輻射化學

2005/12/16 7:13:00

    電離輻射作用于物質，導致原子或分子的電離和激發(fā)，產(chǎn)生的離子和激發(fā)分子在化學上是不穩(wěn)定的，會迅速轉變?yōu)樽杂苫�和中性分子并引起復雜的化學變化。已知的輻射化學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。

    輻射化學的形成和發(fā)展，促進了人們對化學基本規(guī)律的研究，從而建立了新的快速反應研究方法，使研究深入于微觀反應領域；同時也促進了生物化學的研究，如測定酶的單電子氧化還原電位。模擬細胞膜上物質的還原過程等。

    輻射化學學科的形成，與放射化學及原子能工業(yè)的發(fā)展緊密聯(lián)系。輻射化學研究始自貝克勒爾，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，對鐳進行研究并分離出較多的鐳，同時也進行了早期的輻射化學研究。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。

    由于有了較強的α輻射源，林德開始廣泛研究了α射線對氣體的作用。他發(fā)現(xiàn)在α射線的作用下，簡單氣體物可轉變?yōu)闅怏w混合物，碳氫化合物可轉變成比母體化合物分子量大(或小)的碳氫化合物的混合物。1910年林德通過研究α射線在氣體中產(chǎn)生的離子對數(shù)目和發(fā)生化學變化的分子數(shù)間的關系，首先用離子對產(chǎn)額定量表示氣體中引起的輻射化學效應。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測定X射線劑量的方法，這標志著輻射化學研究進入定量階段。

    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堆相繼建立，為輻射化學研究提供了供各種目的使用的強大輻射源。另一方面原子能事業(yè)迅速發(fā)展又向輻射化學家提出了許多亟待解決的問題，例如輻射損傷問題、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，使得輻射化學逐漸形成了一門完整的學科。20世紀60年代以來，脈沖技術的發(fā)展為研究短壽命中間產(chǎn)物的吸收或發(fā)射光譜和衰變動力學創(chuàng)造了條件，使我們能觀察到在納秒或更短的時間內所進行的過程。輻射化學的基礎理論進入了一個嶄新的階段。70年代，由于電子束裝置每千瓦小時價格的降低和鉆60輻照裝置的優(yōu)良設計和安全運轉，又發(fā)展了一種新興的產(chǎn)業(yè)—輻射加工工藝。

    輻射化學與光化學有密切的關系，這兩門學科之間存在著許多的共同點，例如兩者有類似的反應機理，輻射化學的許多理論建立在光化學的研究基礎上等。因此從某種意義上講，可以把輻射化學看作是光化學的延伸和分支。輻射化學還和核化學、熱原子化學及電子偶素化學、介子化學等緊密關聯(lián)。

    輻射化學反應與普通化學反應相比，具有一些比較明顯的特點：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，用光化學的方法一般難于產(chǎn)生；在射線通過介質產(chǎn)生的徑跡周圍，活性粒種形成一種特殊的分布，一組組緊挨在一起的激發(fā)分子和離子的群團不均勻地分布于空間；電離輻射與介質相互作用時，介質吸收能量是無選擇性的，而光子只有在光量子值等于介質分子或原子中某一定能級差時，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產(chǎn)生活性粒種，而這些活性粒種在通常化學反應中常需在高溫條件下產(chǎn)生。因此，利用輻射化學反應常可在低溫、常溫下進行工業(yè)生產(chǎn)，避免易爆的高壓高溫反應。

    輻射化學的研究領域可細分為氣體輻射化學、水和水溶液輻射化學、有機物輻射化學、固體輻射化學、劑量學、有機化合物的輻射合成、高分子輻射化學和輻射加工工藝學。

    目前，輻射化學發(fā)展的趨勢大致分為三個方面：

    加強輻射化學的基礎研究，特別是對短壽命中間產(chǎn)物的研究。這方面的研究在于探索輻解產(chǎn)物的形成過程及其規(guī)律并發(fā)展為基礎化學的一部分，后者尤為其他化學家所重視，例如溶劑化電子不僅為輻射化學的研究對象，在光化學、電化學中也必須加以考慮。使用輻射化學的方法可以獲得較其他方法更純的正負離子。70年代以來，由于實驗技術的突飛猛進，如脈沖輻解技術和快速響應技術，以及低溫技術在輻射化學中的應用，短壽命中間產(chǎn)物的研究獲得迅速的發(fā)展。

    近40%的輻射化學研究與生物學有關，研究的對象從糖到酶，幾乎涉及整個生物物質領域。由于放射生物學的研究達到放射分子生物學水平，必然要求輻射化學與其相結合，而輻射化學的基礎研究如輻射敏化和保護的研究，直接與闡明輻射損傷機理、腫瘤放射治療有關。此外，脈沖輻解和y輻解是研究生物化學過程的一種新方法。出現(xiàn)了一些有希望的研究課題，如輻射引起的生命物質合成、模擬細胞膜的膠束分界面，輻射水溶液化學和化學與輻射相結合的生物效應。

    加速輻射化學應用的研究，其中高分子輻射化學仍為主要方向，又開辟了一些新的應用研究領域，如輻射在食品保藏、環(huán)境保護、生物醫(yī)學工程中的應用，輻射能的化學儲存和輻射在考古學中的應用等。