北京大学高分子辐射化学3

1Radiationsource,radiationchemistryandradiationprocessingTwo2辐射装置核素源：放射性同位素，核反应堆，α，β，n,正电子机械源：加速器(电子，质子，重离子等）X-ray装置，同步辐射，激光。3辐射源对核素辐射源的基本要求：*有一定的半衰期和合适的能量*易于得到和加工*操作、维修、使用方便、价格便宜。4Radioactivity&NuclearForces射线是由放射性核素衰变产生的。5射线与物质的作用---高穿透性射线是一种穿透力极强的射线。6射线与物质的相互作用辐射化学过程LieNN指数衰减7射线在水中的穿透能力水中Co-60射线光子数与距离曲线11.3cmLieNN指数衰减8线性能量转移(LET,linearenergytransfer)带电粒子在介质中能量损耗的线性速率(keVμm-1),射线的能耗密度很低,剂量率及功率也低,因而完成某一材料的改性需要的时间较长.10万CiCo-60源,1.5kW射线与物质的作用---低线性能量转移射线与物质的作用---无选择性,,H2OHOH,,,H2O2H2eaq-HO2……9核素源---60Co,137Cs60Co源是在核反应堆中用强中子流辐照稳定同位素59Co,通过核反应生成60Co,60Co为金属钴棒,包在不锈钢管中,不泄露.137Cs源是从核燃料裂变产物中分离出来的,主要以CsCl形式存在，易泄漏，污染水井，因此使用较少，而以干法为主。1060Co（钴-60源)特点：*每次核衰变有两个能量相近的光子，(1.17Mev,1.33Mev),平均能量为1.25Mev,穿透力强且利于防护，适于大规模辐射加工生产*半衰期适中，T1/2=5.27年*来源充分成本较低，易操作和维护*水防护或干法防护均可，安全性好11THECOBALTATOM12DecayofCobalt60Years0.01.02.03.04.05.06.07.08.09.001.00000.87660.76840.67350.59040.51750.45360.39760.34850.3055100.26780.23470.20580.18040.15810.13860.12150.10650.09330.0818Days0.01.02.03.04.05.06.07.08.09.001.00000.99960.99930.99890.99860.99820.99780.99750.99710.9968100.99640.99600.99570.99530.99500.99460.99420.99390.99350.9932200.99280.99240.99210.99170.99140.9910.99070.99030.98990.9896300.989213放射性衰变与辐射功率---放射性活度AThenumberofnucleardecaysoccurringinagivenquantityofmaterialinatimeinterval,dividedbythattimeinterval.（是核衰变数而不是射线数）A=-dN/dt=Nλλ:核衰变常数，N:核素数*单位时间内发生衰变的核素数SI单位:1Bq=1S-1专用单位：1Ci=3.7x1010Bq14能谱：从核内发出时是单能光子，但发出后只要与介质相互作用就不再是单能的了，所以不能用射线能量和强度直接计算介质吸收的能量。辐射功率P=E*AE:射线能量MeVA:活度Ci如何测定介质吸收的能量?15辐射的均匀性水中电磁辐射时介质厚度与剂量的关系A-137Cs射线;B-60Co射线;C-4MeVX射线不均匀度比U1.5U=Dmax/Dmin7cm如何解决?16辐射的均匀性双面辐照时20cm厚水层中剂量分布A-137Cs射线;B-60Co射线;C-4MeVX射线其它方法源的设计1718チェレンコフ光（円筒状）20チェレンコフ光（板状）222324Controlsystem283024.200PERMITIDAABERTURADAPORTADESERVIÇO000025SOURCESTORAGEPOOLSOURCERACKCONVEYORSOURCEPASSCHAMBER2627ftDeepSourcePool27ftDeepSourcePoolCarriersCarriers27HowProductsMoveThroughanIrradiatorSourceRackPoolIrradiationChamberInterimAreaIrradiationChamber28VirtualTourofaPalletIrradiator29CarrierEntersCarrierEntersCarrierExitsCarrierExitsAllCarriersmove1positionAllCarriersmove1positionSourceRackSourceRack30CarrierEntersCarrierEntersCarrierExitsCarrierExitsAllCarriersmove1positionAllCarriersmove1positionSourceRackSourceRack3132CharacteristicsofEB高能量利用效率EB比高1-2倍低穿透性高功率与高剂量率300kW,剂量率比Co-60高4-5个数量级能量可调,应用范围广低能,中能,高能水电子有效射程/mm33机械源：电子加速器，重离子加速器分类:*按电子加速轨迹---直线，回旋*按加速方式------静电，高频高压，微波等*按被加速粒子能量-----低能，0.15—0.5Mev中能，0.5—5Mev高能,5—10Mev特点：*粒子能量可调，吸收剂量率高*能量利用率高可达-70%，（Co-60-30…%）可定向照射*可加速粒子具有多样性，各种重离子34TVvs.accelerator–howitworksELECTRONACCELERATOR–HOWITWORKS?35工业电子加速器36ELECTRONBEAMPENETRATIONMARKETENERGYPENETRATIONSterilization10MeV38mmWire@Cable1.5MeV5mmShrinkFilm300–800keV2mmSurfaceCuring80–300keV0.4mm37これは,日本原子力研究所高崎研究所の１号加速器です。電子線を発生させて種々の物質に照射するための装置です。本加速器は加速管を２本備え,垂直・水平の２方向に電子線を取り出す事が出来る特長を持っています。タイプは，コッククロフト・ワルトン型で，加速電圧0.5～2.0MV，最大出力60kWです。加速された電子ビームは電磁石によって垂直方向では120cm幅，水平方向には60cmの幅に200Hzで掃引され，均一な照射実験が行なえるようになっています。１号加速器の写真です38１号加速器のイメージ２MV,60kWのコッククロフト・ワルトン型電子加速器。コンデンサーと整流器を組合わせて昇圧する原理の加速器で，現在では５MVの物もあります。タンク内はSF6と呼ばれる絶縁ガスが充填されています。発生した高電圧は垂直および水平方向の加速管に供給されフィラメントからの熱電子を加速します。3940LinearAcceleratorinUTS-bandTwinLinacTwinLinacRFPhotoinjectorAnS-band(2856MHz)linearaccelerator(LINAC)accelerateselectronsupto35MeVonthecrestofmicrowaveslikesurf-riding.Pulsewidthsofelectronbeamcanbeselectedfrom10ps(1.5nC)to4.5us(200mA)inseveralsteps.41ElectronacceleratororLaserComputerOscilloscopeMonochromatorPhotodiodeElectronbeamAnalyzinglightDetection-spectrophotometryElectricsignalreachingtheoscilloscopeorthecomputer(above)isconvertedtoabsorbanceunits(beneeth)accordingtothegivenequationwhereAstandsforabsorbance,I-lightintensity,i-electriccurrent,U-inputvoltage.Fromtheexperimentswhichinvolverecordingoftimeresolvedabsorbancechangesonecandeterminekineticparameters(half-lifetimes,reactionrateconstants,etc.)oftheveryfastprocessesinducedbyionizingradiationWaterradiolysisproductsOHOHHOHHeOHaq32222,,,,,43ELECTRONBEAMFACILITYEnvironmentfriendlytechnologyNosmokeNowastewater44定义:辐射化学是研究物质吸收电离（高能）辐射后所引起的化学效应的科学。**Radiationchemistryisthescienceofthechemicaleffectsbroughtaboutbyabsorptionofionizingradiation.—1961byLind.**Radiationchemistrydealswiththechemicaleffectsproducedwhenmaterialsareexposedtohighenergyorionizingradiation—Spinks—辐射化学的研究对象,意义及与其他学科的关系45辐射化学的研究内容辐射分解，聚合，接枝共聚，氧化还原，降解，异构化，晶态变化，形态结构变化等系列化学过程。生物活性物质(如酶)在低温下可被保护，因为溶剂水或单体辐解生成的自由基在低温下被冷冻起来，减缓诱发酶的失活，而被包埋后游离的酶或集中于多孔结构表面的酶都很容易逐渐扩散至周围介质中使其能更有效发挥生物活性作用。固定化酶的活性和聚合物孔隙与聚合温度的关系葡萄糖淀粉酶，30%HEMA水溶液10kGy，真空除氧低温过冷态辐射包埋IrradiationeffectofpolymerPolymerRadiationRadicalsMonomerCrosslinkingGraftingDegradationEightCrystallinephaseAmorphousphaseCrosslinkingpointStructuralchangeTeflon(Polytetrafluoroethylene,PTFE)CrosslinkedbyHigh-TemperatureIrradiationsJ.Sunetal.(1994)340ºCrays←60Co100020030040086420Tensilestrength(MPa)Irradiationtemperature(ºCPropertiesofRadiation-CrosslinkedPTFEFilms50-mthickfilm340±5℃inAr-rays(60kGy)MechanicalstrengthCrystallinesizeRadiationresistanceStrongLargeLowStrongerSmallHighPTFEDegradationusingEBO