установлению химического равновесия, чистое производство водорода может быть значительно увеличено. [3]
Другой подход использует радиоактивные отходы в качестве источника энергии для регенерации отработанного топлива путем преобразования бората натрия в боргидрид натрия . Применяя правильное сочетание мер контроля, можно производить стабильные соединения боргидрида и использовать их в качестве среды хранения водородного топлива.
Исследование, проведенное в 1976 году, показало, что можно оценить среднюю скорость производства водорода , которую можно получить, используя энергию, выделяющуюся в результате радиоактивного распада. Исходя из выхода первичного молекулярного водорода 0,45 молекул/100 эВ, можно было бы получать 10 тонн в день. Скорость производства водорода в этом диапазоне немаловажна, но мала по сравнению со средним ежедневным потреблением водорода (1972 г.) в США, составлявшим около 2 х 10^4 тонн. Добавление донора атома водорода может увеличить это значение примерно в шесть раз. Было показано, что добавление донора атомов водорода, такого как муравьиная кислота, увеличивает значение G для водорода примерно до 2,4 молекул на 100 эВ поглощенного вещества. В том же исследовании был сделан вывод, что проектирование такого объекта, вероятно, будет слишком небезопасным, чтобы его можно было осуществить. [4]
Отработанное ядерное топливо
[ редактировать ]Образование газа в результате радиолитического разложения водородсодержащих материалов уже несколько лет является предметом озабоченности при транспортировке и хранении радиоактивных материалов и отходов. Могут образовываться потенциально горючие и едкие газы, в то же время химические реакции могут удалять водород, и эти реакции могут усиливаться за счет присутствия радиации. Баланс между этими конкурирующими реакциями в настоящее время малоизвестен.
Лучевая терапия
[ редактировать ]Когда радиация попадает в организм, она взаимодействует с атомами и молекулами клеток ( в основном состоящими из воды), образуя свободные радикалы и молекулы, которые способны диффундировать достаточно далеко, чтобы достичь критической цели в клетке, ДНК , и повредить ее. это косвенно, через некоторую химическую реакцию. Это основной механизм повреждения фотонов, поскольку они используются, например, в дистанционной лучевой терапии .
Обычно радиолитические события, приводящие к повреждению ДНК (опухолевых) клеток, подразделяются на разные стадии, протекающие в разных временных масштабах: [5]
- Физический этап ( ), заключается в энерговыделении ионизирующей частицы и последующей ионизации воды.
- На физико-химическом этапе ( ) происходят многочисленные процессы, например, ионизированные молекулы воды могут расщепиться на гидроксильный радикал и молекулу водорода или свободные электроны могут подвергнуться сольватации .
- На химической стадии ( ), первые продукты радиолиза реагируют друг с другом и с окружающей средой, образуя несколько активных форм кислорода , способных диффундировать.
- На биохимической стадии ( до нескольких дней) эти активные формы кислорода могут разорвать химические связи ДНК, тем самым вызывая реакцию ферментов, иммунной системы и т. д.
- Наконец, на биологической стадии (от нескольких дней до лет) химическое повреждение может привести к биологической гибели клеток или онкогенезу , когда поврежденные клетки пытаются делиться.
История Земли
[ редактировать ]Было сделано предложение [6] что на ранних этапах развития Земли, когда ее радиоактивность была почти на два порядка выше современной, радиолиз мог быть основным источником атмосферного кислорода, обеспечивающего условия зарождения и развития жизни . Молекулярный водород и окислители, образующиеся при радиолизе воды, также могут служить постоянным источником энергии для подземных микробных сообществ (Pedersen, 1999). Такое предположение подтверждается открытием на золотом руднике Мпоненг в Южной Африке , где исследователи обнаружили сообщество, в котором доминирует новый филотип , питающийся преимущественно радиоактивно произведенным H2 . Desulfotomaculum [7] [8]
Методы
[ редактировать ]Импульсный радиолиз
[ редактировать ]Импульсный радиолиз — это недавний метод инициирования быстрых реакций для изучения реакций, протекающих во времени быстрее, чем примерно сто микросекунд , когда простое смешивание реагентов происходит слишком медленно и приходится использовать другие методы инициирования реакций.
Этот метод предполагает воздействие на образец материала пучком высоко ускоренных электронов , при этом луч генерируется линейным ускорителем . У него много приложений. Он был разработан в конце 1950-х — начале 1960-х годов Джоном Кином в Манчестере и Джеком В. Боагом в Лондоне.
Флэш-фотолиз
[ редактировать ]Флэш-фотолиз является альтернативой импульсному радиолизу, при котором для инициирования химических реакций используются мощные световые импульсы (например, эксимерного лазера ), а не пучки электронов. Обычно используется ультрафиолетовый свет, который требует меньше радиационной защиты, чем требуется для рентгеновских лучей, испускаемых при импульсном радиолизе.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Мария Кюри. «Трактат о радиоактивности, стр. v – xii. Опубликовано Готье-Вилларом в Париже, 1910 г.» .
{{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется|journal=( помощь ) - ^ Ле Каэр, Софи (2011). «Радиолиз воды: влияние поверхностей оксидов на образование H2 под действием ионизирующего излучения» . Вода . 3 : 235–253. дои : 10.3390/w3010235 .
- ^ «Радиолитическое расщепление воды: Демонстрация на реакторе Пм3-а» . Проверено 18 марта 2016 г.
- ^ Зауэр-младший, MC; Харт, Э.Дж.; Флинн, К.Ф.; Гиндлер, Дж. Э. (1976). «Измерение выхода водорода при радиолизе воды растворенными продуктами деления» . дои : 10.2172/7347831 . Проверено 26 сентября 2019 г.
{{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется|journal=( помощь ) CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Холл, Э.Дж.; Джачча, AJ (2006). Радиобиология для радиолога (6-е изд.).
- ^ Р. Богданов и Арно-Тоомас Пихлак из Санкт-Петербургского государственного университета.
- ^ Ли-Хун Линь; Пей-Лин Ван; Дуглас Рамбл; Йоханна Липпманн-Пипке; Эрик Бойс; Лиза М. Пратт; Барбара Шервуд Лоллар ; Эоин Л. Броди; Терри К. Хейзен; Гэри Л. Андерсен; Тодд З. ДеСантис; Дуэйн П. Мозер; Дэйв Кершоу и TC Онстотт (2006). «Долгосрочная устойчивость высокоэнергетического корового биома с низким разнообразием» . Наука . 314 (5798): 479–82. Бибкод : 2006Sci...314..479L . дои : 10.1126/science.1127376 . ПМИД 17053150 . S2CID 22420345 .
- ^ «Радиоактивность может подпитывать жизнь глубоко под землей и внутри других миров» . Журнал Кванта . 24 мая 2021 г. Проверено 3 июня 2021 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Трактат о радиоактивности Марии Скодовской Кюри, опубликованный Готье в Париже в 1910 году.
- Предшественники и переходные формы при радиолизе конденсированной фазы
- Радиолиз для регенерации боратов
- Радиолиз воды – возможный источник атмосферного кислорода
- Диссоциация воды лучистой энергией
- Решение проблем газообразования в упаковках, содержащих радиоактивные отходы/материалы
- Импульсный радиолиз
- Что такое пульсовый радиолиз
- [1]
- Образование и обнаружение промежуточных продуктов при радиолизе воды, Приложение к радиационным исследованиям, Vol. 4. Основные механизмы радиационной химии водных сред. Материалы конференции, спонсируемой Национальной академией наук - Национальным исследовательским советом США, Гатлинбург, Теннесси, 9-10 мая 1963 г. (1964), стр. 1-23.
| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|
