विकिरण अपघटन

रेडिओलिसिस आयनीकरण विकिरण द्वारा अणुओं का पृथक्करण (रसायन विज्ञान) है। यह उच्च-ऊर्जा प्रवाह के संपर्क में आने के परिणामस्वरूप कई रासायनिक बंधों की दरार है। इस संदर्भ में विकिरण आयनकारी से जुड़ा हुआ है| रेडियोलिसिस इसलिए भिन्न है, उदाहरण के लिए, Cl₂ अणु के दो Cl-रेडिकल (रसायन विज्ञान) में फोटोलिसिस, जहाँ (पराबैंगनी या दृश्यमान स्पेक्ट्रम) प्रकाश का उपयोग किया जाता है।

उदाहरण के लिए, पानी अल्फा विकिरण के अंतर्गत हाइड्रोजन रेडिकल (रसायन विज्ञान) और हाइड्रॉक्सिल रेडिकल में भिन्न हो जाता है, पानी के आयनीकरण के विपरीत जो हाइड्रोजन आयन और हाइड्रोक्साइड आयन उत्पन्न करता है। आयनकारी विकिरण के अंतर्गत सान्द्र विलयनों का रसायन अत्यंत जटिल होता है। रेडिओलिसिस स्थानीय रूप से रिडॉक्स स्थितियों, यौगिकों की आयन प्रजाति और घुलनशीलता को संशोधित कर सकता है|

जल अपघटन

सभी विकिरण-आधारित रासायनिक प्रतिक्रियाओं का अध्ययन किया गया है, जिनमें से सबसे महत्वपूर्ण पानी का अपघटन है। विकिरण के संपर्क में आने पर, पानी हाइड्रोजन पेरोक्साइड, फ्री-रेडिकल जोड़, और ओजोन जैसे मिश्रित ऑक्सीजन यौगिकों में टूटने के क्रम से गुजरता है, जो ऑक्सीजन में वापस परिवर्तित होने पर बड़ी मात्रा में ऊर्जा छोड़ता है। इनमें से कुछ विस्फोटक हैं। यह अपघटन मुख्य रूप से अल्फा कणों द्वारा निर्मित होता है, जिसे पानी की बहुत पतली परतों द्वारा पूरी तरह से अवशोषित किया जा सकता है।

संक्षेप में, पानी के रेडियोलिसिस को इस प्रकार लिखा जा सकता है:

${\ce {H2O\;->[{\text{Ionizing radiation}}]\;e_{aq}^{-},HO*,H*,HO2*,H3O^{+},OH^{-},H2O2,H2}}$

अनुप्रयोग

परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में क्षरण की भविष्यवाणी और रोकथाम

ऐसा माना जाता है कि हल्के-पानी रिएक्टर के आंतरिक शीतलक लूप में विकिरणित पानी में मौजूद हाइड्रॉक्सिल की बढ़ी हुई एकाग्रता को परमाणु ऊर्जा संयंत्रों को डिजाइन करते समय ध्यान में रखा जाना चाहिए, ताकि जंग से होने वाले शीतलक के नुकसान को रोका जा सके।

हाइड्रोजन उत्पादन

हाइड्रोजन के उत्पादन के लिए गैर-पारंपरिक तरीकों में वर्तमान रुचि ने पानी के रेडिओलिटिक विभाजन को फिर से शुरू करने के लिए प्रेरित किया है, जहां पानी के साथ विभिन्न प्रकार के आयनीकरण विकिरण (α, β, और γ) की परस्पर क्रिया आणविक हाइड्रोजन का उत्पादन करती है। इस पुनर्मूल्यांकन को परमाणु रिएक्टरों से निकलने वाले ईंधन में निहित बड़ी मात्रा में विकिरण स्रोतों की वर्तमान उपलब्धता के कारण आगे बढ़ाया गया था। यह खर्च किया हुआ परमाणु ईंधन आमतौर पर पानी के कुंडों में जमा होता है, स्थायी निपटान या परमाणु पुनर्संसाधन की प्रतीक्षा में। β और γ विकिरण के साथ पानी के विकिरण से उत्पन्न हाइड्रोजन की उपज कम है (G-मान = <1 अणु प्रति 100 इलेक्ट्रॉन वोल्ट अवशोषित ऊर्जा) लेकिन यह प्रारंभिक रेडिओलिसिस के दौरान उत्पन्न होने वाली प्रजातियों के तेजी से पुनर्संयोजन के कारण है। यदि अशुद्धियाँ मौजूद हैं या यदि ऐसी भौतिक स्थितियाँ निर्मित होती हैं जो रासायनिक संतुलन की स्थापना को रोकती हैं, तो हाइड्रोजन के शुद्ध उत्पादन को बहुत बढ़ाया जा सकता है। एक अन्य दृष्टिकोण सोडियम बोरेट को सोडियम बोरोहाइड्राइड में परिवर्तित करके खर्च किए गए ईंधन के पुनर्जनन के लिए ऊर्जा स्रोत के रूप में रेडियोधर्मी कचरे का उपयोग करता है। नियंत्रणों के उचित संयोजन को लागू करके, स्थिर बोरोहाइड्राइड यौगिकों का उत्पादन किया जा सकता है और हाइड्रोजन ईंधन भंडारण माध्यम के रूप में उपयोग किया जा सकता है।

1976 में किए गए एक अध्ययन में पाया गया कि रेडियोधर्मी क्षय के माध्यम से मुक्त ऊर्जा का उपयोग करके प्राप्त की जा सकने वाली औसत हाइड्रोजन उत्पादन दर का क्रम-परिमाण अनुमान लगाया जा सकता है। 0.45 अणु/100 ईवी की प्राथमिक आणविक हाइड्रोजन उपज के आधार पर, प्रति दिन 10 टन प्राप्त करना संभव होगा। इस सीमा में हाइड्रोजन उत्पादन दर नगण्य नहीं है, लेकिन लगभग 2 x 10^4 टन के यू.एस. में हाइड्रोजन के औसत दैनिक उपयोग (1972) की तुलना में कम है। हाइड्रोजन-परमाणु दाता को जोड़ने से यह लगभग छह गुना बढ़ सकता है। यह दिखाया गया था कि हाइड्रोजन-परमाणु दाता जैसे फॉर्मिक एसिड को जोड़ने से हाइड्रोजन के लिए G मान प्रति 100 eV अवशोषित लगभग 2.4 अणु तक बढ़ जाता है। उसी अध्ययन ने निष्कर्ष निकाला है कि ऐसी सुविधा को डिजाइन करना संभव होने के लिए बहुत असुरक्षित होगा।

खर्च किया गया परमाणु ईंधन

हाइड्रोजन युक्त सामग्रियों के रेडियोलिटिक अपघटन द्वारा गैस उत्पादन कई वर्षों से रेडियोधर्मी सामग्री और कचरे के परिवहन और भंडारण के लिए चिंता का विषय रहा है। संभावित रूप से ज्वलनशील और संक्षारक गैसें उत्पन्न हो सकती हैं, जबकि एक ही समय में, रासायनिक प्रतिक्रियाएं हाइड्रोजन को हटा सकती हैं, और इन प्रतिक्रियाओं को विकिरण की उपस्थिति से बढ़ाया जा सकता है। इन प्रतिस्पर्धी प्रतिक्रियाओं के बीच संतुलन इस समय अच्छी तरह से ज्ञात नहीं है।

विकिरण चिकित्सा

जब विकिरण शरीर में प्रवेश करता है, तो यह मुक्त कणों और अणुओं का उत्पादन करने के लिए सेल (जीव विज्ञान) (मुख्य रूप से पानी से बना) के परमाणुओं और अणुओं के साथ बातचीत करेगा जो सेल, डीएनए में महत्वपूर्ण लक्ष्य तक पहुंचने के लिए पर्याप्त रूप से फैलाने में सक्षम हैं। , और कुछ रासायनिक प्रतिक्रिया के माध्यम से अप्रत्यक्ष रूप से इसे नुकसान पहुँचाते हैं। फोटॉन के लिए यह मुख्य क्षति तंत्र है क्योंकि उदाहरण के लिए बाहरी बीम विकिरण चिकित्सा में उनका उपयोग किया जाता है।

आमतौर पर, रेडिओलाइटिक घटनाएँ जो (ट्यूमर) -सेल डीएनए की क्षति का कारण बनती हैं, उन्हें अलग-अलग चरणों में विभाजित किया जाता है जो अलग-अलग समय के पैमाने पर होती हैं: * भौतिक अवस्था ($10^{-15}~s$), आयनीकरण कण द्वारा ऊर्जा जमाव और पानी के परिणामी आयनीकरण में शामिल हैं।

• भौतिक-रासायनिक चरण के दौरान ($10^{-15}~{\text{-}}~10^{-12}~s$) कई प्रक्रियाएं होती हैं, उदा। आयनित पानी के अणु एक हाइड्रॉक्सिल रेडिकल में विभाजित हो सकते हैं और एक हाइड्रोजन अणु या मुक्त इलेक्ट्रॉन solation से गुजर सकते हैं।
• रासायनिक चरण के दौरान ($10^{-12}~{\text{-}}~10^{-6}~s$), रेडिओलिसिस के पहले उत्पाद एक दूसरे के साथ और उनके आस-पास के साथ प्रतिक्रिया करते हैं, इस प्रकार कई प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियों का उत्पादन करते हैं जो फैलाने में सक्षम होते हैं।
• जैव-रासायनिक चरण के दौरान ($10^{-6}~s$ दिनों तक) ये प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियां डीएनए के रासायनिक बंधनों को तोड़ सकती हैं, इस प्रकार एंजाइमों, प्रतिरक्षा-प्रणाली आदि की प्रतिक्रिया को ट्रिगर कर सकती हैं।
• अंत में, जैविक चरण (दिनों से लेकर वर्षों तक) के दौरान रासायनिक क्षति जैविक कोशिका मृत्यु या ऑन्कोजेनेसिस में परिवर्तित हो सकती है जब क्षतिग्रस्त कोशिकाएं विभाजित करने का प्रयास करती हैं।

पृथ्वी का इतिहास

एक सुझाव दिया गया है कि पृथ्वी के विकास के शुरुआती चरणों में जब इसकी रेडियोधर्मिता वर्तमान की तुलना में परिमाण के लगभग दो क्रम अधिक थी, रेडियोलिसिस वायुमंडलीय ऑक्सीजन का प्रमुख स्रोत हो सकता था, जिसने जीवन की उत्पत्ति और विकास के लिए परिस्थितियों को सुनिश्चित किया। पानी के रेडिओलिसिस द्वारा उत्पादित आणविक हाइड्रोजन और ऑक्सीडेंट भी उपसतह सूक्ष्म जीव विज्ञान समुदायों (पेडरसन, 1999) को ऊर्जा का एक निरंतर स्रोत प्रदान कर सकते हैं। इस तरह की अटकलों को दक्षिण अफ्रीका में मुझे सोने की खान देखें में एक खोज द्वारा समर्थित किया गया है, जहां शोधकर्ताओं ने एक समुदाय को डेसल्फोटोमैकुलम के एक नए फाइलोटाइप का वर्चस्व पाया, जो मुख्य रूप से रेडियोलाइटिक रूप से उत्पादित हाइड्रोजन पर भोजन करता है।₂.

तरीके

पल्स रेडिओलिसिस

पल्स रेडिओलिसिस लगभग एक सौ microsecond से भी तेज गति से होने वाली प्रतिक्रियाओं का अध्ययन करने के लिए तेजी से प्रतिक्रियाओं को शुरू करने की एक हालिया विधि है, जब अभिकर्मकों का सरल मिश्रण बहुत धीमा होता है और प्रतिक्रियाओं को शुरू करने के अन्य तरीकों का उपयोग करना पड़ता है।

तकनीक में सामग्री के एक नमूने को अत्यधिक त्वरित इलेक्ट्रॉनों के बीम पर उजागर करना शामिल है, जहां बीम एक लाइनेक द्वारा उत्पन्न होता है। इसके कई अनुप्रयोग हैं। यह 1950 के दशक के अंत में और 1960 के दशक की शुरुआत में मैनचेस्टर में जॉन कीने (भौतिक विज्ञानी) और लंदन में जैक डब्ल्यू बोग द्वारा विकसित किया गया था।

फ्लैश फोटोलिसिस

फ्लैश फोटोलिसिस पल्स रेडिओलिसिस का एक विकल्प है जो रासायनिक प्रतिक्रियाओं को आरंभ करने के लिए इलेक्ट्रॉनों के बीम के बजाय उच्च-शक्ति प्रकाश दालों (जैसे एक एक्साइमर लेजर से) का उपयोग करता है। आमतौर पर पराबैंगनी प्रकाश का उपयोग किया जाता है जिसके लिए पल्स रेडिओलिसिस में उत्सर्जित एक्स-रे के लिए आवश्यकता से कम विकिरण परिरक्षण की आवश्यकता होती है।

यह भी देखें

• विकिरण रसायन

बाहरी संबंध

• Traité de radioactivité, par Marie Skodowska Curie, published by Gauthier in Paris, 1910.
• Precursor and Transient Species in Condensed Phase Radiolysis
• Radiolysis for Borate Regeneration
• Water Radiolysis, a Possible Source of Atmospheric Oxygen
• The Dissociation of Water by Radiant Energy
• Resolution of Gas Generation Issues in Packages Containing Radioactive Waste/Materials

Pulse radiolysis

• What is pulse Radiolysis
• [1]
• The Formation and Detection of Intermediates in Water Radiolysis, Radiation Research Supplement, Vol. 4, Basic Mechanisms in the Radiation Chemistry of Aqueous Media. Proceedings of a Conference Sponsored by the National Academy of Sciences -- National Research Council of the United States, Gatlinburg, Tennessee, May 9-10, 1963 (1964), pp. 1-23