放射性化學(xué)與核化學(xué)

放射性化學(xué)與核化學(xué)第1頁/共25頁12.2（n,γ）反應(yīng)的化學(xué)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(xué)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(xué)鍵能，因此必然使化學(xué)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(xué)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?？紤]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(xué)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(xué)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(xué)效應(yīng)的影響很大； 引起化學(xué)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(xué)鍵斷裂的因素是不同的。對于(γ,n)反應(yīng)反沖能量比化學(xué)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(xué)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(xué)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(xué)的應(yīng)用12.6.1氟的反沖化學(xué)

研究氟的反沖化學(xué)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(xué)的研究可以獲得氟化物特別是有機氟化物化學(xué)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(xué)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