Треки, распределение первичных частиц

Характерная особенность радиационной химии особенно конденсированных систем — негомогенное распределение первичных частиц около треков заряженных частиц. Начальное пространственное распределение промежуточных частиц может значительно различаться для разных типов ионизирующего излучения и, следовательно, оказывать сильное влияние на образование конечного продукта. [c.166]

ПОЛОНИЯ через воду выделяется энергия 5,2 Мзв в цилиндре длиной 32 мк и диаметром около 100 А. Такая концентрация энергии (которой соответствует около 150 ООО первично ионизованных и 500 ООО возбужденных молекул в треке одной а-частицы) немедленно вызывает противодействие со стороны диффузионных процессов. Следует отметить, что распределение положительных и отрицательных ионов уже в самом начале неравномерно (если ионы в жидкости имеют конечное время жизни, что, вопреки теоретическим соображениям Бертона и Маги, следует признать, учитывая явления электропроводности, очень вероятным). Положительные ионы, возникающие в результате отрыва электрона, образуются в месте, где произошел акт первичного взаимодействия ионизирующей частицы с молекулой. В противоположность этому подавляющее большинство отрицательных ионов образуется во время прилипания к нейтральным молекулам электронов, замедленных до тепловых скоростей, т. е. больщей частью вдали от оси трека. Первичное разделение ионов разных знаков тем больше, чем больше удельные потери энергии. [c.210]

Электроны, выбитые из атомов или молекул в результате первичных процессов ионизации, могут при столкновении с атомами или молекулами вновь вызывать ионизацию и возбуждение, так как обладают достаточной энергией. Если вторичные электроны имеют достаточно высокую энергию, то они образуют собственные треки, которые ответвляются от первичных. Вторичные лучи называют 8-лучами. Если же энергия вторичных электронов невысока (менее 100 эВ), то пробеги их в жидкостях или твердых телах невелики, и продукты вторичной ионизации располагаются очень близко от первичных, образуя так называемые шпуры, состоящие из возбужденных или ионизированных атомов или молекул. Шпуры обычно содержат 2—3 пары ионов и несколько возбужденных молекул. Если плотность ионизации велика, то шпуры могут располагаться близко, частично перекрывая друг друга и образуя колонны ионов. Это явление называется колонной ионизацией. Таким образом, в отличии от фотохимических реакций, для которых характерно равномерное распределение возбужденных молекул вдоль плоскости, перпендикулярной направлению света, для радиационно-химических реакций характерно неравномерное распределение активных частиц в облучаемом объеме. [c.317]

Математическое описание кинетики радиолиза дано на основе так называемой радикально-диффузионной модели. Целью этого описания является создание пространственно-временной картины процесса. Согласно радикально-диффузионной модели, химически активные первичные частицы, образующиеся приблизительно через 10" сек после начала действия излучения, находятся в термическом равновесии с окружающими частицами. В пространстве эти частицы распределены неравномерно характер распределения определяется видом излучения. Далее эти частицы диффундируют из треков в соответствии с макроскопическими законами диффузии и реагируют друг с другом или с другими частицами, образуя либо устойчивые молекулы, либо вторичные неустойчивые частицы (например, радикалы НО2), которые вступают в дальнейщие взаимодействия. Закономерности кинетики этих элементарных процессов принимаются такими же, как и при однородном распределении реагирующих частиц в пространстве. Реакции первичных и вторичных частиц приводят к образованию стабильных конечных продуктов Нд и НзОз- Следует отметить, что величины концентраций, определяющие скорость химических реакций и диффузии, могут использоваться для этих расчетов лишь в том случае, если число таких частиц достаточно велико, чтобы можно было пренебречь влиянием флуктуаций на макроскопический процесс. Однако неоднородность распределения активных час- [c.262]

След ионизирующей частицы в среде, регистрируемый в виде промежуточных активных первичных частиц, называется треком. Различные виды пространственного распределения первичных активных частиц называют трековыми формами. Простейшая трековая форма-—одиночная пара (положительный ион- -электрон), находящийся на таком расстоянии от соседних пар, что их электростатическим влиянием можно пренебречь. Эта трековая форма образуется при лобовых соударениях электрона высокой энергии, при фото- и комптоновских эффектах. Если электрон (несущественно, первичный или вторичный) имеет не слишком большую энергию, то акты ионизации будут происходить на расстояниях порядка нанометра, так что взаимодействием между возникшими парами зарядов уже пренебречь нельзя. Такую трековую форму, включающую несколько пар ионов (2—10), называют шпорой. Обычно предполагают, что на образование одной шпоры с радиусом в несколько нанометров в среднем тратится около 100 эВ. Считают, что в шпоре, имеющей сферическую симметрию, первичные активные продукты распределены по Гауссу. Когда несколько шпор возникают вблизи друг друга, то, если эту группу можно представить как сферически симметричную, ее называют блобом (каплей), если же эта группа имеет цилиндрическую симметрию — коротким треком. Обычно считают, что в конце пробега электрон с начальной энергией порядка 1 кэВ образует короткий трек, а электрон с начальной энергией порядка 100 эВ — шпору. [c.40]

Заметное влияние типа излучений на выход разложения воды по энергии, вероятно, зависит от степени разделения возникших Н- и ОН-радикалов, образовавшихся в треке ионизирующего луча, или от аномального распределения Н- и ОН-радикалов [86, 94]. Например, предполагается, что положительные ионы, возникшие по каждому следу а-частицы, протона или дейтона, быстро диссоциируют на Н" и радикал ОН, тогда как электрон, появившийся от первичного процесса, захватывается только на некотором расстоянии от этого пути. Вследствие этого создается избыток ОН-радикалов вдоль центра пути и избыток Н-радикалов в зоне, окружающей этот центр. Это увеличивает вероятность рекомбинации двух гидроксильных радикалов с образованием перекиси водорода и двух Н-атомов в молекулу водорода. При облучении рентгеновскими, у- или -лучами логично предполагать, что ОН- и Н-радикалы образуются в значительно меньшей концентрации и распределены более равномерно, что увеличивает вероятность их рекомбинации с образованием исходной воды. Аллен [96] показал, что потеря энергии быстрыми электронами, проходящими через воду, происходит внезапными толчками, что приводит к образованию скоплений пар ионов вдоль пути этих электронов, что также должно влиять на распределение ОН- и Н-радикалов. У нас очень мало сведений об относительных выходах по энергии в водяном паре по сравнению с выходами в жидкой воде. Однако близость между молекулами воды и наличие водородных связей в жидком состоянии, как можно предполагать, обусловливают значительные различия в механизмах реакций в обеих фазах. [c.62]

Изучение пространственного распределения ПЦ представляет принципиальный интерес. При выяснении особенностей кинетики и механизма реакций в твердой фазе, количественном сопоставлении скоростей реакций в жидкой и твердой фазах, и т. д. в первую очередь необходимо учесть реальное распределение активных центров по объему. В твердых телах (а иногда и в достаточно вязких жидкостях) вследствие замораживания трансляционной подвижности пространственное распределение ПЦ может отражать либо гетерогенность распределения молекул, из которых образуются активные центры, либо гетерогенный характер процессов, приводящих к образованию радикалов. Начальная гетерогенность может возникнуть из-за макро- или микроскопического разделения фаз при кристаллизации, скопления дефектов, сферо-литной структуры полимеров и т. п. Причиной гетерогенного механизма образования активных центров является, например, зарождение их в приповерхностном слое и трековые эффекты при радиолизе. Представления об ионизации Б треках лежат в основе теории процессов радиолиза. Размеры и геометрия областей, в которых происходит ионизация, зависят от энергии и массы ионизирующей частицы, однако в любом случае образующиеся ионы или возбужденные молекулы распределены небольшими группами или роями вдоль пути ионизирующей частицы. Если стабилизирующиеся вторичные активные центры (радикалы и др.) образуются непосредственно в результате диссоциативной ионизации или рекомбинации первичных ионов, то их пространственное распреде- [c.201]

На рис. 6.7 показано, какого типа зависимости от с р мы можем ожидать, исходя из различных представлений о стабилизации радикалов при радиолизе [52]. Случай, когда > 1 и не зависит от дозы, соответствует трековой модели, т. е. стабилизация радикалов происходит в шпорах или по крайней мере вблизи первичного трека ионизирующей частицы. Если то мы имеем равномерное распределение ПЦ, соответствующее перекрыванию треков при больших дозах или миграции промежуточных активных частиц (типа Н) на расстояния, сравнимые с расстояниями между первичными [c.220]

Для электронов и других частиц со значительно меньшей линейной плотностью ионизации соотношения должны бы быть принципиально аналогичны, но с меньшей концентрацией активных частиц. Следует отметить, что различие в распределении местоположений и концентраций положительных и отрицательных ионов относительно оси трека для излучений с высокой и низкой линейными плотностями ионизации сказывается на развитии последующих процессов. Концентрация первичных положительных ионов в треке с высокой плотностью ионизации, например ионов Н2О+в треке а-частицы (условия рис. 4. 15, = 0), достигает молярных значений ( ). Поскольку диаметр колонны ионизации для отрицательных ионов примерно в 10 раз больше, их концентрация оказывается в 100 раз меньше, чем положительных ионов [c.211]

ГИИ (табл. 1-4), которая расходуется на возбуждение и ионизацию атомов. По мере того как а-частица теряет свою энергию, ее скорость снижается и, следовательно, возрастает число образованных первичных ионов. В среднем на каждый микрон пути образуется около 6,2 тыс. пар ионов, неравномерно распределенных вдоль трека частицы. Плотность ионизации резко возрастает к [c.36]

Рис. 2.8. Распределение шпор и первичных ионизаций в треках разных частиц

Энергия а-частиц затрачивается на ионизацию и возбуждение атомов, которые обусловлены кулоновским взаимодействием заряженной частицы со связанными электронами. Не вся энергия заряжеиной частицы оставляется вдоль ее прямолинейного трека, иначе тяжелые частицы были бы идеальным щупом , позволяющим зондировать клетки, строго избирательно повреждая микроструктуры, расположенные на определенной глубине. Некоторая доля энергии частицы выносится за пределы ее трека выбитыми из атомов электронами, обладающими значительным запасом энергии и большой длиной пробега. Эти электроны образуют треки, ответвляющиеся от трека первичной частицы, и вызывают на пути ионизации и возбуждения, Плотность распределения. которых зависит от энергии выбитого электрона. Так, например, а-частицы с энергией 1 МэВ могут генерировать вторичные электроны, длина пробега которых вдвое превосходит трек самой тяжелой частицы. [c.37]

Поскольку некоторые из продуктов образуются по радикальным реакциям, должна существовать возможность вычисления вероятности первичного разрыва, приводящего к образованию радикалов, как было сделано для пентана [109] и гексана [107, 116]. Полностью отличить радикальные реакции от нерадикальных невозможно, поэтому вычислять абсолютные величины такого разрыва рискованно, но, по-видимому, можно вычислять относительную вероятность разрыва. Исходную точку для таких расчетов задают продукты промежуточного молекулярного веса. Из-за малой величины их выхода они должны образоваться вблизи трека ионизирующей частицы, представляя начальную концентрацию радикалов. Три изомерных углеводорода с одним и тем же числом атомов углерода (например, 3-ме-тилгексан, 2-метилгексан и н-гептан) определяют распределение гексильных радикалов. Это распределение не зависит от взятого триплета изомеров, а также от температуры (в широком интервале), несмотря на то что выход этих продуктов изменяется в этом интервале более чем на порядок. Распределение различных групп углеродных атомов дает их относительная концентрация вместе с соответствующей концентрацией гексильных радикалов. Распределение позволяет оценить, в каком соотношении эти радикалы исчезают путем диспропорционирования и в какой степени димерные продукты образуются соединением радикалов. Поскольку выход процесса диспропорционирования не слишком велик и почти один и тот же для большинства алкильных радикалов, предыдущее допущение не столь обязательно [36, 55]. Оценка концентрации гексильных радикалов не очень точна, но ошибка не должна быть значительной. Исключительно важно наблюдение за тем, что при температуре облучения —80° распределение додеканов может быть вычислено из распределения гексила, полученного следующими четырьмя способами [c.246]

Рис. I—7. Схематическое изображение отрезка траектории различных заряженных частиц, показывающее распределение актов ионизации и возбуждения вдоль трека частицы в указанном масштабе (по Сетлоу и Полларду, 1964) А — трек дейтрона, Е = 4 МэВ, ЛПЭ=19,4 КэВ/мкм, ЛПИ=570 ионов/мкм Б — трек дейтрона, Е=1 МэВ, ЛПЭ = 54,0 КэВ/мкм, ЛПИ=1600 ионов/мкм В — трек а-частицы, Е=4 МэВ, ЛПЭ=130 КэВ/мкм, ЛПИ = 3800 иоиов/мкм Г — трек электрона, Е=0,5 МэВ, ЛПЭ=0,2 КэВ/мкм, ЛПИ=6 иоиов/мкм 1 — первичная ионизация 2 — вторичная ионизация 3 — возбуждение

Справочник химика 21

Химия и химическая технология