第八章辐射化学

例：锌（Z=30）的Kα X线，其能量为8.6keV。29Cu和28Ni的
K吸收限分别为9.0和8.3keV。因此，镍是锌的Kα X线的 良好吸收体，而铜不是。另一方面，镓（Z=31）的Kα X 射线的能量为9.2keV，所以强烈地被镍和铜吸收，但K吸 收限为9.7keV的锌对镓Kα X射线的吸收很差。
第八章 辐射化学
主要内容：
第一节 辐射与物质相互作用规律 第二节 辐射化学的基本特征和基本过程 第三节 水和水溶液的辐射化学 第四节 辐射与其它物质的作用 第五节 辐射化学的应用
课程要求
了解辐射化学研究的主要内容，掌握主要射线 与物质的相互作用方式
掌握辐射化学的基本过程的特点，熟悉各阶段所 发生的化学反应
——X射线的临界吸收
✓ 从原子中发射出X射线,是由外层电子跃迁到具有较高结 合能的内层的一个空穴(如从L层跃迁到K层)所引起的。
✓ 而某一电子壳层中的光电效应，只有当光子能量高到足 以使该壳层中的一个电子提升到一个空的能级时才能发 生。这意味意着，光子的能量高到几乎能使该电子从原 子中除去。
✓ 因此，元素不易吸收它本身放的X射线)的能量等 于K层和L层的电子结合能之差，所以该能量不可能使 一个K电子提升到同一元素的一个外层空穴中。
中子与物质的相互作用
中子由于不带电，所以与物质的相互作用很小，由中子引 起的初级电离效应可完全忽略不计。所以中子与物质的相 互作用仅限于核效应，包括弹性散射、非弹性散射、核反 应以及裂变。
β辐射的作用
与α相互作用机理相似，但程度弱得多，比电离为4—8
离子对/mm。所以射程比相同能量的α粒子的射程大得多。
同时，由于撞击粒子和反冲粒子的质量相同，β辐射在
碰撞过程中方向有很大偏转，从而使它的慢化途径呈锯 齿形。
由于β粒子的电离作用较弱，所以其自吸收效应比α小，
可用吸收法测能量最高的β辐射或转换电子。而低能β其 吸收很严重，所以只能用气相测量法或液闪法进行测量。
✓ 然而，电子的结合能随Z的减小而减小，因此一个原子 序数为Z的元素所放出的Kα射线之能量，相当接近（但 稍大于）原子序数稍低于Z的某元素的K吸收限，则该 Kα线便可被那个元素强烈吸收，但并不被比那个元素的 原子序数大1的元素强烈吸收。于是，这两个相邻元素 对该X射线有很不同的吸收系数，那个有强烈吸收作用 的元素称为该X射线的临界吸收体。临界吸收也可用于 L线，尤其是重元素的L线。
辐射化学研究对象所处环境的特殊性。
放化研究的对象本身就处于自身产生或其它核素所产生 的辐射场中。如气体状态下的放射性核素，由于其辐射 的作用容易形成气溶胶；在固体状态下，晶格中的放射 性核素产生衰变，会产生晶格缺陷；在γ射线下，核素 可能发生价态变化；水溶液中，水辐解产生的氧化性和 还原性产物会引起放射性核素的状态和行为变化。
另外对于不同能量的β辐射，还可用切连科夫计数器、
磁谱仪等进行测量。同时在测量源的制备时还应考虑托 片材料，校正托片材料引起的反散射。
γ辐射的作用
γ辐射在一次事件中就可能把全部或大部分能量进行转移。
但它的辐射作用很弱，即它的穿透作用很强，所以射程 比α、β辐射的射程远得多。
γ辐射的吸收严格遵守指数定律：
I = I0·e-μd
常用半厚度（g/cm2）来表征γ辐射的穿透能力，它是使
辐射强度降低一半时的吸收层厚度。
γ射线用闪烁探测器或半导体探测器测量
γ辐射与物质的相互作用主要由三种相互 独立、物理本质不同的效应引起——光电 效应、康普顿效应和电子对形成效应。
光电效应—γ光子在一次碰撞中把全部能量给予一个壳层
概述
辐射化学研究在电离辐射与物质相互作用的过
程中物质所发生的化学变化。
辐射化学的发展与放射化学、核工艺、辐射防
护的研究有密切联系。现在已成为一门独立的 学科。
辐射化学的研究成果对其它领域的理论研究作
出了重要贡献，丰富了自由基化学的内容，促 进了微观及快速反应动力学研究的发展。辐射 化学应用脉冲辐照技术，确证了水化电子的存 在，并研究了其系列反应，这对电化学、光化 学及生物化学中的单电子还原作用的研究起着 重要作用。
所以，在处理强放射性物质（如从废核燃料元件中回收 U和Pu）时，必须考虑辐射化学效应对放射性物质（如 Pu）的状态和行为的影响。
辐射与物质的相互作用可能直接引起电离， 如α和β辐射；也可能间接引起电离，如γ辐 射。但其辐射的测定都通过对与物质的相互 作用进行测定。
α辐射的作用
α辐射与物质有强的相互作用，因而它很容易被完全吸收：
三种效应在总吸收中的贡献取决于γ光子的能量和吸收剂的 原子序数。
比如：相对Pb来说，在低能区（ Eγ ＜0.5Mev），光电效 应是主要的；而0.5MeV＜Eγ＜4MeV时，主要是康普顿散 射；当Eγ＞4MeV时，电子对形成效应占主要。
除了三种效应外，高能量的γ还有可能引起（ γ , n）反应
X射线的作用
一张薄纸或几厘米空气就足够将它定量吸收。
α粒子穿过物质时几乎全部通过与原子壳层电子的静电相
互作用丢失能量，具很高的比电离。
与电子碰撞时，重的α粒子的运动方向实际上不受影响，
因而α粒子是做“直线飞行”。
用磁谱仪可以测得精确的能量值。 在绝对测量中α源必须制成很薄的源，厚度在μg/cm2范围，
并需置于真空。
熟悉水及水溶液中产生的各种辐射化学反应，了 解其影响因素
了解辐射对各种物质的作用及辐射化学的发展现 状等
第一节 辐射与物质相互作用规律
第四部分 辐射化学
试想一下核电厂材料的工作条件！
• 高温：290--320℃ • 高压：15.5 MPa • 温度梯度：2000--4000 ℃/cm • 强辐射: α、β、γ、中子、裂变产物 • 腐蚀：腐蚀介质、水的辐照分解产物
电子，放射的光电子能量等于γ光子能量Eγ 减去电子的结合能。
康普顿效应—γ光子把部分能量给予一个壳层电子， γ光
子本身发生散射。能量符合经典物理学中的 碰撞定律，康普顿电子具有连续的能谱。
电子对效应—当γ光子能量高于1.02MeV（两个电子的静
止质量）时，一个光子在原子核电场内生成 负电子-正电子对。