ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Действие ионизирующего излучения на органические материалы из "Битумные материалы" Действие излучения на битумные материалы изучено значитель -но хуже, чем основные процессы, протекающие при облучении простых органических соединений. Работы Матесона [101 и Свеллоу [11] содержат полный обзор химических реакций, протекающих в простых и сложных органических соединениях под действием облучения. Изменения в технических материалах под действием облучения рассматриваются в работе Болта и Кэррола [12[. [c.155] Корпускулярное излучение состоит из незаряженных нейтронов и заряженных частиц, например, электронов, протонов и а-частиц. Обычным источником получения нейтронов является ядерный реактор. Заряженные частицы могут образоваться при ядерных реакциях (включая радиоактивный распад) или в электроускорителях. [c.156] Электроны отличаются от других частиц меньшей массой н, следовательно, более высокой скоростью при заданной энергии. Некоторые типы излучения возникают при радиоактивном распаде, а также как вторичная эмиссия при взаимодействии излучения с веи1,ест-вом. Следовательно, находящиеся в эксплуатации технические материалы обыч1Ю подвергаются действию смешанного излучения. Тем не менее результат облучения можно объяснить преобладающим влиянием одного какого-либо вида излучения. [c.156] Заряженные частицы взаимодействуют своими электрическими полями с атомами облученного материала. В результате этого взаимодействия поглощающий атом либо испускает электрон, либо переходит в возбужденное состояние. Схематически процессы взаимодействия заряженной частицы с молекулой представлены на рис. 4.2. [c.157] В органических веществах химическая связь осуществляется через общие электронные орбиты или парные электроны таким образом, ионизация и возбуждение с высокой степенью вероятности приводят к разрыву этих связей. Следовательно, для разрушения химических связей органических материалов эффективны все виды ионизирующего излучения. [c.158] СНз- + СНзСН=СНг- СНз-СН— Hj. [c.159] Возможен также перенос заряда ионизированной молекулой к другой молекуле с более низким потенциалом ионизации. Таким образом, для смесей может быть характерна определенная избирательность реакций. Кроме многих предложенных механизмов реакции, есть процессы, при которых возбужденные молекулы бе-л распада теряют свою избыточную энергию. Хорошо известна флуоресценция — превращение молекулярной энергии в видимое излучение. Известен также процесс гашения — постепенное рассеивание энергии путем ее передачи ближайшим молекулам при столкновениях, происходящих в результате теплового движения или каким-либо другим путем. На этих процессах переноса энергии основан механизм защиты от излучения, благодаря которой влияние излучения на чувствительные материалы может быть уменьшено. Другой метод, усиливающий такую защиту, основан на изучении реакций радикалов, часть которых может проходить через многие стадии цепного механизма, например, реакции (2) и (4). Если имеются компоненты, склонные вступать в реакцию со свободными радикалами, то интенсивность излучения может быть уменьшена. К таким акцепторам радикалов отнсс.тея иод, ненасыщенные соединения, окиси азота, амины и кислород. [c.159] Влияние излучения на углеводороды и родственные им продукты. [c.160] Основными жидкими продуктами облучения гексана являются димеры, образовавпшеся в результате соединения двух молекул исходного гексана. Выход продуктов j-2 равен двум молекулам на 100 эВ. Другим продуктом является гексен, образовавшийся при потере водорода исходным гексаном его выход 0,2 молекулы на 100 эВ. Промежуточные продукты между гексаном и С,2 образуются присоединением осколков молекул к исходному гексану выход их достигает 0,2—0,5 молекулы на 100 эВ. [c.160] При облучении циклогексана, компонента нафтеновой фракции нефти, характер распределения продуктов другой. Выходы водорода и компонентов Qj почти такие же, как у н-гексана, но ненасыщенного продукта получается около 2,4 или в 10 раз больше, чем из н-гексана. Более того, очень незначителен выход продуктов от Сз до j и от С, до Сц, т. е. компонентов, полученных в результате расщепления молекул исходного компонента непосредственно или в результате вторичных процессов. [c.160] Ненасыщенные алифатические углеводороды — олефины — выделяют при облучении значительно меньше водорода, чем насыщенные. Выход водорода достигает приблизительно 1 молекулы на 100 эВ, выход других газообразных продуктов также незначителен. С другой стороны, выход продуктов с высоким молекулярным весом, образовавшихся в результате соединения двух или более исходных молекул, может быть достаточно высоким, если двойная связь находится в доступном положении. Например, число молекул 1-гексе-на или циклогексена, вступающих в реакцию соединения, достигает приблизительно 10 на 100 эВ. Число реагирующих молекул снижается, если двойная связь находится внутри длинной молекулы. Благодаря стойкости к действию излучения особого внимания заслуживают ароматические соединения — бензол, толуол, нафталин и др., характеризующиеся резонансно-стабилизированным арсмати-ческим кольцом. Поглощенная ими энергия перераспределяется таким образом, что разрушение молекул предотвращается. [c.160] При обсуждении процессов, возникающих под действием излучения, в качестве примеров брались жидкости и протекающие в них реакции. Поведение твердых углеводородов качественно аналогично поведению жидких. Процессы, зависящие от подвижности реагирующих звеньев молекул любого размера, будут замедляться в твердых углеводородах. Однако реакции атома водорода и одностадийные молекулярные процессы будут происходить примерно с такой же скоростью, как и в жидкостях. [c.161] Реакции присоединения с образованием поперечных связей (структурирование) имеют особенно важное значение, так как некоторые механические свойства мягких пластиков и резин зависят от расстояния между поперечными связями. Скорость структурирования в отсутствие кислорода — около 2 поперечных связей на 100 поглощенных эВ. [c.162] Скорость выделения водорода при облучении составляет 0,01 скорости выделения его из полиэтилена в то время, как степень образования поперечных связей у полистирола приблизительно в 30 раз меньше, чем у полиэтилена. [c.162] Выход водорода такой же, как у полиэтилена — от 3 до 5 молекул на 100 поглощенных эВ. У низших спиртов с нормальной цепью выход альдегида колеблется от 1,5 до 2,5 молекул на 100 эВ, а выход гликоля обычно несколько больше половины выхода альдегида. [c.162] Могут также представлять интерес такие кислородсодержащие соединения, как карбоновые кислоты и сложные эфиры. В кислотах разрушается главным образом связь с карбоксильной группой при этом выделяется от 2 до 4 молекул СОа на 100 эВ (для низших кислот). Кроме того, образуется вода, насыщенные углеводороды и водород. Сложные эфиры при облучении распадаются иначе. Основными продуктами обычно являются исходная кислота и СО их выходы равны приблизительно 1 молекуле на 100 эВ, выход СО3 и На примерно вдвое меньше. [c.162] Действие излучения на азотистые соединения в чистом виде изучено недостаточно, поэтому общих выводов сделать нельзя. Однако имеются предположения, что для разрушения одной молекулы материал должен поглотить от 10 до 20 эВ. Скорость деструкции этих соединений незначительно отличается от скорости деструкции. насыщенных углеводородов. Можно ожидать также, что чем большая доля молекулы представлена ее углеводородной частью, тем ближе будет поведение сложных молекул к поведению чистого углеводорода при облучении. [c.163] Влияние наполнителей и других добавок. Наполнители вводят в органические материалы для экономии, а также для придания им механической прочности. Наполнитель может быть инертным, например измельченный камень в асфальте, или он может быть связан физико-химическими силами с органической частью системы, как например при укреплении резиновой смеси сажей. Очевидно, инертный минеральный наполнитель при облучении органического материала будет уменьшать действие излучения на систему в целом. Механические свойства минеральных материалов под действием излучения изменяются медленно поэтому наполнитель играет роль инертной структурной части системы. Однако такое простое объяснение может оказаться неверным, поскольку линейный коэффициент поглощения у минеральных наполнителей больше, чем у углеводородов. Более того, важные механические свойства наполненных образцов могут зависеть от чувствительности к облучению углеводородной части, причем действие облучения на углеводородную часть в наполненном образце может оказаться иным, чем в отсутствие наполнителя. [c.163] Вернуться к основной статье