輻射化學的一個分支，研究電離輻射作用下水溶液的化學效應。 20世紀初，由于鐳的發(fā)現(xiàn)，開始了對水溶液輻射化學的研究。目前，由于放射生物學的研究進入到分子生物水平以及食品輻照保藏技術的發(fā)展，要求更深入、系統(tǒng)地研究有機水溶液、生物物質(zhì)水溶液和膠束水溶液的輻射化學。

所屬學科

輻射化學

內(nèi)容

輻射化學的一個分支，研究電離輻射作用下水溶液的化學效應。很多化學、輻射化學和放射化學反應是在水溶液中或有水存在的情況下進行的，因此，研究水溶液輻射化學，不僅發(fā)展了輻射化學的理論和電離輻射對液相作用的原理，而且也充實了對基礎化學規(guī)律的研究，如水化電子存在的確證及其反應特性。它還對放射生物學和食品輻射化學的研究和核燃料后處理工藝、反應堆工藝的建立起著重要的和不可缺少的作用。

研究概況?　20世紀初，由于鐳的發(fā)現(xiàn)，開始了對水溶液輻射化學的研究。鐳鹽和氡的射線能使水溶液分解，放出

和

等。隨著X射線用于醫(yī)療，對X射線引起的生物效應的研究促進了對水和水溶液輻射化學的研究，H.弗里克的工作起了重要的作用，他發(fā)現(xiàn)X射線照射

水溶液的過程中發(fā)生氧化還原反應，建立了利用亞鐵體系來測定X射線劑量的方法。40～60年代，原子能工業(yè)迅速發(fā)展，由于建造反應堆，需了解作為冷卻劑及慢化劑的水的輻射規(guī)律，核燃料后處理工藝也要求很好地研究無機物和有機物水溶液輻射化學問題，因此，水溶液輻射化學研究得到迅速的進展。測定了水輻解產(chǎn)生的

等自由基產(chǎn)額及其系列反應的相對反應速率常數(shù)，并建立了自由基擴散理論。60年代中葉，用閃光光解、脈沖輻解技術證明了水化電子（見陷落電子）的存在，系統(tǒng)測定了水化電子的各種反應，充實了還原反應的理論。

目前，由于放射生物學的研究進入到分子生物水平以及食品輻照保藏技術的發(fā)展，要求更深入、系統(tǒng)地研究有機水溶液、生物物質(zhì)水溶液和膠束水溶液的輻射化學。

反應機理?　水溶液的輻射化學按溶質(zhì)的濃度可分為稀水溶液（約為10-5～10-2摩／升）的輻射化學和濃水溶液（大于10-2摩/升）的輻射化學。濃水溶液和稀水溶液輻射化學的區(qū)別在于：①濃水溶液的離子強度、粘度和水的結構等與稀水溶液有顯著差別，因此其活性粒種(如

有機自由基R·等）的反應速率常數(shù)須作相應校正；②在濃溶液中，溶質(zhì)的濃度會顯著影響水的分子產(chǎn)額和原初自由基產(chǎn)額，溶質(zhì)可進入刺跡，甚至和未水化的電子反應；③當溶質(zhì)濃度以重量計大于百分之幾時，就必須考慮輻射對溶質(zhì)的直接作用。

電離輻射與溶劑水分子相互作用，其初級過程可用下式表示：

在刺跡和徑跡中的

和

可以進行系列的快速反應，形成

和

自由基、

及分子產(chǎn)物

、

：

在徑跡中的自由基濃度較高(約1摩/升)，未反應的自由基隨徑跡的擴展而擴散，直至均勻分布于溶液?？捎孟铝锌偡磻奖硎井a(chǎn)生的自由基和分子產(chǎn)物：

當無任何溶質(zhì)時，純水不產(chǎn)生任何顯著的輻射分解，其原因是分子產(chǎn)物為自由基所消耗，例如：

當有溶質(zhì)時，水輻射分解產(chǎn)生的自由基、

等可與溶質(zhì)反應，其化學變化的主要過程可歸納為：①水化電子與溶質(zhì)反應，它在堿性水溶液中壽命較長（

秒）,在酸性水溶液中與

作用生成氫原子。

是比氫原子更強的還原性粒子，可與溶質(zhì)發(fā)生氧化還原反應，例如

;也可與大部分芳香族化合物、羧酸、醛、酮等起加成反應，如

與脂肪族鹵化物發(fā)生定量脫鹵反應，如

。②氫原子與溶質(zhì)反應，它可與溶質(zhì)起氧化還原反應，與含未成對電子的粒種、脂肪族不飽和化合物和芳香族化合物發(fā)生加成反應，如

；與脂肪族飽和化合物可發(fā)生抽氫反應，如

。③

自由基與溶質(zhì)反應，

是一種強氧化性自由基，因此可與變價的無機溶質(zhì)反應，通過電子轉(zhuǎn)移而成為穩(wěn)定的

離子，例如

。

自由基可與芳香族有機化合物或脂肪族不飽和化合物起加成反應，與飽和化合物可發(fā)生抽氫反應，如

。④

自由基與溶質(zhì)反應,

能起溫和的氧化劑或溫和還原劑的作用（放出

）。它可氧化還原性較強的溶質(zhì)和將

氧化為

離子，又可還原氧化性強的溶質(zhì)，如

。⑤

與溶質(zhì)反應,

也能起溫和的氧化劑或還原劑的作用，如

。

參考書目

A.J.Swallow,Radiation Chemistry;An Introduction,Longman, London,1973.