辐射化学-水和水溶液的辐射化学-6寸.pdf

第八章 水和水溶液的辐 射化学 水和水溶液辐射化学是研究电离辐射作用下水 或水溶液所引起的化学效应。很多化学、辐射化学反 应是在水溶液中或有水存在的情况下进行的，在动物 组织中也含有 40~70%的水，因此研究水和水溶液辐 射化学，不仅发展了辐射化学的理论和电离辐射对液 相作用的原理而且也充实了基础化学规律的研究，如 水化电子存在的确证及其反应特性。此外，它对放射 生物学和食品主要成份的辐射化学研究以及核燃料 后处理工艺、反应堆水化学的建立也起着重要和不可 缺少的作用。 20 世纪初，由于镭的发现，开始了对水和水溶液 8-1 辐射化学的研究。镭和氡发出的射线能使水分解成为 H ，O 和 H O 。随着 X 射线用于医疗，对 X 射线引 2 2 2 2 起的生物效应的研究促进了对水和水溶液辐射化学 的研究，在这方面，Fricke 的工作起了重要的作用， 他发现 X 射线照射 Fe2+或其它无机和简单有机物水溶 液的过程中存在氧化还原反应，建立了用亚铁体系测 定 X 射线剂量。40 年代至 60 年代，核工业迅速发展， 推动了水溶液辐射化学的研究。例如，建造反应堆需 要了解作为载热剂和中子慢化剂的水的辐解规律；核 燃料后处理工艺亦要求详细的研究无机及有机水溶 液的辐射化学。与此同时，辐射化学的理论也开始建 立并得到发展，测定了水辐解产生的·OH ，·H 等自 由基产额及其系列反应的相对反应速率常数，建立了 自由基扩散理论。60 年代中叶，用闪光光解、脉冲辐 解技术证明了水化电子的存在，系统地研究了水化电 子的各种反应，充实了还原反应的理论。 目前，由于放射生物学的研究跃进到生物分子水 平，加上食品辐照保藏技术的发展，要求更深入、系 统地研究有机水溶液、生物物质水溶液和胶束水溶液 8-2 的辐射化学。 在水溶液辐射化学过程中，溶质和溶剂吸收辐射 -2 -1 能，但在稀水溶液中(溶质浓度小于 10 mol ·L ) ，辐 射能几乎全被溶剂吸收，辐射和溶质 的直接作用很 少，辐射化学效应主要是溶剂的辐解产物与溶质间的 反应所引起，所以在讨论水溶液辐射化学之前，我们 将先讨论液态水的辐射化学。 第一节 液态水的辐射化学 一、液态水的辐解机理 射线与物质相互作用，其原初过程是沿入射粒子 径迹由非选择性的电离和激发产生许许多多具有单 一未成对电子的阳离子和激发分子，这类过程可表示 为 M + - [M ·，M* ，e ] 8-3 (8-1) 生成的阳离子，激发分子和电子分布在入射粒子径迹 周围的刺迹和径迹中。对于液态水，其原初过程可用 下式表示 H + - O [H O · ，H O* ，e 2 2 2 (8-2) 在(8-1)和(8-2)式中，括号[ ]表示这些粒子暂时紧 挨在一起。 刺迹和径迹中的 H