北京大学高分子辐射化学7

BasicconceptonradiationchemistryInteractionbetweenionradiationandmaterialsTimescaleofeventsinradiationchemistryRadical-pulseradiolysisBasicprocessofradiationchemistryExposure,absorbeddose,dose-rateandGvalueDeterminationofDose1#215FourHowtouseradiationsource?Exposureandabsorbeddose照射量X(exposure)----TheexposureofXor-radiationatcertainpointisameasureoftheradiationbasedonitsabilitytoproduceionizationinair.X=dQ/dmdQ:同种符号离子总电荷量dm:单位质量空气SI单位----(C/kg)(systeminternationalunit)专用单位----R伦琴ExposureR的定义----1伦琴是在密度为0.001293g/cm3干燥空气中由X或γ射线在被照射的空气体积内释放出的所有带电粒子（次级电子）在空气中全部被阻止时产生正负电荷总量各为1esu的离子的X或γ射线的照射量。即1R=1esu/0.001293g=3.336x10-10/1.293x10-6kg=2.58x10-4(Ckg-1)照射量率----单位时间内的照射量单位－－－Ckg-1s-1,Rs-1dtdXX/X注：esuelectrostaticunit静电单位Exposure说明：*照射量是伦琴于１９２３年为表征射线辐照而提出的物理量，１９３７年被推广使用，１９８０年废除.*照射量所描述的只是射线在空气中的电离能力或效果.*不涉及重离子，电子，质子，中子等的电离辐射，亦不涉及空气之外的任何其他被作用物质。*照射量不是剂量，１９６２年前二者的使用有混淆。*照射量是比较容易测量的物理量，但就目前的技术对低能(kev)和高能的(几Mev)照射量的测量尚不成熟。Absorbeddoseanddose-rate吸收剂量剂量率dmdED/Gy,rad,eV/g,eV/mLGy/s,rad/s对稀水溶液,密度接近1.0kg/dm3时1eV/g=1eV/mL=1.610-16Gy=1.610-14raddtdDD/1Gy=1Jkg-1Comparisonofexposureandabsorbeddose＊照射量和吸收剂量是根据电离辐射与物质相互作用的结果，从不同角度对电离辐射量的量度。＊照射量描述的只是电磁辐射对空气介质的电离效果。＊吸收剂量是介质吸收的电离辐射的能量，适用于任何电离辐射与介质。X与D的换算*换算适用体系是电磁辐射与空气介质相互作用体系*从定义出发1R=2.58x10-4(C/kg)x6.241x1018(e/C)33.85(ev/e)1.602x10-19(J/ev)=8.73x10-3J/kg(Gy)照射量适用于X-ray,ray和空气介质.对于空气介质,1R照射量在1kg空气中产生2.58x10-4C的电量.电子的电量是1.610-19C,产生1C电荷量所需电子数为6.241x1018电子,另实验证明在空气中产生一个离子对所需的能量为33.85ev,这样可将照射量与吸收剂量换算.X与D的换算*换算适用体系是电磁辐射与空气介质相互作用体系*从定义出发1R=2.58x10-4(C/kg)x6.241x1018(e/C)33.85(ev/e)1.602x10-19(J/ev)=8.73x10-3J/kg(Gy)*该换算应理解为当照射量为1R时，空气吸收的剂量为8.73x10-3Gy,也就是说在辐射场中某点位置单位质量空气吸收的剂量D。*照射量是容易测量的，可先测某位置的照射量，然后利用质量能量吸收系数算出不同介质的吸收剂量。不同介质在相同辐照条件下吸收剂量的大小与其质量能量吸收系数成正比。Determinationofdose物理法电离室法，量热法，etc化学法辐射化学法，高分子法，感光法，etc原则上只要被照射物质中引起的某一效应与吸收剂量具有某种确定的定量关系均可用作剂量的测量，其某一效应既可以是物理的亦可以是化学的或生物的.量热法----绝对测量法原理---如果介质吸收的电离辐射能不转化为光，电，化学能等其他形式的能而只是转化为热能从而使介质温度升高，则吸收剂量为:D=cx∆T(J/kg)or(Gy)c:吸收体的热容，（J/kgoc）,ΔT:吸收体温度变化（oc）说明*绝对测量方法，要求测量精度极高，测量条件苛刻*吸收体用相当厚的同种物质包围以建立电离平衡*吸收体稳定，导热好，（金属，石墨，水等）无热效应以外的其他效应发生*绝热好，对水∆T/D=0.239oc/kGy*吸收体足够小，防止辐射强度明显减弱*不可以直接用作常规剂量测量，是标准校正剂量计电离室(ionizationchamber)标准自由空气电离室(standardfree-airionizationchamber)*工作介质为空气，测定的是照射量。*阴影部分称为灵敏体积V.*A,B线与两极板之间的体积称为收集体积，极板与灵敏体积之间的距离应足够大，即大于次级电子的最大射程，以满足完全被阻止的要求.X=Q(C)/V(cm3)1.29310-6(kgcm-3)2.5810-4(Ckg-1)以上所得为以库仑表示的照射量.注意：该方法只可用于软X-射线的测量，300keV.标准自由空气电离室(standardfree-airionizationchamber)化学剂量计化学剂量计是利用电离辐射在化学体系中所引起的化学变化与体系吸收剂量之间的定量关系测定吸收剂量的方法。理想的化学剂量计应满足下列条件：*化学变化与剂量呈线性响应*对环境反映不灵敏，如杂质，温度，光，底物浓度等*与辐射类型无关*剂量计与待测物组成尽量接近*化学试剂不必特殊纯化，辐照前后稳定性好，可长期保存*化学变化易于准确，快速测量，使用方便。辐射化学产额Radiationchemistryyield一种粒子的G值表示每吸收100eV的辐射能量该粒子变化的个数，也称为辐射化学产额。单位：分子/100eV,mol/J1分子/100eV=1.03610-7mol/JGvalue空气中形成1对离子需33.85eV,因此100eV可使3个分子电离,对于许多非链式反应过程,G近似=3.对于链式反应,特别是聚合反应,G=102~106.GvalueisdefinedasthenumberofmoleculesofproductXformedorofstartingmaterialsYchangedforevery100evofenergyabsorbed.剂量计吸收剂量D的计算从定义出发即可计算出剂量计吸收剂量，前提条件是必须已知化学变化的G值，和反应物或生成物变化的量ΔM.D=ΔMx10-3xNAx100ev/G(ev/ml)or=ΔMx10-3xNAx100ev/(Gρ)(ev/g)NA----AvogadroconstantM----摩尔浓度mol/Lρ----剂量计体系的密度(g/cm3)D=9.647x106ΔM/(Gρ)(J/kg)or(Gy)=9.647x106ΔM/(Gρt)(Gy/s)DFricke剂量计原理---在一定剂量范围内，体系中生成的Fe+3与吸收剂量成正比。标准Fricke剂量计组成：FeSO4or(NH4)2Fe(SO4)210-3mol/L(0.28gor0.39g)NaCl10-3mol/L(0.06g)H2SO40.4mol/L(22ml)H2OtriplydistilledwaterAirUv----303nmε=2205+3Lmol-1cm-1*Fricke剂量计吸收剂量DFΔA----吸光度之差ε------摩尔消光系数l-------样品池厚度(cm)ρ------剂量液密度(1.025g/ml)f-------单位换算系数(6.242x1015)G(Fe+3)------15.5DF=2.76102ΔA/l(Gy)=1.721018ΔA/l(ev/g)若l为1cm则DF=1.72102ΔA(Gy)Fricke剂量计fFeGlANDOAF233)(10100*Fe3+来源于下列反应Fe2++OH.+H+------Fe3++H2OFe2++H2O2-------Fe3++OH.+OH.Fe2++HO2.--------HO2-+Fe3+H.+O2-------HO2.*G(Fe3+)的推荐值(ICRU---Internationalcommissiononradiologicalunitsandmeasurement)辐射类型值温度系数X,ray15.50.7%/oCEB15.70.7%/oC*温度校正:DF=DT2/(1+0.7%ΔT)ᅀT=T2–T1,T2：测Fe3+温度，T1：测ε温度。Fricke剂量计**被照射样品吸收剂量Ds是根据剂量计在辐射场中同一位置的吸收剂量计算的（a）若样品的原子组成与剂量计的原子组成相同则DS=DF(b)若不同则DS=DFx(μa/ρ)S/(μa/ρ)F(c)如果是电磁辐射且与样品的作用主要在XCompton作用区则DS=DFx(Z/A)S/(Z/A)FFricke剂量计(μa/ρ)S和(μa/ρ)F分别为样品和剂量计溶液的质量能量吸收系数.(Z/A)S和(Z/A)F分别为样品和剂量计溶液组成元素的原子序数和原子量之比的平均值.(d)混合物样品中某一组份吸收的剂量DiDi=DhxWix(Z/A)i/(Z/A)h(e)Fricke是二级剂量计，进行的吸收剂量测量是相对测量，使用前应与标准剂量计进行校对，量热法是一级测量即标准方法。Fricke剂量计Wi为混合物中第i成分所占的质量分数(Z/A)i/(Z/A)h表示第i成分所占的电子分数*影响Fricke剂量计测量的几个主要因素(a)辐射类型，能量，影响很大(见下表)(b)O2的影响，常温常压下溶解氧约10-4mol/l，反应过程是一耗氧过程H++e-------H.H.+O2------HO2.在缺氧或无氧条件下，G(Fe3+)值是不相同的，有氧15.5,无氧8.19,即其值受含氧量的影响。因此Fricke剂量计的测量上限为400Gy,下限取决于UV测量Fe3+的灵敏度，--40Gy.(c)有机杂质的影响，如纤维，乙醇，甲醇，碳氢化合物等。极少量乙醇时--------G(Fe3+)=75甲醇时--------G(Fe3+)=250有机杂质会引发链式敏化反应。Fricke剂量计如下表：辐射类型（LET）能量值质子160Mev16.5电子10Mev15.5Co-60γ射线1.25Mev15.5Cs-137γ射线0.66Mev15.52MvX-射线0.44Mev15.4250kvX-48kev14.3氘核12Mev9.8中子14.3Mev9.6质子1.99Mev8.0U-235裂变碎片-----3.0Fricke剂量计辐射化学剂量体系固体剂量计*结实，方便，价格低，量程大*多数剂量计的有效原子序数与生物组织接近具有良好的组织等效性*不易对剂量场引起干扰，易制成各种形状以方便实用。其它剂量计00.010.0205101520253050Dose,kGyKC-PR-NaOHphrNaoHkckc-peokc-pvpkc-pva05101520253050Dose,kGyKC+WSP+0.1phrNaOH00.0040.010.0205101520253050Dose,kGyKC-PEO-PR-NaOHphrNaoH电离辐射种类，能量，工作环境，被照射物的原子组成，形状等实验工作目的，剂量精度要