放射性化學與核化學

放射性化學與核化學第1頁/共25頁12.2（n,γ）反應(yīng)的化學效應(yīng)反沖能ER可通過下式計算：ER——反沖能;M——反沖核的質(zhì)量；V——反沖核的速度；pR——反沖核的動量；p——出射粒子的動量。第2頁/共25頁

(n,γ)反應(yīng)的反沖原子的能量計算：若Eg的單位采用MeV，M采用原子質(zhì)量單位,則生成核R的反沖能量為：ER=536Eg2/M(eV)

第3頁/共25頁例題在127I（n,γ）128I核反應(yīng)中，放出的光子能量為４MeV，則生成核128I的反沖能量為多少？解：ER=536Eγ2/M

ER=536x16/128=67eV第4頁/共25頁12.3α衰變化學α衰變反沖能的計算,

M

a

——

a粒子的質(zhì)量；

Ea

——

a粒子的能量；

M

——反沖核的質(zhì)量。放射性衰變放出的a粒子的能量在1.83MeV

（144Nd

）和11.7MeV

（212mPo）之間，a衰變的子體具有很高的反沖能，一般都在0.1MeV數(shù)量級，遠遠大于化學鍵能，因此必然使化學鍵斷裂。第5頁/共25頁例題222Rn經(jīng)衰變成218Po，發(fā)射的粒子的能量E=5.489MeV（99.9%），218Po得到的反沖能量為多少？解：第6頁/共25頁12.4β衰變化學β衰變時產(chǎn)物核獲得的反沖能量與其質(zhì)量、衰變能Q及其在β粒子和中微間的分配方式、以及它們的出射方向間的夾角等有關(guān)。當放出的β粒子的動能等于該組β射線的最大能量Emax時，中微子的動能等于0。對于高速度運動的電子，在計算其動量時要考慮相對論效應(yīng)，第7頁/共25頁上式中E為電子的總能（=動能+靜質(zhì)量能），me、pe和Ee分別為電子的靜質(zhì)量、動量和動能。考慮相對論效應(yīng)后，引入對反沖能的修正項。當發(fā)射單能電子時，根據(jù)式（12-4）式可以導(dǎo)得：當Ee用MeV為單位，me和M用原子質(zhì)量單位時，可得：上述可用于計算b衰變過程的最大反沖能量，也適用于計算發(fā)射內(nèi)轉(zhuǎn)換電子的反沖能。第8頁/共25頁例如,l4C衰變放射的粒子的最大能量為0.156MeV,其最大反沖能為：ER,max=536x0.1562/14+5480.156/14=7.04eV輕核（如12B，8Li）放出的b粒子能量很高,ER,max可高達數(shù)keV。中重核的發(fā)射的b粒子的最大能量約為l-2MeV,

ER,max值為101-102eV，高于化學鍵能。平均反沖能約為最大反沖能的一半。第9頁/共25頁衰變物

產(chǎn)物

產(chǎn)額（%）T2(3He

×T)+T++3He+94.5±0.65.5±0.6HT(3He

×H)+3He+H+89.55±1.18.2±1.0

2.3±0.4T2、HT的β-衰變產(chǎn)物分布第10頁/共25頁

12.5γ躍遷化學同質(zhì)異能轉(zhuǎn)變可以有三種形式：l.放出光子；2.放出內(nèi)轉(zhuǎn)換電子；3.形成電子偶。其中前二種形式是主要的。第11頁/共25頁第12頁/共25頁分子爆炸空穴串級過程的時間在l0-16l0-15s，比分子振動的時間標度（l0-14l0-12s）要短得多，積聚的正電荷通過分子內(nèi)部電荷再分布。分子內(nèi)部的正電荷之間的強烈的庫侖斥力導(dǎo)致分子爆炸（molecularexplosion）。分子爆炸又稱為庫侖爆炸（Coulombexplosion）。同質(zhì)異能躍遷的內(nèi)轉(zhuǎn)換系數(shù)大小對化學效應(yīng)的影響很大； 引起化學鍵斷裂的主要因素是內(nèi)轉(zhuǎn)換系數(shù)，而不是反沖能的大小。第13頁/共25頁

綜上所述,不同的核反應(yīng)過程,引起化學鍵斷裂的因素是不同的。對于(γ,n)反應(yīng)反沖能量比化學鍵能高幾個數(shù)量級,它必然是斷鍵的主要原因。同質(zhì)異能躍遷和電子俘獲的反沖能量小,一般不足以破壞化學鍵,而Auger效應(yīng)的空穴串級則是斷鍵的主要原因。衰變引起化學效應(yīng)的因素比較復(fù)雜,其斷鍵的主要原因有衰變子體核的反沖,電子震脫,以及原子的激發(fā)和內(nèi)轉(zhuǎn)換引起的Auger效應(yīng)等因素。對于最常見的(n,γ)反應(yīng)來說,反應(yīng)中放出光子獲得的反沖能量是斷鍵的主要原因。第14頁/共25頁12.6熱原子化學的應(yīng)用12.6.1氟的反沖化學

研究氟的反沖化學一般均利用l8F（T1/2=109.7min）,無載體的18F可用18O(p,n)18F、16O(α,d)18F和16O(t,n)18F等反應(yīng)大量生產(chǎn)。通過19F(n,2n)18F和19F(γ,n)18F反應(yīng)制備的18F是有載體的。通過氟的反沖化學的研究可以獲得氟化物特別是有機氟化物化學的反應(yīng)機制方面的知識。第15頁/共25頁反應(yīng)方式反應(yīng)產(chǎn)物及其相對產(chǎn)額氫提取反應(yīng)氟提取反應(yīng)氫置換反應(yīng)氟置換反應(yīng)CH3置換反應(yīng)CF3置換反應(yīng)H18F（51%）FI8F（5.4%）CF2.CH218F（8.2%）CF218FCH3（3.6%）CF318F（5.8%）CH3I8F（8.2%）表12-1418F的各種初級反應(yīng)的反應(yīng)產(chǎn)物第16頁/共25頁12.6.2新化合物的制備

在衰變中，子體原子的化合價增加１當放射性原子是分子的一部分且b-衰變后沒有因反沖而與分子的其余部分分離開時，b-衰變引起的核電荷數(shù)改變導(dǎo)致形成相鄰元素的類似化合物。用這種方法曾制得一些無載體的原先未知的化合物。第17頁/共25頁例子：二苯锝，它在芳烴配合物系列中的存在過去是有疑問的，因為相應(yīng)的錸配合物Re(C6H6)2是穩(wěn)定的，而錳配合物是不穩(wěn)定的。為了考察锝配合物的穩(wěn)定性，先制備二苯鉬-99Mo，期望經(jīng)過衰變會生成相應(yīng)的锝化合物。二苯锝陽離子可以分離出來，收率達到80-90%。第18頁/共25頁12.6.3用反沖原子直接標記第19頁/共25頁12.6.4生物化學中的反沖效應(yīng)（1）放射性衰變本身,即一種新元素的形成和衰變引起的反沖。這種效應(yīng)在125I的情況下是主要的；（2）衰變能，如β粒子能量的傳遞。能量的釋放還影響到衰變原子的周圍環(huán)境。這種效應(yīng)被稱為“β輻解”，在3H，14C，和32P的情況下是主要的。觀察到的效應(yīng)可歸結(jié)為以下兩方面：第20頁/共25頁第21頁/共25頁單鏈斷裂：(SSB)

DNA損傷（分子水平）雙鏈斷裂：(DSB)錯誤修復(fù)C可以實現(xiàn)無差錯修復(fù)第22頁/共25頁表12-1