核電廠化學(xué)-6輻射

第六章輻射化學(xué)1前言（輻射化學(xué)簡介）2射線的種類和性質(zhì)3射線與物質(zhì)的作用11前言輻射化學(xué)：是研究核輻射對物質(zhì)引起化學(xué)反應(yīng)的學(xué)科。裂變碎片：通常指在反應(yīng)堆內(nèi)堆芯裂變物質(zhì)裂變?yōu)榈唾|(zhì)量數(shù)的裂變產(chǎn)物。其中許多具有很強(qiáng)的放射性，是γ輻射體或β輻射體。例如核燃料U235有89Sr、90Sr、91Y、92Y、95Zr等裂變產(chǎn)物，它們有很強(qiáng)放射性，一旦元件包殼破裂，它們就進(jìn)入冷卻劑。即使元件無破損，裂變產(chǎn)物的放射線也要對冷卻劑起輻照分解作用。放射化學(xué)：放射化學(xué)是研究放射物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的學(xué)科。2

冷卻劑中裂變產(chǎn)物的放射性積累取決于下列因素：1）裂變產(chǎn)物的逃逸率，例如燃料球碳化硅包殼并不能阻擋氚的逸出。2）凈化系統(tǒng)的凈化作用。在各種類型核電站反應(yīng)堆冷卻劑都設(shè)置若干凈化系統(tǒng)，不斷除去放射性產(chǎn)物，避免放射性過度積累。2射線的種類和性質(zhì)

放射性物質(zhì)能放出α、β或γ射線。α射線是氦的原子核，β射線是高速運(yùn)動(dòng)的電子，γ射線是波長極短的電磁波。這些射線對物質(zhì)的作用主要是電離反應(yīng)。能量相等的不同種類射線其電離能力并不相同，α射線電離能力最大，β射線次之，γ射線最小。它們在物質(zhì)中的穿透能力卻相反，γ射線最大，β射線次之，α射線最小。此外，反應(yīng)堆還有其它粒子，如中子等，各種粒子的基本情況見表6-2。射線種類電荷數(shù)質(zhì)量α射線+24.002675β射線-10.000549γ射線0—質(zhì)子+11.0007271中子01.008665氘+12.014102氚+13.01605033射線與物質(zhì)的作用1）射線與物質(zhì)的作用：◆電離：快速運(yùn)動(dòng)的帶電粒子（α，β)在穿過介質(zhì)時(shí)，與附近的粒子作用，將其電離，打出一個(gè)電子，形成離子對，◆激發(fā)：當(dāng)帶電粒子的能量不足以使介質(zhì)電離，可將其外層電子升到高能級(jí)，將其激發(fā)。

γ射線與周圍介質(zhì)作用，進(jìn)行能量交換，也能產(chǎn)生電離和激發(fā)作用。2）輻射化學(xué)的基本過程（1）物理過程：核素的電離輻射把自己的能量傳遞給介質(zhì)形成初級(jí)活性粒子（離子，激發(fā)分子，初級(jí)電子等），（2）物理化學(xué)過程:初級(jí)活性粒子互相快速反應(yīng)，生成各種自由基和分子；（3）化學(xué)過程：自由基進(jìn)一步發(fā)生反應(yīng)，生成各種產(chǎn)物。例;二氧化碳輻照分解的初級(jí)過程：

CO2→CO2*→CO+O（激發(fā)）CO2→CO2++e-（電離）

CO2→CO+O*CO2→CO+O++e-CO2→CO++O+e-CO2→C++2O+e-

最后得到產(chǎn)物是CO和O24幾個(gè)名詞：（1）自由基：與普通化學(xué)反應(yīng)不同，在射線與物質(zhì)相互作用時(shí)，有若干中間反應(yīng)過程和中間產(chǎn)物，它們是不穩(wěn)定的，存在時(shí)間很短，如H+,OH-

等我們能得到的是它們最后產(chǎn)物。自由基來源：激發(fā)分子的分解和其反應(yīng)，或離子的各種反應(yīng)。自由基有些是帶電粒子。（2）G值(產(chǎn)額）：反應(yīng)體系平均每吸收100ev能量在其產(chǎn)生化學(xué)變化數(shù)。為了表示是哪一種物質(zhì)的G值，經(jīng)常在右下標(biāo)注明，表示生成或消解消失（加負(fù)號(hào)）的物質(zhì)。例如，G-H2O（或G（-H2O），GH2O，GFe3+等。（3）水合電子：可把水合電子看成一個(gè)被取向的幾個(gè)水分子包圍的電子。它們作為一個(gè)整體在水介質(zhì)中一起運(yùn)動(dòng)，一起參加反應(yīng)。它與H自由基、OH自由基一起是水溶液體系中的三個(gè)基本粒子。表示為e水合。e-H-O-HH-O-HH-O-HH-O-HHOHHOH53.1水的輻射分解第一步：射線和水作用，輻射能量傳遞給水：水分子被電離或激發(fā)

水分子被電離激發(fā)產(chǎn)生電子及帶正電的水離子H2O+。式中 e- —電子；

H2O+—帶正電的水離子；

H2O*—激發(fā)態(tài)的水分子。能量傳遞階段大約10-15秒。第二階段電子速度減慢；成為“熱”電子，電子的電場吸引極性水分子在其四周排列，形成水合電子。帶正電的水離子和水分子發(fā)生質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)，生成H3O+和OH自由基：輻照形成的激發(fā)態(tài)分子分解成氫原子自由基：6第三階段：自由基擴(kuò)散反應(yīng)，互相作用建立新化學(xué)平衡，得到新化合物：所以水輻照總反應(yīng)為73.2影響水輻解的因素1）雜質(zhì)的影響：體系中的氧化或還原性雜質(zhì)，可以和氧化或還原性初級(jí)產(chǎn)物（自由基）作用，大大降低生成次級(jí)產(chǎn)物的機(jī)會(huì)。2）pH值的影響：水輻解出身的自由基能和水中H+或OH-發(fā)生反應(yīng)，引起自由基濃度的變化，導(dǎo)致輻解產(chǎn)物的變化。3）輻射劑量的影響4）溫度和壓強(qiáng)的影響：壓強(qiáng)對水的輻射分解影響很小，但溫度對G值是有影響的。3.3用加氫抑制水的分解

水輻照分解產(chǎn)物氧會(huì)造成結(jié)構(gòu)材料的腐蝕破壞，為了消除氧的影響，必須抑制水的分解。原理：水的輻解過程也是可逆的，當(dāng)正向反應(yīng)與逆向反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)就達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。根據(jù)質(zhì)量作用定律，當(dāng)向體系中添加反應(yīng)產(chǎn)生物質(zhì)時(shí)，原來的平衡狀態(tài)就被打破，反應(yīng)就可以向逆方向進(jìn)行。用向水中添加氫氣的辦法可使抑制水的輻照分解：正向反應(yīng)：

逆向反應(yīng)：

反應(yīng)生成的H,OH又會(huì)再度和H2O2,H2反應(yīng)，使水的輻照分解產(chǎn)物重新復(fù)