ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Другие типы излучения. Выводы из "Возбужденные частицы в химической кинетике" Почти все предыдущее рассмотрение относится к электромагнитному излучению (видимому или ультрафиолетовому), энергия которого соответствует интервалу 2—10 эВ. В этом интервале можно получить достаточную интенсивность излучения, хотя при экспериментировании с излучением самых коротких длин волн приходится преодолевать значительные трудности. Поскольку содержание главы ограничено рассмотрением излучения с энергией до 10 эВ, целесообразно сделать некоторые замечания о других типах излучения. [c.74] Существует ряд способов получения достаточно монохроматических пучков электронов с энергией несколько электронвольт. Относительно интенсивные пучки электронов можно получить путем щелевого диафрагмирования и коллимирования потока электронов, испускаемых нагретыми нитями. Такого рода исследования позволили определить потенциалы возбуждения и ионизации атомов для двух- и многоатомных молекул данные весьма немногочисленны. Иногда при ударе электронов происходит ионизация без диссоциации, но чаще всего возникают ионизированные продукты диссоциации. [c.74] При использовании бомбардировки электронами следует проводить различие между понятиями вертикального потенциала ионизации и потенциала ионизации, который можно было бы назвать минимальным . Поэтому если энергия электронов такова, что ток ионов А+ максимален, то электрон может удалиться от М нa toлькo быстро, что А+ и В не успеют разойтись и в результате последующего разделения А+ и В приобретут заметную кинетическую энергию. Вертикальный потенциал ионизации отличается от минимального потенциала, требуемого для образования А+ и В, на величину полной кинетической энергии, сообщаемой осколкам молекул. [c.75] Величину энергии диссоциации можно определить, проводя измерения, аналогичные описанным выще [139]. Для серии алифатических углеводородов найдены потенциалы, требуемые для образования ионов Н+. Измеряя кинетическую энергию Н+ и используя законы сохранения импульса и энергии, можно определить минимальную энергию, необходимую для отделения атома Н от исходной молекулы. [c.75] При энергиях ниже потенциала ионизации происходит возбуждение и диссоциация молекул газа. При бомбардировке электронами можно наблюдать те же самые возбужденные состояния, которые возникают при поглощении света, и, кроме того, целый ряд других состояний, так как при электронном ударе не действуют ограничивающие правила отбора. Так, например, при поглощении электромагнитного излучения атомами ртути (6 5о) не возникают атомы в состоянии бФо, а при бомбардировке атомов ртути электронами обнаруживается резонансный потенциал, соответствующий данному переходу [140]. По-видимому, возможно поставить очень интересные работы с ионами и возбужденными состояниями многоатомных молекул, образующимися в результате бомбардировки электронами, но, поскольку в настоящее время только делаются первые шаги в этом направлении, остается надеяться, что многие из этих работ будут выполнены в ближайшем будущем. [c.75] Попытки исследований подобного рода до сих пор оказывались безуспешными. [c.76] Кратко следует упомянуть о гамма-излучении и эффектах, связанных с частицами высоких энергий, хотя этим вопросам посвящена гл. 2. Основной первичный процесс, сопровождающий взаимодействие такого излучения с веществом,— ионизация. [c.76] возникающие при прохождении излучения высокой энергии, в конечном счете рекомбинируют с электронами, при этом могут возникать электронно-возбужденные состояния молекул и осколков молекул. Эти состояния теряют энергию различными способами и в результате ступенчатых переходов становятся состояниями, получаемыми обычными методами фотохимии. Часто химические эффекты излучения высокой энергии не слишком сильно отличаются от фотохимических эффектов. [c.76] Следует провести различие между эффектами разных типов ионизирующего излучения. При прохождении тяжелых заряженных частиц (например, а-частицы или протоны) через вещество удельная ионизация, т. е. количество ионов, приходящихся на единицу длины, велика. Далее, поскольку высока концентрация ионов и радикалов, важную роль должны играть ион-ионные, нон-радикальные и радикал-радикальные реакции. При прохождении через вещество частиц меньшей массы, таких, как фотоэлектроны, ионизация намного меньше, и поэтому маловероятны реакции второго порядка по концентрациям промежуточных частиц. Таким образом, влияние ионизации в некоторой степени напоминает эффекты, наблюдаемые при использовании импульсного радиолиза и метода вращающегося сектора. [c.76] В заключение желательно подчеркнуть, что в то время как основы теории первичных эффектов излучения низкой энергии достаточно полно разработаны, вместе с тем существуют большие возможности для уточнения экспериментальных данных путем более тщательного контролирования условий опытов. Темпы развития фотохимических иследований за последние десять лет грандиозны. Частично это объясняется чисто научными интересами и частично —возможностями осуществления таких реакций, которые недостижимы в обычных методиках. В будущем можно ожидать выдающихся успехов в этой области. [c.77] Радиационная химия изучает процессы, вызванные излучением высокой энергии рентгеновскими и гамма-лучами, а- и Р-частицами, протонами и нейтронами. К началу настоящего столетия относятся первые эксперименты, связанные с действием на вещества главным образом а-частиц. Их источником служили атомы радия и радона. Широкое распространение радиоактивных материалов после второй мировой войны и необходимость изучения воздействия радиации на материалы, возникшая при разработке программы получения атомной энергии, стимулировали развитие этого направления. Появление циклотронов и других ускорителей частиц позволило широко исследовать процессы с участием частиц высокой энергии. Основные источники радиации, тип и энергия их излучения (в миллионах электронвольт) приведены в табл. 2.1. [c.81] Фотоэффект существен при энергии рентгеновских лучей 0, МэВ, а эффект Комптона — при энергии улучей 1 МэВ. [c.82] Фотон -лучей высокой энергии Еу 20 МэВ) может образовать пару электрон—позитрон. Поглощение энергии при эффекте Комптона пропорционально электронной плотности, т. е. числу электронов в единице объема, в то время как скорости фотоэлектрического поглощения и образования пар возрастают с увеличением порядкового номера вещества. [c.82] При взаимодействии с атомным ядром быстрый нейтрон вырывает из ядра протон и теряет свою энергию. Медленный нейтрон поглощается ядром, в результате чего получается радиоактивный атом, который может распасться с излучением р-частицы или у-кванта. Заряженные частицы обычно теряют свою энергию при неупругих столкновениях с электронами атома, приводя к вырыванию электрона. [c.82] Вторичные электроны — это те электроны, которые вырываются из атомов падающим излучением они вызывают дальнейшую ионизацию или возбуждение до тех пор, пока их энергия не уменьшится д,о кТ. Такие электроны называются термали-зованными. Они могут быть захвачены или положительными ионами, или нейтральными молекулами. Всякое ионизирующее излучение приводит по существу к образованию этих вторичных электронов, поэтому можно ожидать, что химическое действие всех излучений будет в основном одинаковым. [c.82] В этом разделе рассмотрены частицы, которые могут образоваться при взаимодействии излучения высокой энергии с веществом экспериментальные доказательства их появления детально обсуждены в разд. 2.2. [c.82] Различные типы излучения удобно характеризовать по их линейной передаче энергии (ЛПЭ) — скорости потери энергии на единицу пути. В табл. 2.2 указаны значения ЛПЭ для различных типов излучения и влияние ЛПЭ на выход продуктов радиолиза воды (рН 0,5) [2—4] С(Н2) и (НгОг)—выходы молекулярного водорода и перекиси водорода (Нг и Н2О2 образуются Б реакциях рекомбинации внутри канала) 0(Н) и С (ОН)—выходы соответствующих радикалов, диффундирующих из канала. [c.84] Из табл. 2.2 видно, что с возрастанием ЛПЭ происходит увеличение выхода молекулярных продуктов при одновременном уменьшении выхода радикалов. [c.84] Кинетические характеристики процессов, обсуждаемых ниже, приведены в табл. 2.3. В этой таблице значения времен ориентировочны и сильно зависят от природы вешества. В ряде случаев различные процессы могут происходить одновременно. [c.85] В табл. 2.4 сравниваются способы инициирования химических реакций излучением низкой энергии, например ультрафиолетовым светом, и излучением высокой энергии. [c.86] Вернуться к основной статье