[科普中國]-輻解

作用機理

輻解是一種輻射化學變化。由體系吸收電離輻射能產(chǎn)生的激發(fā)分子、離子、電子和自由基引起。

例如液態(tài)水吸收電離輻射能產(chǎn)生的陽離子、激發(fā)分子和電子，它們分布在入射粒子徑跡周圍的刺跡中，迅速經(jīng)由激發(fā)分子解離、離子分子反應和電子溶劑化過程轉(zhuǎn)變?yōu)闅湓印⒘u基自由基和水化電子，它們在刺跡中的濃度很高(約1mol/L數(shù)量級)，一部分自由基發(fā)生相互反應生成穩(wěn)定的分子產(chǎn)物，如氫和過氧化氫或重新生成水分子。

未反應的自由基則隨刺跡膨脹而擴散，直至均勻分布在水介質(zhì)中。當無溶質(zhì)存在時，擴散出來的自由基產(chǎn)物通過自由基-自由基反應、自由基-分子產(chǎn)物間反應消失。體系重新建立熱力學平衡。

輻射化學變化程度與輻射類型和能量，劑量率，體系中的雜質(zhì)，清除劑，輻照環(huán)境(溫度、輻照氛圍)以及受照物質(zhì)的性質(zhì)及狀態(tài)等有關(guān)。

水的輻解在中子和γ射線輻照下，水與水中物質(zhì)會發(fā)生輻射分解反應和輻射合成反應。堆內(nèi)水的輻射分解反應主要是由快中子和γ射線引起的。

輻照過程引起水的電離和激發(fā)， 生成中間產(chǎn)物自由基。自由基之間、自由基和水分子之間發(fā)生一系列反應，最終產(chǎn)物是氫、氧和過氧化氫。過氧化氫很不穩(wěn)定，在150℃以上會熱分解。輻射分解產(chǎn)生的氧性質(zhì)活潑，會加速反應堆材料的腐蝕， 需要在一回路水中注入適量的氫，在射線作用下氫與氧仍復合為水。同時氫含量不能過高， 以防止發(fā)生燃料包殼材料鋯合金的氫脆現(xiàn)象， 并減少蒸汽發(fā)生器傳熱管材料Inconel-600的一次側(cè)產(chǎn)生裂紋的風險。

纖維素的輻解關(guān)于纖維素的輻解效果，從已有的研究可歸納為以下幾點：(1)輻照可導致分子主鏈斷裂，降低分子量；(2)輻照會引起結(jié)晶量降低；(3)輻照可產(chǎn)生 H_2，CO_2和 CH_4等氣體使重量降低；(4)輻照可使熱水或乙二胺銅的可溶成分增加；(5)輻照可引起機械強度降低。

纖維素輻照分解的G 值(吸收100eV 能量的斷裂數(shù))大約是10。高分子的 G 值很大，劑量超過10~8rad，就能達到上述輻照效果。聚合度為1000的報紙經(jīng)10~8rad 照射，其聚合度降到15。不管用γ射線還是β射線，不同劑量率所引起的效果差異不大。輻照時加熱對纖維素分解有促進作用。輻照過程中除產(chǎn)生 H_2外，還產(chǎn)生其它氣體及還原糖，而且還會出現(xiàn)新的羧基、羰基等。劑量超過10~8rad時，還原糖的生成及纖維素的變性更為明顯。