关于气体辐射化学介绍

[拼音]：qiti fushe huaxue

[外文]：radiation chemistry of gas

辐射化学的一个分支，研究电离辐射作用于气体所引起的化学变化，气体辐射化学主要以无机气体为研究对象，这是辐射化学中研究得最早和较深入的领域。

气体的密度低，传能线密度小，扩散快，径迹效应小。在气体体系中由辐射产生的活性粒子可认为是均匀分布的，可采用电离测量、质谱等实验方法进行研究。无机气体分子结构简单，辐解产物也较简单，对它们了解得较多，所以便于在实验上和理论上用它们进行研究。气体辐射化学的研究，对促进辐射化学基本反应机理的研究起了重要的作用，如自由基反应、激发分子反应、离子群团反应、离子－分子反应等。早期气体辐射化学研究中常用离子对产额（N为变化了的分子数，Μ为辐解生成的离子对数）来表达反应产额。对于任何气体，辐射化学产额（G 值）与的关系可表示为：

式中E为生成一离子对所需要的平均能量。

无机气体的辐射分解产物虽然比较简单，但辐射分解反应机理却很复杂。例如O2辐射分解的最终产物只有，而实际上生成O3的反应，除激发分子反应外，仅离子反应已查明有17个（初级产物的反应就有7个）。

随对象和反应条件的不同，大致可分为离子型反应和激发分子型反应。

以离子型反应起主导作用的气体辐射化学体系很多，如高剂量率下O2的辐射化学反应、高剂量率下CO2的辐射分解反应、N2O和N2＋O2等的辐射化学反应均属此类。可用质谱仪（见质谱法）研究气体辐射化学。离子型反应的起始电位必大于体系中任一组分的电离电位，才能形成这一组分的正离子。此外，一个原子或分子有时也可吸收一个电子，形成负离子，负离子质谱的出现电位可有一个共振吸收峰。

以激发分子型反应为主的气体辐射化学反应的特点是反应的起始电位（用不同能量的电子轰击）远小于体系中任一组分的电离电位，而相当于其中某一组分的激发电位。此类反应有低剂量率下O2的辐射分解反应、NO的辐射分解反应和 NO2的辐射分解反应等。判断一个反应是否为激发分子型反应，除观察反应的起始电位外，还可与光化学反应对照。

在气体辐射化学反应过程中，有些反应既有离子参加，也有激发分子参加，而且它们对分解反应所作的贡献大体上相等，如NH3、CO的辐射分解反应和低剂量率下CO2的辐射分解反应等。

激发分子分解或离子－分子反应生成的自由基，往往可以引起气相体系的链反应。例如在辐射场中，正、仲氢的自旋转换，氕－氘的同位素交换，O3的分解，HCl的合成，H2的氧化，CO的氧化都是链反应。

在辐射场中，惰性气体也能参与化学反应。例如，它们对辐射合成NH3的反应有加速作用，这种影响的大小次序为氙＞氪＞氩＞氦，即原子量越大，加速作用越大。有时惰性气体的存在，可明显改变辐射分解产物的分布，这是因为分子间的能量转移使某一中间产物增多。

研究气体辐射化学也有很现实的意义。例如在强辐射场中，由于空气被辐照，会生成大量的NOx、O3，污染空气。如何减少强辐射源附近的空气污染，需要研究大气的辐射化学。CO2可作为气冷反应堆的冷却剂，研究CO2的辐射化学分解反应，对这类反应堆的设计、建造和安全运转关系极大。利用辐射对空气的作用进行氮的固定以生产硝酸，是辐射化学工作者多年来为之努力而尚未解决的课题。80年代中，利用辐射清除烟道气、炼矿尾气等废气中的NOx和SOx的成功，则是气体辐射化学在实际中得到应用的典型事例，对消除大气污染、保持大自然的生态平衡作出了有益的贡献。

参考书目

1. J.W.T.Spinks and R.J.Woods， An Introduction toRadiation Chemistry， 2nd ed.， John Wiley & Sons， New York， 1976.