Механизм взаимодействия излучений высокой энергии с веществом

Б. МЕХАНИЗМ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ИЗЛУЧЕНИЙ ВЫСОКОЙ ЭНЕРГИИ С ВЕЩЕСТВОМ [c.14]

В диеновых полимерах, содержащих в первоначальном состоянии только транс- или только г ыс-конфигурацию звеньев, можно химическими методами изменить конфигурацию части звеньев цепи, не нарушая при этом скелетных связей. Реакции этого типа могут быть проведены с помощью тиоловых кислот [25], двуокиси серы [26] и излучений высокой энергии при использовании подходящих сенсибилизаторов [27]. Изомеризация должна происходить по тем же механизмам, что и в случае низкомолекулярных олефинов. Такие механизмы включают взаимодействие со свободным радикалом, в результате которого происходит образование промежуточного аддукта с временным превращением двойной связи в простую. При распаде аддукта происходит регенерация двойной связи получится ли при этом та же самая или новая конфигурация звена, зависит от концентрации взаимодействующих веществ и равновесия реакции, определяемого условиями ее проведения. Таким путем можно вызвать далеко идущую изомеризацию цепей при сравнительно небольшой концентрации введенных в систему агентов. [c.101]

Выше было показано, что все виды излучений высокой энергии взаимодействуют с веществом посредством образования заряженных частиц (электронов или тяжелых заряженных частиц), обладающих высокой энергией. Эти частицы действуют по существу одинаково, вызывая ионизацию и возбуждение атомов и молекул вокруг треков. Однако экспериментально установлено, что различные типы излучений часто вызывают разные конечные эффекты. Так, у учи, например, вызывают окисление ионов закиси железа в разбавленном водном растворе со скоростью 15,5 иона на 100 эв поглощенной раствором энергии. В то же время а-частицы полония на такое же количество поглощенной энергии дают только одну треть указанного числа ионов окиси железа. Причина этого несовпадения — различие в линейной плотности первичных актов вдоль треков ионизирующих частиц для этих двух видов излучения. В том случае, когда акты ионизации и возбуждения молекул совершаются близко друг за другом (а-частицы)-, образующиеся при этом реакционноспособные промежуточные продукты находятся достаточно близко, чтобы вступить между собой в химическое взаимодействие. Если же ионизации и возбуждения происходят в точках, разделенных между собой значительными расстояниями (у-лучи), взаимодействие образующихся при этом промежуточных продуктов становится менее вероятным и они с большей эффективностью реагируют с веществом, находящимся в облучаемой среде. Можно таким образом рассматривать два крайних механизма поведения ионизирующих излучений один из них характерен для идеальных а-частиц, другой — для идеальных у-лучей. Все наблюдаемые в действительности химические эффекты, обусловленные действием реально существующих видов излучений, по своему механизму занимают некоторые промежуточные положения. [c.22]

Реакции, при протекании которых возникают промежуточные вещества с высокой энергией (радикалы), часто имеют механизм цепных реакций. Обычно в момент элементарного акта взаимодействия между активными молекулами появляются реакционноспособные промежуточные вещества — активные центры,—которые в свою очередь реагируют с компонентами реакционной системы, воспроизводят подобные себе частицы, в результате чего происходит циклическое повторение стадий реакции, Таким образом, возникает цепь реакций, так как после первичного акта цепной реакции появляется активная частица с высокой энергией (например, при воздействии излучения), которая продолжает последовательность стадий реакции. Такого рода процессы характерны прежде всего для реакций в газовой фазе (взрыв гремучего газа, реакция водорода с хлором), а также для некоторых реакций в растворах (фотохимические реакции, реакции полимеризации и т. д.). Возникновение реакционноспособной частицы часто называют реакцией зарождения цепи, например реакция (За) при образовании НВг (гл. 7). Под развитием цепи понимают последовательное продолжение элементарных стадий с постоянным образованием активных центров, продолжающих цепь радикалов. К реакциям обрыва цепи относится рекомбинация, т. е. реакция, обратная (За). Еще раз обратимся к уже описанному выше процессу образования бромоводорода (гл. 7). Для него найдена следую- [c.180]

Существует несколько механизмов взаимодействия электронов с веществом, при которых энергия электронов уменьшается. Основные из них эмиссия тормозного электромагнитного излучения, неупругие и упругие соударения. Вклад каждого из процессов сильно зависит от энергии электронов и в некоторой степени от вещества поглотителя. При высоких энергиях наблюдается главным образом тормозное излучение, электроны с малой энергией претерпевают неупругие соударения. Кроме того, при низкой энергии электронов большое значение приобретает упругое рассеяние изменение направления движения без перехода кинетической энергии в какие-либо другие формы. [c.39]

У этого метода много преимуществ. В растворе не присутствует никаких растворенных частиц, кроме ионов НгО" , которые, очевидно, будут реагировать с образованием иона гидроксония, гидроксильного радикала и возбужденных молекул воды, которые могут дезактивироваться. Более того, так как ионизирующая радиация поглощается не селективно, введение в раствор соединений для изучения их реакций с электронами никак не будет влиять на первичный акт. Так как механизм поглощения энергии излучения не зависит от прозрачности среды или ее агрегатного состояния, метод можно применять к окрашенным кристаллическим или аморфным твердым веществам, так же как и к жидкостям. В этом случае может быть легко использована методика изоляции промежуточных веществ матрицей (допускающая их дальнейшее изучение методами оптической или магнитной спектроскопии). Наибольшее достоинство этого метода, вероятно, заключается в возможности использования импульсов с высокой дозой радиации и очень малой продолжительностью, например до 10 сек. Поэтому импульсный радиолиз, полностью аналогичный импульсному фотолизу с еще меньшим временем подъема и падения импульса, может применяться для измерения абсолютных констант скорости реакций промежуточных веществ, поглощающих свет. Недостатком этого метода является то, что наряду с электронами всегда образуется примерно равное количество гидроксильных радикалов, которые быстро взаимодействуют с электронами. Кроме того, в системе образуются возбужденные молекулы воды, которые могут диссоциировать или не диссоциировать на атомы водорода и гидроксильные радикалы. Практически этот недостаток может быть в значительной степени уменьшен введением в раствор веществ, связывающих гидроксильные радикалы. [c.462]

Радиационно-химические процессы происходят при действии ионизирующих излучений высокой энергии возбудителями могут служить электромагнитные излучения (рентгеновское и у-излучение) и заряженные частицы высокой энергии (ускоренные электроны, а- и р-частицы, протоны и др.). Механизм воздействия ионизирующих излучений на реагирующую систему состоит в передаче энергии реагирующим веществам сперва происходит столкновение заряженных частиц с молекулами реагентов с образованием нестабильных активированных молекул, которые распадаются на атомы или взаимодействуют с невозбужденными молекулами, образуя ионы и свободные радикалы. При взаимодействии ионов и свободных радикалов друг с другом или с непревра-щенными молекулами возникают конечные продукты реакции. [c.254]

Химические превращения, протекающие в полимерах при действии на них лучистой энергии, уже давно интересовали человека. До последнего времени из различных видов излучений внимание исследователей привлекал главным образом свет. Та роль, которую играет свет в биохимических превращениях полимеров, а также в процессах их деструкции или старения, определяет необходимость того, что в будущем, как это было и в прошлом, большое число исследований в области полимерной химии будет по-прежнему посвящено исследованию фотохимических проблем. Преобладающее значение при этом приобретают работы по использованию световых воздействий в определенных контролируемых условиях для модификации свойств полимеров. Однако в последнее десятилетие еще более интенсивно, чем фотохимические превращения полимеров, исследовались вопросы взаимодействия полимерных веществ с ионизирующими излучениями (излучениями высокой энергии). Развитие исследований в этой области в большой степени связано с созданием промышленной ядерной технологии и новых более совершенных электронных и ионных ускорителей. Но оно было вызвано также и тем ожидаемым многообразием химических реакций, протекание которых должно стать возможным под действием излучений высокой энергии. Одновременное присутствие электронов, ионов, свободных радикалов и молекул в возбужденных и термолизованных состояниях явилось причиной появления многочисленных гипотез, имеющих целью объяснение наблюдаемых радиационно-химических превращений. Все более сложные экспериментальные исследования обеспечили получение данных, которые позволяли проверять и изменять эти гипотезы. Как будет видно из дальнейшего рассмотрения, ни один из предложенных механизмов нельзя считать однозначно доказанным. [c.95]

В начале в целях дозиметрии наряду с физическими и физикохимическими методами измерения использовались также и биологические методы, например умертвление яиц дрозофил или глистов. При этом достигалась очень высокая точность. Но примерно с 20-х годов, когда был теоретически и экспериментально выяснен механизм взаимодействия ионизирующего излучения с веществом, подобные методы стали использовать значительно реже. Принцип радиационной дозиметрии основан на том, что равные количества энергии одного и того же вида излучения вызывают одинаковые количественные и качественные изменения в подобных системах, находящихся в одинаковых условиях. [c.107]

Большое внимание в последние годы уделяется применению в пиролитических устройствах лазерной техники. Условия лазерного пиролиза существенно отличаются от термического, поскольку лазер обеспечивает проведение контролируемого пиролиза. С его помощью излучение определенной длины волны заданной энергии в течение очень короткого времени может быть направлено на ограниченную область материала пробы излучение импульсного лазера (например, с использованием рубинового или ниобиевого стекла) фокусируется и направляется на анализируемый объект. Продолжительность импульса обычно составляет около 0,001 с, а энергия — около 5 Дж/импульс [213]. Если эта энергия фокусируется на пятне диаметром 0,1 см, то плотность излучения составляет -6,4-10 Вт/см [206, с. 235]. Определенная часть этой энергии поглощается пиролизуемым образцом. Обсуждалось несколько механизмов этого процесса по-видимому, наилучшим образом описывает этот процесс полифотонная абсорбция [214]. В результате абсорбции часть пиролизуемого образца переходит в плазменное состояние. В процессе взаимодействия лазерного импульса с веществом образовавшийся плазменный факел растет в направлении лазерного удара. Скорость роста факела в вакууме составляет 10 см/с. Высокое давление, возникающее в плазме, порождает ударную волну, действующую на образец. По имеющимся оценкам температура возникающей плазмы составляет более 10 К [215, 216]. Эти процессы, в том числе рост факела и его угасание, протекают за время примерно 0,001 с. В этих условиях происходят химические превращения вещества, сопровождающиеся образованием значительных количеств летучих продуктов. Часть этих продуктов образуется в плазме, часть — как результат термического удара — в веществе. [c.149]

Механизм воздействия ионизирующего излучения схематически можно представить следующим образом. Под действием энергии лучей, попадающих на вещество, происходит образование высокоактивных первичных продуктов. Лучи действуют неспецифично, т. е. атакуют любую попавшуюся молекулу, поэтому возникающие частищ, вступают во всевозможные реакции. Результатом такого взаимодействия являются не только желаемые продукты, но и множество побочных продуктов реакции. Кроме того, под действием излучения продукты реакции также могут вступать в реакции как друг с другом, так и с промежуточными соединениями. Все это затрудняет целенаправленное ведение процесса. Но, с другой стороны, имеется и целый ряд преимуществ. Так, радиационные химические процессы могут быть осуществлены при низких температурах и давлениях, без катализаторов и независимо от агрегатного состояния исходных веществ. Высокая проникающая способность гамма-лучей высокой энергии предоставляет возможность эффективного проведения реакций в твердом состоянии, которые могут найти широкое применение. Энергии гамма- и бета-лучей превышают энергии связи молекул почти в 100 тыс. раз, но, к сожалению, только малая часть энергии излучения приходится на разрыв или создание молекулярных связей. Поэтому существует мнение, что применять радиоактивное излучение при осуществлении химического процесса-это все равно, что пытаться отремонтировать часовой механизм паровым молотом. Разумеется, это шутка, методы радиационной химии используются в технике довольно успешно. Однако разработка установки для трансформации энергии излучения могла бы оказаться поворотным пунктом в радиационной химии. [c.134]

При прохождении Р-частиц (ускоренных электронов) через вещество они теряют энергию главным образом при упругом соударении с орбитальными электронами. Другие пути потери энергии, как, например, ядер-ные взаимодействия, являющиеся источником вторичных рентгеновских лучей (тормозное излучение), имеют большое значение только тогда, когда р-частицы обладают высокой энергией. Как и в случае рентгеновских лучей или уфотонов, химическое действие первичных Р-частиц растворяется в действии массы вторичных электронов, которые они производят. В соответствии с этим можно сделать важное обобщение, что источник (или природа) падающего излучения связан с механизмом изменений, инициированных излучением, лишь постольку, поскольку он определяет интенсивность и проникающую способность излучения. Короче говоря, нельзя ожидать никаких химических различий при переходе от ускоренных электронов (ускоритель Ван де Граафа) к улучам (источник Со ), если нет никаких вторичных эффектов, связанных с интенсивностью. [c.509]

При определении поглощенной дозы излучения с низкой энергией (например, мягких 7-фотонов), взаимодействующего с веществом по механизму фотоэффекта, Барр и др. [57] предложили добавлять к дозиметрическому раствору сульфаты элементов с высоким атомным номером цинк и кадмий. Это позволило увеличить средний атомный номер доагиметра, подобрав его близким к среднему атомному номеру изучаемой системы при этом О (РеЗ+) изменяется очень мало. [c.102]

В настоящем обзоре остановимся лишь на взаимодействии лазерного излучения с поверхностью твердых тел. Под влиянием интенсивного лазерного облучения поверхность эмиттирует электроны (плотность тока до —10 а см ) и нагревается до температур —10 000° К. Под действием излучения импульсного лазера может происходить унос материала. Скорость уноса материала может достигать 10 см1сек. При высоких мощностях лазера происходит ионизация уносимого вещества, энергия ионов может достигать нескольких килоэлектронвольт. Проводились также эксперименты по облучению твердых частиц, взвешенных между электродами, были получены многократноионизированные ионы больших энергий. С помощью спектральных методов можно получить новую информацию о свойствах веществ. Химическая реакция под действием лазерного излучения малой мощности исследовалась в [88]. Авторы изучали действие излучения лазера на рубине на разбавленные водные растворы соли Мора (окисление Ре " до Ре " ). Интенсивность излучения подбиралась такой, чтобы не происходило пробоя в растворе в результате термические реакции не имели места в условиях эксперимента. Анализ зависимостей количества окисленного Ре " от поглощенной дозы излучения, а также зависимости скорости образования Ре" " от интенсивности излучения позволил установить фотохимический механизм окисления ионов Ре " . [c.430]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология