射线的化学效应

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。举个例子来说， 32.5eV 的能量就可以使生物组织中的几乎任何一个分子产生离解。因此，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。

分子尤其是生物分子，常常是通过共价键结合的，即原子间通过共同占有原子的价电子而结合在一起组成分子。我们知道，水是生物组织中最重要的分子之一。我们就以水为例来说明一下射线的化学效应。图 4.2 就是射线在水中引起化学效应的几种情况。

射线的化学效应 - 图1

图 4.2 射线在水中引起化学效应的几种情况

（1）如果化学键按（A）和（B）分解，便产生 2 个带相反电荷的离子。这些离子的化学性质通常都十分活泼。分子的离解可以直接引起化学效应，而由化学离解产生的化学性质活泼的离子可以进一步与相邻的原子或分子起化学反应，又增加了一种化学效应。

（ 2）化学键也可以按（C）那样从中间分开。这里的反应产物都不带电，它们都不是离子，而是所谓自由基，至少含有一个不成对的价电子。由于这些不成对的价电子趋向于结成对而形成共价键，因此自由基的化学性质比离子更加活跃，对生物体组织的破坏性更加严重。毫无疑问，大多数的射线的化学效应和生物效应都是由自由基引起的。

自由基一旦形成就完全有可能与它们周围的自由基发生化学反应如

（D）所示。（D）α的反应产物是水，这是我们所希望的。（D） c 的生成物是过氧化氢，对生物体有显著的危害。

最严重的情况是（E）中的自由基与氧的结合，其生成物
HO2·自由基比过氧化氢对生物体的危害更加严重。

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。我们把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。人们把射线比作常规化学反应中的催化剂。通过辐射化学反应，人们实现了许多过去无法实现的化学反应获得了新的辐射化学产品。辐射化学效应和传统的化学反应相比，到底有哪些优点呢？概括起来，主要有以下一些：

不需要加热。我们知道，传统的化学反应的速度和反应时的温度、压力等反应条件有关，而辐射化学效应却可以不用高温和高压，可以在常温常压下，有些甚至可以在低温下进行。这就大大降低了反应条件，可以在一般的设备中实现许多原来需要高温高压设备才能实现的化学反应。尤其是对于那些在高温或常温下不稳定的化合物，是不能采用加热的办法去引发它们的化学反应，因为在加热的过程中往往在人们期望发生的化学反应开始之前，那些化合物就分解了。在这种情况下，采用辐射化学效应就显得非常得心应手。
不必加催化剂。有些传统的化学反应不仅需要加热，而且还要加催化剂。对于那些放热的化学反应，当它们来不及放热时，催化剂有可能过早分解而导致反应失败。这不仅影响产品质量，甚至可能发生爆炸。辐射化学效应不用加催化剂，自然也就不存在这个问题。此外，由于不添加催化剂，产品中没有残留的催化剂物质，纯度大大提高。这一点对半导体和医用材料等高纯度产品的制备尤为重要。
射线具有很强的穿透能力，因此它能够引发某些特殊的化学反应。例如，有些化学反应需要在器壁很厚的高压釜中进行，或需要在固态下进行，那么用射线来“催化”就非常方便。又比如，出于环保安全考虑，规定在某些高分子化合物中的有害单体残留物不得超过某一数量，然而在固态反应中要使单体完全聚合是相当困难的，而射线可以穿透固体，很容易引发其中的残留单体完全聚合。
催化剂的浓度在化学反应中随着时间的推移而逐渐下降，导致反应速度也随之下降。而利用射线引发的化学反应，可以很容易在反应过程中始终保持射线强度恒定不变，从而使反应速度始终保持恒定。
辐射化学效应的可控性强。射线照射时化学反应进行；射线照射停止化学反应也随之停止下来。此外，辐射化学效应既可以让全部反应物都参加反应，也可以用加屏蔽物的办法，只让其中的一部分发生反应。这些都是传统的化学反应难以达到的。