核电站水化学03第三章
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
辐射剂量只有达到较高数值时, 才对辐射产额有明显影响. 如当辐射剂量达到2×1023电子伏／厘米3·秒时, GH2≈GH2O2≈1.2, 而一般γ射线引起的GH2≈0.45. 在压水堆冷 却剂的辐射剂量水平下, GH2和GH2O2均有明显提高.
温度和压力的影响 温度升高将加快初始辐射产物向水体的扩散, 从而减少了 生成分子产物的机会.
辐射分解反应
▪ 引起辐射分解反应的能源是电离辐射, 包括 ▪高能光子X和γ射线、 ▪高能电子、 ▪带电粒子(质子、α粒子和核裂变碎片) ▪中子.
▪ 这些辐射源的能量很高, 一般为keV-MeV 数量级, 远大于原子和分子的电离能(约525eV)和化学键能(2-10eV), ▪它们作用于冷却剂时, 既能产生激发又能引 起电离. 一个入射粒子可使许多分子电离和 激发。
Br OH Br OH
Br H HBr
pH值的影响 水辐解生成的e-水合、自由基、 OH等产物能与H+和OH-发 生反应：
所以由H+, OH-离子浓度的变化(pH变化)引起的自由基浓 度的改变, 将影响分子辐射产物的产额.
LET和辐射剂量的影响 这两个因素对辐解产额的影响趋势是一致的. 高LET值 (如α粒子)辐射形成的刺迹互相重叠, 径迹附近自由基浓 度很高, 自由基之间相互反应的几率就大, 导致较高的分 子产额和较低的自由基产额; 反之, 对于低LET(如X线和 γ射线), 自由基之间反应的几率就小, 导致较低分子产额 和较高自由基产额.
可归结为两大类, 一类是分解过程, 另一类是分解反应的逆过程—复合反应. 分解过程可表示为
复合反应可表示为 H2 OH H2O H H2O2 H H2O OH
▪ 径迹：粒子在穿越路径上留下的痕迹。约30Å
▪ 初级电离作用产生的次级电子往往具有 足够的能量, 它们也可以使其路径上的物质 分子激发和电离. 因此, 沿着入射粒子的径 迹, 会产生象一串串葡萄似的紧挨在一起的 激发分子和离子的群团(称为刺迹, spur), 活性粒子(包括离子、激发分子和自由基) 集中在入射粒子径迹周围.
自由基的扩散, 相互作用及建立化学平衡阶段: 生成的初 级辐解产物e-水合、 H2O+ 、 H2O＊、 H3O+ 、H+、OH-等, 它们之间相互作用生成次级辐解产物. 同时, 所有这些辐 解产物会逐渐向水体扩散. 在扩散过程中相互反应, 并渐 渐达到平衡. 这个过程在辐射电离径迹范围内, 约在射线 通过后l0-11 秒开始, 在水体中稍缓慢些(10-10秒).
可把水的辐解写成下列综合式 H2O H3O水 合,OH, e水 合, H, H2O2, H2
水的主要辐解产物及其基本性质
辐射产物按化学性质可分为两大类 还原性产物： e-水合、H、H2 氧化性产物：OH、HO2、H2O2、O2
按辐解产物的化学形态可分为两类 自由基产物：自由基是指含有成键能力及未成对电子的 原子、分子和离子, 非常活泼, 极不稳定, 易发生反应, 难 以积累到一定水平. 分子产物：形态稳定, 可在溶液中积累到一定浓度. 可用 测量分子产物的产额和积聚量来判断水的辐照分解程度 和速度.
所以它又叫水合电子(溶剂化 电子)
➢ 带正电的水离子和相邻水分子发生质子(氢原子)转移 反应，生成H3O+和OH自由基：
生成的H3O+ 也随即发生水合作用, 水合H3O+和水合电子 的分布范围不同. 前者在辐射电离径迹近旁, 后者要远些, 因为电子具有更大迁移性. ➢ 辐射形成的激发态水分子进一步解离成氢原子和OH自 由基：
一般情况下裂变产物γ射线造成的纯水的G值在3.6-4.6之 间, 通常取G (-H2O) =4.1±0.5.
影响水辐射分解的因素
水的辐射分解及辐解产物产额受传能线密度LET值、剂 量率、辐射时间、温度和压力、pH值和溶液成分等因素 的影响.
杂质的影响 水中氧化性或还原性杂质的存在, 必然会与水的初级还原 性或氧化性辐解产物发生反应, 从而影响G值. 如少量Br的存在将清除·OH自由基和氢原子H·
水的辐射分解
各种射线或粒子程度不同地与作为冷却剂的水发生作用, 发生水的辐照分解.
从射线轰击水分子开始到建立某种辐射产物的化学平衡 为止, 按时间标度大体上可分为三个阶段:
辐射能量传递阶段(初级过程): 这一过程是射线和水作用 的开端, 作用时间是10-18 —10-15秒. 在此过程中，入射粒 子把能量传递到介质中, 产生电子、带正电的水离子 H2O+和处于激发状态的水分子H2O*. 这种能量传递的速 度可用传能线密度(LET)来表示, 即入射粒子在单位径迹 长度中损失的能量.
建立平衡阶段(物理化学过程): 作用时间约10-15—10-11 秒. 其间, 部分传递的能量转换为振动能和转动能, 还发生分 子解离及离子-分子反应等, 形成新的分子和活性中间产 物(自由基和溶剂化电子)等. 主要包括如下过程：
➢ 电离电子速度减慢, 并成为“热”电子. 热电子的存在 引起围绕它周围的极性水分子偶极取向的变化, 正极端朝 向电子, 负极端远离电子, 电子的电场吸引极性水分子在 其四周重新排列
第三章 水和水溶液的辐射化学
辐射化学效应
化学分子间的结合和离解通常只需要几个 到几十个电子伏特。
一个具有1keV能量的粒子与物质中的分 子相互作用就将引起相当大的化学效应。
在射线的照射下，化合物分子中的键合情 况会发生分化和重新组合，最终使一种物 质转变成另一种物质。
由于射线照射所引起的这一类化学反应 叫做辐射化学效应。
G值：表示某种受照物质每吸收100eV辐射能量所产生 (冠以“＋”号)或消失(冠以“-”号)的辐解产物的数目. 它包括分子、离子、原子和自由基等形成或破坏的数量.
GH2=0.41, 表示100电子伏的辐射能量被水吸收后, 将有 0.41个氢分子产生.
如G (-H2O) ＝4.1, 表示水每吸收100eV辐射能量, 会有4.1个 水分子分解.
温度和压力的影响 温度升高将加快初始辐射产物向水体的扩散, 从而减少了 生成分子产物的机会.
辐射分解反应
▪ 引起辐射分解反应的能源是电离辐射, 包括 ▪高能光子X和γ射线、 ▪高能电子、 ▪带电粒子(质子、α粒子和核裂变碎片) ▪中子.
▪ 这些辐射源的能量很高, 一般为keV-MeV 数量级, 远大于原子和分子的电离能(约525eV)和化学键能(2-10eV), ▪它们作用于冷却剂时, 既能产生激发又能引 起电离. 一个入射粒子可使许多分子电离和 激发。
Br OH Br OH
Br H HBr
pH值的影响 水辐解生成的e-水合、自由基、 OH等产物能与H+和OH-发 生反应：
所以由H+, OH-离子浓度的变化(pH变化)引起的自由基浓 度的改变, 将影响分子辐射产物的产额.
LET和辐射剂量的影响 这两个因素对辐解产额的影响趋势是一致的. 高LET值 (如α粒子)辐射形成的刺迹互相重叠, 径迹附近自由基浓 度很高, 自由基之间相互反应的几率就大, 导致较高的分 子产额和较低的自由基产额; 反之, 对于低LET(如X线和 γ射线), 自由基之间反应的几率就小, 导致较低分子产额 和较高自由基产额.
可归结为两大类, 一类是分解过程, 另一类是分解反应的逆过程—复合反应. 分解过程可表示为
复合反应可表示为 H2 OH H2O H H2O2 H H2O OH
▪ 径迹：粒子在穿越路径上留下的痕迹。约30Å
▪ 初级电离作用产生的次级电子往往具有 足够的能量, 它们也可以使其路径上的物质 分子激发和电离. 因此, 沿着入射粒子的径 迹, 会产生象一串串葡萄似的紧挨在一起的 激发分子和离子的群团(称为刺迹, spur), 活性粒子(包括离子、激发分子和自由基) 集中在入射粒子径迹周围.
自由基的扩散, 相互作用及建立化学平衡阶段: 生成的初 级辐解产物e-水合、 H2O+ 、 H2O＊、 H3O+ 、H+、OH-等, 它们之间相互作用生成次级辐解产物. 同时, 所有这些辐 解产物会逐渐向水体扩散. 在扩散过程中相互反应, 并渐 渐达到平衡. 这个过程在辐射电离径迹范围内, 约在射线 通过后l0-11 秒开始, 在水体中稍缓慢些(10-10秒).
可把水的辐解写成下列综合式 H2O H3O水 合,OH, e水 合, H, H2O2, H2
水的主要辐解产物及其基本性质
辐射产物按化学性质可分为两大类 还原性产物： e-水合、H、H2 氧化性产物：OH、HO2、H2O2、O2
按辐解产物的化学形态可分为两类 自由基产物：自由基是指含有成键能力及未成对电子的 原子、分子和离子, 非常活泼, 极不稳定, 易发生反应, 难 以积累到一定水平. 分子产物：形态稳定, 可在溶液中积累到一定浓度. 可用 测量分子产物的产额和积聚量来判断水的辐照分解程度 和速度.
所以它又叫水合电子(溶剂化 电子)
➢ 带正电的水离子和相邻水分子发生质子(氢原子)转移 反应，生成H3O+和OH自由基：
生成的H3O+ 也随即发生水合作用, 水合H3O+和水合电子 的分布范围不同. 前者在辐射电离径迹近旁, 后者要远些, 因为电子具有更大迁移性. ➢ 辐射形成的激发态水分子进一步解离成氢原子和OH自 由基：
一般情况下裂变产物γ射线造成的纯水的G值在3.6-4.6之 间, 通常取G (-H2O) =4.1±0.5.
影响水辐射分解的因素
水的辐射分解及辐解产物产额受传能线密度LET值、剂 量率、辐射时间、温度和压力、pH值和溶液成分等因素 的影响.
杂质的影响 水中氧化性或还原性杂质的存在, 必然会与水的初级还原 性或氧化性辐解产物发生反应, 从而影响G值. 如少量Br的存在将清除·OH自由基和氢原子H·
水的辐射分解
各种射线或粒子程度不同地与作为冷却剂的水发生作用, 发生水的辐照分解.
从射线轰击水分子开始到建立某种辐射产物的化学平衡 为止, 按时间标度大体上可分为三个阶段:
辐射能量传递阶段(初级过程): 这一过程是射线和水作用 的开端, 作用时间是10-18 —10-15秒. 在此过程中，入射粒 子把能量传递到介质中, 产生电子、带正电的水离子 H2O+和处于激发状态的水分子H2O*. 这种能量传递的速 度可用传能线密度(LET)来表示, 即入射粒子在单位径迹 长度中损失的能量.
建立平衡阶段(物理化学过程): 作用时间约10-15—10-11 秒. 其间, 部分传递的能量转换为振动能和转动能, 还发生分 子解离及离子-分子反应等, 形成新的分子和活性中间产 物(自由基和溶剂化电子)等. 主要包括如下过程：
➢ 电离电子速度减慢, 并成为“热”电子. 热电子的存在 引起围绕它周围的极性水分子偶极取向的变化, 正极端朝 向电子, 负极端远离电子, 电子的电场吸引极性水分子在 其四周重新排列
第三章 水和水溶液的辐射化学
辐射化学效应
化学分子间的结合和离解通常只需要几个 到几十个电子伏特。
一个具有1keV能量的粒子与物质中的分 子相互作用就将引起相当大的化学效应。
在射线的照射下，化合物分子中的键合情 况会发生分化和重新组合，最终使一种物 质转变成另一种物质。
由于射线照射所引起的这一类化学反应 叫做辐射化学效应。
G值：表示某种受照物质每吸收100eV辐射能量所产生 (冠以“＋”号)或消失(冠以“-”号)的辐解产物的数目. 它包括分子、离子、原子和自由基等形成或破坏的数量.
GH2=0.41, 表示100电子伏的辐射能量被水吸收后, 将有 0.41个氢分子产生.
如G (-H2O) ＝4.1, 表示水每吸收100eV辐射能量, 会有4.1个 水分子分解.