radyoliz - Radiolysis

Radyoliz , iyonlaştırıcı radyasyon ile moleküllerin ayrışmasıdır . Yüksek enerjili akıya maruz kalmaktan kaynaklanan bir veya birkaç kimyasal bağın bölünmesidir . Bu bağlamda radyasyon , iyonlaştırıcı radyasyon ile ilişkilidir ; radyolisis bu nedenle ayırt edilir, örneğin, fotoliz ve Cı ₂ iki Cl içine molekül radikali ( mor ötesi veya görünür spektrum ) ışık kullanılır.

Örneğin, su , bir hidrojen iyonu ve bir hidroksit iyonu üreten suyun iyonlaşmasından farklı olarak, alfa radyasyonu altında bir hidrojen radikali ve bir hidroksil radikaline ayrışır . Kimya altında konsantre edilmiş çözeltilerin iyonlaştırıcı radyasyona son derece karmaşıktır. Radyoliz, redoks koşullarını ve dolayısıyla bileşiklerin türleşmesini ve çözünürlüğünü lokal olarak değiştirebilir .

Su ayrışması

İncelenen tüm radyasyon-kimyasal reaksiyonlardan en önemlisi suyun ayrışmasıdır. Radyasyona maruz kaldığında su, hidrojen peroksit , hidrojen radikalleri ve ozon gibi çeşitli oksijen bileşiklerine parçalanır ve bunlar tekrar oksijene dönüştürüldüğünde büyük miktarda enerji açığa çıkarır. Bunlardan bazıları patlayıcıdır. Bu ayrışma esas olarak çok ince su katmanları tarafından tamamen emilebilen alfa parçacıkları tarafından üretilir .

Özetlemek gerekirse, suyun radyolizi şu şekilde yazılabilir:

{\ce {H2O\;->[{\text{İyonize Radyasyon}}]\;e_{aq}^{-},HO*,H*,HO2*,H3O^{+},OH^ {-},H2O2,H2}}

Uygulamalar

Nükleer santrallerde korozyon tahmini ve önlenmesi

Bir hafif su reaktörünün iç soğutma sıvısı döngülerinde ışınlanmış suda bulunan artan hidroksil konsantrasyonunun, korozyondan kaynaklanan soğutma sıvısı kaybını önlemek için nükleer enerji santralleri tasarlanırken dikkate alınması gerektiğine inanılmaktadır .

hidrojen üretimi

Hidrojen üretimi için geleneksel olmayan yöntemlere olan mevcut ilgi, çeşitli iyonlaştırıcı radyasyon türlerinin (α, β ve γ) su ile etkileşiminin moleküler hidrojen ürettiği suyun radyolitik olarak bölünmesinin yeniden gözden geçirilmesini sağlamıştır. Bu yeniden değerlendirme, nükleer reaktörlerden boşaltılan yakıtta bulunan büyük miktarda radyasyon kaynağının mevcut mevcudiyeti tarafından daha da hızlandırıldı . Bu kullanılmış yakıt , genellikle kalıcı olarak bertaraf edilmeyi veya yeniden işlenmeyi bekleyen su havuzlarında depolanır . Suyun β ve y radyasyonu ile ışınlanmasından kaynaklanan hidrojen verimi düşüktür (G-değerleri = absorbe edilen enerjinin 100 elektronvolt başına <1 molekül ), ancak bu büyük ölçüde ilk radyoliz sırasında ortaya çıkan türlerin hızlı yeniden birleşmesinden kaynaklanmaktadır. Safsızlıklar mevcutsa veya kimyasal bir dengenin kurulmasını engelleyen fiziksel koşullar yaratılmışsa, net hidrojen üretimi büyük ölçüde arttırılabilir.

Diğer bir yaklaşım dönüştürerek yakıtın rejenerasyonu için bir enerji kaynağı olarak radyoaktif atık kullanır sodyum borat içine sodyum borohidrid . Uygun kontrol kombinasyonu uygulanarak, kararlı borhidrür bileşikleri üretilebilir ve hidrojen yakıt depolama ortamı olarak kullanılabilir.

1976'da yapılan bir araştırma, radyoaktif bozunma yoluyla açığa çıkan enerjiyi kullanarak elde edilebilecek ortalama hidrojen üretim hızının büyüklük sırasına göre bir tahmininin yapılabileceğini buldu. 0.45 molekül/100 eV birincil moleküler hidrojen verimine dayanarak, günde 10 ton elde ederiz. Bu aralıktaki hidrojen üretim oranları önemsiz değildir, ancak ABD'de yaklaşık 2 x 10^4 tonluk ortalama günlük hidrojen kullanımı (1972) ile karşılaştırıldığında küçüktür. Bir hidrojen atomu vericisinin eklenmesi bunu yaklaşık altı kat artırabilir. Formik asit gibi bir hidrojen atomu donörünün eklenmesinin, hidrojen için G değerini, emilen 100 eV başına yaklaşık 2.4 moleküle yükselttiği gösterilmiştir. Aynı çalışma, böyle bir tesis tasarlamanın muhtemelen uygulanabilir olamayacak kadar güvensiz olacağı sonucuna vardı.

Harcanan nükleer yakıt

Hidrojen içeren malzemelerin radyolitik ayrışması ile gaz üretimi, birkaç yıldır radyoaktif malzemelerin ve atıkların taşınması ve depolanması için bir endişe alanı olmuştur. Potansiyel olarak yanıcı ve aşındırıcı gazlar üretilebilirken aynı zamanda kimyasal reaksiyonlar hidrojeni uzaklaştırabilir ve bu reaksiyonlar radyasyon varlığı ile güçlendirilebilir. Bu rekabet eden reaksiyonlar arasındaki denge şu anda iyi bilinmemektedir.

Radyasyon tedavisi

Radyasyon vücuda girdiğinde, hücredeki kritik hedefe, DNA'ya ve hasara ulaşmak için yeterince yayılabilen serbest radikaller ve moleküller üretmek için (esas olarak sudan yapılmış) hücrelerin atomları ve molekülleri ile etkileşime girecektir. bazı kimyasal reaksiyonlar yoluyla dolaylı olarak. Bu, örneğin harici ışın radyasyon terapisinde kullanıldıkları için fotonlar için ana hasar mekanizmasıdır .

Tipik olarak, (tümör)-hücre DNA'sının hasarına yol açan radyolitik olaylar, farklı zaman ölçeklerinde gerçekleşen farklı aşamalara bölünür:

Fiziksel aşama ( ), iyonlaştırıcı parçacık ve su sonucu iyonizasyonu ile bir enerji birikimi oluşur. ${\ Displaystyle 10^{-15}~s}$
Fiziko-kimyasal aşama ( ) sırasında çok sayıda işlem meydana gelir, örneğin iyonize su molekülleri bir hidroksil radikaline bölünebilir ve bir hidrojen molekülü veya serbest elektronlar solvasyona uğrayabilir . $10^{-15}~{\text{-}}~10^{-12}~s$
Kimyasal aşama ( ) sırasında, radyolizin ilk ürünleri birbirleriyle ve çevreleriyle reaksiyona girerek difüze olabilen birkaç reaktif oksijen türü üretir . $10^{-12}~{\text{-}}~10^{-6}~s$
Sırasında biyo-kimyasal aşama ( vs gün) bu şekilde enzim yanıtı tetikleyen, DNA'nın kimyasal bağları kırmak olabilir, bu reaktif oksijen türleri, bağışıklık sistemi, $10^{-6}~s$
Son olarak, biyolojik aşamada (günlerden yıllara kadar) kimyasal hasar , hasarlı hücreler bölünmeye çalıştığında biyolojik hücre ölümüne veya onkogeneze dönüşebilir .

Dünya'nın tarihi

Dünya'nın gelişiminin ilk aşamalarında, radyoaktivitesinin şimdikinden neredeyse iki kat daha yüksek olduğu zaman, radyolizin, yaşamın başlangıcı ve gelişimi için koşulları sağlayan atmosferik oksijenin ana kaynağı olabileceği yönünde bir öneride bulunuldu. . Suyun radyolizi ile üretilen moleküler hidrojen ve oksidanlar da yüzey altı mikrobiyal topluluklara sürekli bir enerji kaynağı sağlayabilir (Pedersen, 1999). Bu spekülasyonlar bir keşif tarafından desteklenen Mponeng Altın Madeninde içinde Güney Afrika'da araştırmacılar yeni bir phylotype egemen olduğu bir topluluk buldu Desulfotomaculum öncelikle radiolytically üretilen beslenerek, H ₂ .

yöntemler

Nabız radyoliz

Darbeli radyoliz, reaktiflerin basit bir şekilde karıştırılmasının çok yavaş olduğu ve reaksiyonları başlatmak için diğer yöntemlerin kullanılması gerektiğinde , yaklaşık yüz mikrosaniyeden daha hızlı bir zaman ölçeğinde meydana gelen reaksiyonları incelemek için hızlı reaksiyonları başlatmak için yeni bir yöntemdir .

Teknik, bir malzeme numunesinin , ışının bir linac tarafından üretildiği, yüksek oranda hızlandırılmış elektronlardan oluşan bir ışına maruz bırakılmasını içerir . Birçok uygulaması vardır. 1950'lerin sonlarında ve 1960'ların başlarında Manchester'da John Keene ve Londra'da Jack W. Boag tarafından geliştirildi.

flaş fotoliz

Flaş fotoliz , kimyasal reaksiyonları başlatmak için elektron demetleri yerine yüksek güçlü ışık darbeleri (örneğin bir excimer lazerden ) kullanan darbeli radyolizin bir alternatifidir . Tipik olarak, darbeli radyolizde yayılan X-ışınları için gerekenden daha az radyasyon koruması gerektiren ultraviyole ışık kullanılır.

Ayrıca bakınız

radyasyon kimyası

Referanslar

^ Marie Curie. "Traité de radioactivité, s. v–xii. Gauthier-Villars tarafından Paris'te yayınlandı, 1910" . Alıntı günlüğü gerektirir |journal=( yardım )
^ Le Caer, Sophie (2011). "Su Radyolizi: İyonize Radyasyon Altında Oksit Yüzeylerin H2 Üretimine Etkisi" . su . 3 : 235–253. doi : 10.3390/w3010235 .
^ "Radyolitik Su Bölme: Pm3-a Reaktöründe Gösteri" . Erişim tarihi: 18 Mart 2016 .
^ Sauer, Jr., MC; Hart, EJ; Flynn, KF; Gindler, JE (1976). "Çözünmüş Fisyon Ürünleri ile Suyun Radyolizinde Hidrojen Veriminin Ölçülmesi" . doi : 10.2172/7347831 . 26 Eylül 2019'da alındı . Alıntı günlüğü gerektirir |journal=( yardım )
^ Salon, EJ; Giaccia, AJ (2006). Radyolog için Radyobiyoloji (6. baskı).
^ Saint Petersburg Devlet Üniversitesi'nden R Bogdanov ve Arno-Toomas Pihlak
^ Li-Hung Lin; Pei-Ling Wang; Douglas Rumble; Johanna Lippmann-Pipke; Erik Boice; Lisa M.Pratt; Barbara Sherwood Lollar ; Eoin L. Brodie; Terry C. Hazen; Gary L. Andersen; Todd Z. DeSantis; Duane P. Moser; Dave Kershaw ve TC Onstott (2006). "Yüksek Enerjili, Düşük Çeşitlilikli Kabuk Biyomunun Uzun Vadeli Sürdürülebilirliği" . Bilim . 314 (5798): 479-82. Bibcode : 2006Sci...314..479L . doi : 10.1126/science.1127376 . PMID 17053150 . S2CID 22420345 .
^ "Radyoaktivite Derin Yeraltında ve Diğer Dünyalarda Yaşamı Artırabilir #separator_sa #site_title" . Quanta Dergisi . 2021-05-24 . 2021-06-03 alındı .

Dış bağlantılar

Nabız radyoliz

[1] Marie Curie. "Traité de radioactivité, s. v–xii. Gauthier-Villars tarafından Paris'te yayınlandı, 1910" . Alıntı günlüğü gerektirir |journal=( yardım )

[2] Le Caer, Sophie (2011). "Su Radyolizi: İyonize Radyasyon Altında Oksit Yüzeylerin H2 Üretimine Etkisi" . su . 3 : 235–253. doi : 10.3390/w3010235 .

[3] "Radyolitik Su Bölme: Pm3-a Reaktöründe Gösteri" . Erişim tarihi: 18 Mart 2016 .

[4] Sauer, Jr., MC; Hart, EJ; Flynn, KF; Gindler, JE (1976). "Çözünmüş Fisyon Ürünleri ile Suyun Radyolizinde Hidrojen Veriminin Ölçülmesi" . doi : 10.2172/7347831 . 26 Eylül 2019'da alındı . Alıntı günlüğü gerektirir |journal=( yardım )

[5] Salon, EJ; Giaccia, AJ (2006). Radyolog için Radyobiyoloji (6. baskı).

[6] Saint Petersburg Devlet Üniversitesi'nden R Bogdanov ve Arno-Toomas Pihlak

[7] Li-Hung Lin; Pei-Ling Wang; Douglas Rumble; Johanna Lippmann-Pipke; Erik Boice; Lisa M.Pratt; Barbara Sherwood Lollar ; Eoin L. Brodie; Terry C. Hazen; Gary L. Andersen; Todd Z. DeSantis; Duane P. Moser; Dave Kershaw ve TC Onstott (2006). "Yüksek Enerjili, Düşük Çeşitlilikli Kabuk Biyomunun Uzun Vadeli Sürdürülebilirliği" . Bilim . 314 (5798): 479-82. Bibcode : 2006Sci...314..479L . doi : 10.1126/science.1127376 . PMID 17053150 . S2CID 22420345 .

[8] "Radyoaktivite Derin Yeraltında ve Diğer Dünyalarda Yaşamı Artırabilir #separator_sa #site_title" . Quanta Dergisi . 2021-05-24 . 2021-06-03 alındı .

Languages

In other projects