1. Wstęp:

Termin radioliza wprowadzony został do słownictwa chemicznego już we wczesnym okresie (lata 90-te XIX w.) badań nad chemicznymi efektami oddziaływania promieniowania jonizującego z materią. Zauważono wówczas wydzielanie się wodoru i tlenu z roztworów wodnych soli radu, co wskazywało na rozkład wody. Pierwotne działanie promieniowania jonizującego wiązano z tworzeniem jonów, stąd też zjawisko radiacyjnego rozkładu wody - przez analogię do elektrolizy - nazwano radiolizą. Obecnie pod pojęciem radiolizy rozumie się całość zjawisk fizycznych, fizykochemicznych i chemicznych zachodzących w wyniku napromieniowania badanych układ.

Radioliza impulsowa jest radiolizą zachodzącą pod wpływem krótkich intensywnych impulsów promieniowania jonizującego. Wykorzystuje się tu głównie wysokoenergetyczne elektrony o energii od 1 do kilkunastu MeV 1ub promieniowanie X ( promieniowianie hamo-wania) . Czas trwania impulsu zawiera się zwykle w granicach od kilku mikrosekund do kilkunastu pikosekund, tj. od 10-5s do 10-11s. Dawka zaabsorbowana w pojedynczym impulsie mieści się zazwyczaj w przedziale od 105 do 1O radów (103 ­O. 1 Gy) .

2. Wykonanie ćwiczenia:

W Instytucie Techniki Radiacyjnej P.Ł, jako źródło promieniowania jonizującego wykorzystuje się liniowy akcelerator elektronów ELU-6M. W urządzeniu tym elektrony emitowane przez działo elektronowe przyspieszane są przez mikrofale o długości ok. 16 cm i częstotliwości ok. 2 GHz. Rozchodzą się one w falowodzie metalowym odpompowanym do wysokiej próżni. Elektrony są grupowane w "paczki" i przyspieszane w skutek oddziaływania pola elektrycznego związanego z promieniowaniem, elektromagnetycznym. Uzyskują one energię rzędu 6 MeV. Promieniowanie emitowane przez taki akcelerator ma charakter nieciągły, składa się z serii impulsów o częstotliwości 2 GHz. W zależności od potrzeb można wykorzystywać serie o czasie trwania od 5 ns do 5 s. Te makroimpulsy nano- lub mikrosekundowe pozwalają uzyskać w napromieniowanych, materiałach dawki rzędu od kilku do kilkudziesięciu Gy.

Na rys.1 przedstawiony jest schemat blokowy układu do badań metodą radiolizy impulsowej z detekcją optyczną wykorzystywany w ITP. PŁ. Kuwetę z badanym roztworem umieszcza się przed okienkiem akceleratora. Bezpośrednio przed impulsem elektronów dokonuje się pomiaru światła analizującego przechodzącego przez próbkę (wartość Io). Po impulsie natężenie rejestrowanego światła zmniejsza się, a jego chwilowa wartość (I) zależy od stężenia wytworzonych produktów, które pochłaniają część światła. Zgodnie z prawem Lamberta-Beera absorbancja (A) jest proporcjonalna do stężenia "barwnych" produktów:

A = 1og( I_o / I )=cl

Gdzie

 - molowy współczynnik absorbancji , [dm³ mol^-1cm^-1]

c - stężenie molowe produktu, [mol dm 3]

l - długość drogi optycznej w kuwecie, [cm]

Analiza wykonywana jest dla dozymetru rodankowego. Jest to roztwór KSCN o stężeniu 0,01M nasycony tlenem. Pomiar dawki promieniowania opiera się na wyznaczeniu początkowej absorbancji rodnikoanionu dimerowego (SCN)₂^- .Utworzone w wyniku radiolizy rodniki OH reagują z anionem SCN- :

OH^. + SCN^- →OH^- + SCN^.

SCN^. + SCN^. →( SCN)₂^-

Za pomocą komputera otrzymujemy widmo absorbcyjne anionorodnika rodankowego.

3. Obliczenia:

1. Na otrzymanym wykresie obieram 10 punktów pomiarowych odpowiadających wartością U które zamieściłem w tabeli 1, przyjmując czas t_o = 0 w punkcie skoku. Wyliczam absorbancję na podstawie wzoru:

2. Wyznaczam A_o z wykresu zalezności 1/A = f (t), gdzie odpowiada ona wartości stałej b w równaniu prostej y = ax + b. Ao wynosi w moim przypadku A_o=0,13398

Tabela 1:

Czas T [s]	U [V]	(Uo- U)/Uo	A	1/A
-	0,068	1,3696	0,1366	7,3216
0,000005	0,056	1,2857	0,1091	9,1622
0,000008	0,053	1,2663	0,1025	9,7516
0,000010	0,048	1,2353	0,0918	10,8968
0,000013	0,045	1,2174	0,0854	11,7055
0,000015	0,043	1,2057	0,0813	12,3070
0,000018	0,041	1,1943	0,0771	12,9671
0,000020	0,038	1,1776	0,0710	14,0871
0,000025	0,034	1,1560	0,0629	15,8871
0,000030	0,032	1,1455	0,0590	16,9555

3. Obliczam dawkę zaabsorbowanego promieniowania dla roztworu nasyconego tlenem:

gdzie:

N_A - Liczba Avogadro;

ρ - gęstość ładunku dozymetrycznego

G(OH) - wydajność reakcyjna anionorodników (SCN)^-₂

Ao - wartość absorbancji po zakończeniu impulsu

 = 7,35^.10³ [1/(M^.cm)]

[Gy]

4. Wyznaczam wartość stałej szybkości reakcji k_r korzystając z równania kinetyki II rzędu uwzględniając prawo Lamberta-Beera:

=325647^.7,35^.10^3.1 = 2,39.10⁹ [(1/s)*(dm³/mol)]

5. Obliczam stosunek wskazań dozymetru fizycznego do wyznaczonej dawki w pojedyńczym impulsie:

D_W- dawka wyznaczona na podstawie wykresu;

D_F - dawka dozymetru fizycznego;

4. Wnioski:

W tym ćwiczeniu otrzymałem następujące wartości:

A_o = 0,13398

D = 62,56 [Gy]

k_r = 2,39^.10⁹ [(1/s)*(dm³/mol)]

Stała szybkości reakcji jest bardzo duża co świadczy o dużej szybkości reakcji, a co z kolei wymaga stosowania układów impulsowych do pomiarów.

---