辐射化学2-1

RadiationChemistry辐射化学KeyLaboratoryofRadiationPhysicsandTechnologyofEducationMinistryofChinaInstituteofNuclearScienceandTechnologySichuanUniversity辐射与其他物质的作用高分子辐射化学辐射与气体的作用辐射与固态无机物的作用辐射与生物学的作用辐射与其他物质的作用KeyLaboratoryofRadiationPhysicsandTechnologyofEducationMinistryofChinaInstituteofNuclearScienceandTechnologySichuanUniversity高分子辐射化学高分子辐射化学是辐射化学的分支，尽管历史很短，但是其研究领域十分活跃。高分子辐射化学：主要研究电离辐射对单体和高分子化合物相互作用产生的物理化学变化的规律。它包括辐射聚合、辐射接枝聚合、高分子辐照交联、高分子辐照降解等几个领域。KeyLaboratoryofRadiationPhysicsandTechnologyofEducationMinistryofChinaInstituteofNuclearScienceandTechnologySichuanUniversity高分子辐射化学辐射聚合：研究电离辐射作用下单体的聚合反应及其应用。辐射聚合可有自由基和离子引发聚合反应在较低的温度下进行。由于电离辐射能量高，穿透力强，可使一般方法很难引发的体系聚合。凝胶效应：一些单体如甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、氯丁二烯、醋酸乙烯酯等本体聚合时，其聚合物溶于相应的单体中，随着聚合物的含量不断增加，体系逐渐呈现类似凝胶的粘稠液，类似凝胶相，这一过程称为凝胶相。后效应：在辐射聚合过程中，即单体辐照引发聚合，停止辐照后，由于存在长寿命的大分子自由基，仍可继续引发聚合发生的现象。KeyLaboratoryofRadiationPhysicsandTechnologyofEducationMinistryofChinaInstituteofNuclearScienceandTechnologySichuanUniversity高分子辐射化学辐射接枝共聚合：采用辐射引发某个主链聚合物与不饱和单体或者均聚物进行接枝反应，改善高分子的某些性能。辐射接枝是用电离辐射照射聚合物，在聚合物链上生成自由基或离子，以引发接枝反应KeyLaboratoryofRadiationPhysicsandTechnologyofEducationMinistryofChinaInstituteofNuclearScienceandTechnologySichuanUniversity高分子辐射化学多数聚合物在被辐照时，交联与降解一般同时发生，但有主次之分。若聚合物的辐射交联G值（每吸收1000eV，聚合物形成交联键的个数）大于其辐射降解G值（每吸收1000eV，聚合物断键的个数）的1/4，最终效应产生网状聚合物。若主链断裂G值大于交联G值的4倍，该聚合物最终被降解。辐射交联：电离辐射作用下大分子链间形成化学键，形成三维网络结构使聚合物的性能发生变化聚乙烯辐射交联过程示意图KeyLaboratoryofRadiationPhysicsandTechnologyofEducationMinistryofChinaInstituteofNuclearScienceandTechnologySichuanUniversity高分子辐射化学辐射交联电线电缆和热收缩材料是辐射加工中应用最早，规模最大的两个领域，主要是应用高分子化学的基本原理，即聚烯烃类聚合物的辐射交联或接枝共聚反应来对其进行改性，制备新型高性能的高分子材料辐射交联热收缩材料广泛应用于热收缩膜、热收缩带、热收缩管的生产主要制备原理：结晶或半结晶聚合物如聚乙烯、聚氯乙烯等，其流变性能与聚合物的交联程度。未交联聚合物随加热温度提高，从玻璃态转变为粘流态，转变点即聚合物的熔点。低度交联的聚合物，由于线性分子形成了三维立体网状结构，即有不溶不熔得凝胶形成。具有一定交联结构的结晶或半晶聚合物在粘弹态下熔体具有弹性，即在外应力作用下可以拉申或扩张，若外应力消除，熔体又恢复到原来的状态。若在应力温度下迅速降低温度使其凝结，即可固定其扩张后的形状，若在加热升温，则又回到无应力下的原始状态。这类产品在电信、电子、高压输电等领域有着重要的应用。KeyLaboratoryofRadiationPhysicsandTechnologyofEducationMinistryofChinaInstituteofNuclearScienceandTechnologySichuanUniversity高分子辐射化学辐射降解：是聚合物在电离作用下主链断裂、分子量降低，结果使聚合物在溶剂中的溶解度增加，而相应的热稳定性、机械性能降低。聚合物辐射降解无规律降解，主链断裂呈无规分布。主链的每一断裂都形成较小的非均等的大分子，导致平均分子量的减少和分子量分布的变化，很少出现端基断裂。在高分子物质的辐解中，分解形成大于或小于原始有机分子的分子外，也会形成气体。一般情况下，辐射导致官能团处碳链断裂，但是芳香族化合物对辐射相当稳定，芳香族具有较好的抗辐射性能，其辐解始终低于脂肪族化合物。KeyLaboratoryofRadiationPhysicsandTechnologyofEducationMinistryofChinaInstituteofNuclearScienceandTechnologySichuanUniversity辐射与气体的作用在气体中辐射能的传递方式是非弹性碰撞导致分子电离或激发，形成离子、电子和激发分子等原始活性粒子，但是由于气体密度低、分子扩散迅速，气体的辐射有如下特点：（1）与液体相比，不同LET辐射对气体辐解产额影响较小，在一些体系中，不同的LET辐射几乎有相同的产额。（2）与凝聚体系相比，形成的活性粒子的利用率较高KeyLaboratoryofRadiationPhysicsandTechnologyofEducationMinistryofChinaInstituteofNuclearScienceandTechnologySichuanUniversity辐射与气体的作用（3）反应容器的壁效应，在液体中是不重要的，但在气体中则是不可忽略的。（4）在气体中，原始过程产生的离子对数目和体系吸收的能量很容易用武力和化学方法测定𝐺=𝑀𝑁∙𝑊×100M/N（离子对产额），W气体的平均电离功或每形成一离子对所需的平均能量KeyLaboratoryofRadiationPhysicsandTechnologyofEducationMinistryofChinaInstituteofNuclearScienceandTechnologySichuanUniversity辐射与固态无机物的作用晶体中的原子在平衡位置附近作热运动，当某些具有比平均能量大的原子，其能量足够大时，可以离开平衡位置，进入晶格的间隙成为间隙原子，原来的晶格位置变成空位，形成缺陷。电离辐射与固体物质相互作用时，非弹性碰撞过程传递给介质的能量用于电离和激发，而弹性碰撞用于增加动能。对于伽玛射线和X射线主要用于产生电离和激发作用，但是，如果能量具有较高的能量，可以使晶格点阵上的原子发生位移甚至使晶格遭到破坏，因此可以用来改善金属的性能KeyLaboratoryofRadiationPhysicsandTechnologyofEducationMinistryofChinaInstituteofNuclearScienceandTechnologySichuanUniversity辐射与固态无机物的作用除了电离辐射可以在固体内部和表面形成电子、空穴和缺陷外，扩散过程可使部分电子和空穴在晶格点阵或表面缺陷陷落，进而影响固体表面性质在固体无机物的辐照效应中，结构缺陷的产生更为重要，他会对固体的光学、磁学、声学、力学、热学及化学性质产生影响。KeyLaboratoryofRadiationPhysicsandTechnologyofEducationMinistryofChinaInstituteofNuclearScienceandTechnologySichuanUniversity辐射与生物学作用电离辐射对生物体的作用可为直接和间接作用：直接作用是生物体中的生物分子直接受到电离辐射的作用而吸收辐射能并导致生物体受损间接作用是生物体内的水的辐解产物与生物分子的作用。辐射能量向生物分子传递时，通过扩散的离子或自由基作用并被生物分子吸收所引起的生物效应。无论直接作用还是间接作用，造成辐射损伤的原理均相同。即高能光子或亚原子微粒最终被生物分子破坏性吸收的结果。KeyLaboratoryofRadiationPhysicsandTechnologyofEducationMinistryofChinaInstituteofNuclearScienceandTechnologySichuanUniversity辐射与生物学作用除了辐射对KeyLaboratoryofRadiationPhysicsandTechnologyofEducationMinistryofChinaInstituteofNuclearScienceandTechnologySichuanUniversity辐射与生物学作用活细胞内因电离损伤的分子经过一定潜伏期（几分钟乃至几天），其辐射损伤会逐渐扩大，直到最后发生可观察的辐射生物学现象，诸如死亡、染色体畸变、有丝分裂延迟和突变等。在潜伏期中，分子的原初辐射损伤通过下列中间过程进一步扩大：①偶合反应，某些类型的分子辐射损伤通过偶合反应把损伤传递给其他类型分子，如氨基酸、糖类、醇类等溶质的自由基和易还原的分子(核黄素、三价铁离子)，在缺氧条件下能相互作用；②辐射损伤模板，合成异常大分子，合成DNA、蛋白质都需用模板分子,辐射损伤的模板分子可能将其损伤以生物活性的形式传递给新合成的分子结构，使后者的活性与由未损伤模板所合成的大分子不再相同；KeyLaboratoryofRadiationPhysicsandTechnologyofEducationMinistryofChinaInstituteofNuclearScienceandTechnologySichuanUniversity辐射与生物学作用③结构损伤，活性细胞内的亚细胞水平结构，包括染色体以及溶酶体等亚细胞器、内皮网、细胞膜等，与细胞功能密切相关，辐射损伤它们的组成分子，对生物功能有即刻的影响；④多酶系统，辐射损伤多酶系统，影响着各步代谢的反应速率，虽都不显著，但各步的损伤呈加和或相乘效果，导致最终出现明显的损伤扩大。以上四种损伤扩大过程相互作用，形成可观察到的宏观辐射生物效应。KeyLaboratoryofRadiationPhysicsandTechnologyofEducationMinistryofChinaInstituteofNuclearScienceandTechnologySichuanUniversity辐射与生物学作用身体组织对辐射的敏感程度KeyLaboratoryofRadiationPhysicsandTechnologyofEducationMinistryofChinaInstituteofNuclearScienceandTechnologySichuanUniversity辐射化学的应用—高分子化学的应用高分子化学的应用辐射交联电线电缆以聚乙烯、聚氯乙烯为基材的电线电缆的绝缘层，经辐射交联后，可以提高耐温等级和机械强度，减少环境应力开裂。广泛应用于通讯、飞机、汽车、宇宙飞船、计算机和电视机等产品中热收缩材料包括热缩管、片材、带材及薄膜等。经照射后交联成网状，然后将制品人为地扩张到一定的倍数，定型后再