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，產生的離子和激發分子在化學上是不穩定的，會迅速轉變為自由基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、輻射接枝、輻射降解以及輻射改性等。

    輻射化學的形成和發展，促進了人們對化學基本規律的研究，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的發展緊密聯系。輻射化學研究始自貝克勒爾，1896年他發現鈾化合物能發射穿透性輻射，能使照相底片感光變黑。居里夫婦發現元素鐳后，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。他們發現了鐳鹽能引起水的分解、玻璃儀器的變色等現象。

    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。他發現在α射線的作用下，簡單氣體物可轉變為氣體混合物，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射線在氣體中產生的離子對數目和發生化學變化的分子數間的關系，首先用離子對產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，原子能事業迅速發展，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迅速發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，脈沖技術的發展為研究短壽命中間產物的吸收或發射光譜和衰變動力學創造了條件，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輻照裝置的優良設計和安全運轉，又發展了一種新興的產業—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。

    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態、離子態常具有極高的能量和活性，用光化學的方法一般難于產生；在射線通過介質產生的徑跡周圍，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生。因此，利用輻射化學反應常可在低溫、常溫下進行工業生產，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物的研究。這方面的研究在于探索輻解產物的形成過程及其規律并發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，短壽命中間產物的研究獲得迅速的發展。

    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、環境保護、生物醫學工程中的應用，輻射能的化學儲存和輻射在考古學中的應用等。