РАДИАЦИО́ННАЯ ХИ́МИЯ

РАДИАЦИО́ННАЯ ХИ́МИЯ, нау­ка, изу­чаю­щая хи­мич. и фи­зи­ко-хи­мич. пре­вра­ще­ния ве­ществ под дей­ст­ви­ем ио­ни­зи­рую­щих из­лу­че­ний – фо­тон­ных (рент­генов­ские и γ-лу­чи) и кор­пус­ку­ляр­ных (ус­ко­рен­ные элек­тро­ны, тя­жё­лые за­ря­жен­ные час­ти­цы, мно­го­за­ряд­ные ио­ны, бы­ст­рые ней­тро­ны и про­дук­ты ядер­ных ре­ак­ций). Р. х., бу­ду­чи са­мо­сто­ят. раз­де­лом хи­мии, по су­ще­ст­ву яв­ля­ет­ся ча­стью фи­зич. хи­мии, тес­но свя­зан­ной с ра­дио­хи­ми­ей и хи­ми­че­ской тех­но­ло­ги­ей (осо­бен­но при­клад­ная Р. х.), фо­то­хи­ми­ей, ки­не­ти­кой хи­ми­че­ской, ана­ли­ти­че­ской хи­ми­ей, хи­ми­ей сво­бод­ных ра­ди­ка­лов и воз­бу­ж­дён­ных со­стоя­ний. Ино­гда Р. х. рас­смат­ри­ва­ют как часть хи­мии вы­со­ких энер­гий, объ­е­ди­няю­щей та­кие раз­де­лы хи­мии, как ки­не­ти­ка и ме­ха­низм хи­мич. ре­ак­ций, ха­рак­те­ри­зую­щих­ся вы­со­кой кон­цен­тра­ци­ей час­тиц с из­бы­точ­ной энер­ги­ей, пре­вы­шаю­щей энер­гию те­п­ло­во­го дви­же­ния, а час­то и энер­гию хи­мич. свя­зей.

Осн. раз­де­лы: об­щая Р. х. – изу­че­ние ме­ха­низ­ма и за­ко­но­мер­но­стей пер­вич­ных ра­диа­ци­он­но-хи­мич. про­цес­сов, при­ро­ды и свойств ко­рот­ко­жи­ву­щих про­дук­тов, об­ра­зую­щих­ся в ре­зуль­та­те этих про­цес­сов; Р. х. объ­ек­тов воз­дей­ст­вия из­лу­че­ний – га­зов, во­ды и вод­ных рас­тво­ров, вклю­чая био­ло­ги­че­ски важ­ные сис­те­мы, не­ор­га­нич. и ор­га­нич. со­еди­не­ний и по­ли­ме­ров; Р. х. ге­те­ро­ген­ных сис­тем – изу­че­ние влия­ния из­лу­че­ний вы­со­ких энер­гий на ка­та­ли­тич. про­цес­сы, сорб­цию, кол­ло­ид­ные сис­те­мы и т. д.; хи­мич. до­зи­мет­рия – оп­ре­де­ле­ние по­гло­щён­ной до­зы из­лу­че­ния, оп­ре­де­ле­ние до­зы по ве­ли­чи­не хи­мич. пре­вра­ще­ния в сис­те­ме в ре­зуль­та­те об­лу­че­ния; при­клад­ная Р. х., вклю­чаю­щая ис­сле­до­ва­ние и раз­ра­бот­ку прак­ти­че­ски важ­ных тех­но­ло­гий с ис­поль­зо­ва­ни­ем из­лу­че­ний.

История

От­кры­тие В. К. Рент­ге­ном в 1895 Х-лу­чей (на­зван­ных рент­ге­нов­ски­ми; см. Рент­ге­нов­ское из­лу­че­ние) и в 1896 А. А. Бек­ке­ре­лем ра­дио­ак­тив­но­сти бы­ло свя­за­но с на­блю­де­ни­ем химич. эф­фек­та – по­чер­не­ния фо­то­гра­фич. пла­стин­ки в тем­но­те, воз­ни­каю­ще­го под дей­ст­ви­ем про­ни­каю­ще­го из­лу­че­ния. Пер­вые ра­бо­ты по Р. х. вы­пол­не­ны в 1899–1903 М. Скло­дов­ской-Кю­ри, А. А. Бек­ке­ре­лем и др., об­на­ру­жив­ши­ми ок­ра­ши­ва­ние стек­ла и щё­лоч­но-га­ло­ид­ных кри­стал­лов, об­ра­зо­ва­ние озо­на из ки­сло­ро­да под дей­ст­ви­ем из­лу­че­ния ра­дия, вы­де­ле­ние во­до­ро­да и ки­сло­ро­да из вод­ных рас­тво­ров со­лей ра­дия и др. В Рос­сии сре­ди пер­вых ис­сле­до­ва­те­лей был Н. А. Ор­лов, на­блю­дав­ший в 1904–1906 пре­вра­ще­ние твёр­дых ор­га­нич. ве­ществ в жид­кие в ре­зуль­та­те воз­дей­ст­вия об­лу­че­ния, а так­же Н. Д. Зе­лин­ский, ис­сле­до­вав­ший пре­вра­ще­ние цик­ло­гек­са­на под дей­ст­ви­ем из­лу­че­ния со­ли ра­дия.

В пе­ри­од 1910–30-х гг. Р. х. ха­рак­те­ри­зу­ет­ся на­ко­п­ле­ни­ем и сис­те­ма­ти­за­ци­ей экс­пе­рим. дан­ных о ре­зуль­та­тах воз­дей­ст­вия из­лу­че­ний на ве­ще­ст­ва и ма­те­риа­лы и фор­му­ли­ров­кой осн. пред­став­ле­ний о при­ро­де это­го воз­дей­ст­вия. Пер­вая ги­по­те­за о при­ро­де хи­мич. эф­фек­тов в ре­зуль­та­те воз­дей­ст­вия из­лу­че­ний бы­ла вы­дви­ну­та в 1910 М. Скло­дов­ской-Кю­ри, пред­по­ло­жив­шей, что в лю­бом ве­ще­ст­ве, под­верг­ну­том воз­дей­ст­вию из­лу­че­ния, лю­бо­му хи­мич. пре­вра­ще­нию пред­ше­ст­ву­ет акт ио­ни­за­ции. В 1914 франц. хи­ми­ком А. Дебь­ер­ном бы­ла впер­вые сфор­му­ли­ро­ва­на ги­по­те­за о воз­ник­но­ве­нии ио­ни­зо­ван­ных мо­ле­кул во­ды при про­хо­ж­де­нии че­рез неё ио­ни­зи­рую­ще­го из­лу­че­ния и об­ра­зо­ва­нии ра­ди­ка­лов Н^• и ОН^• в ре­зуль­та­те по­сле­дую­щих ре­ак­ций ио­нов.

Как са­мо­сто­ят. об­ласть нау­ки Р. х. на­ча­ла скла­ды­вать­ся в 1940-х гг. в свя­зи с со­зда­ни­ем ядер­ных ре­ак­то­ров и пром. про­из-ва т. н. де­ля­щих­ся ма­те­риа­лов, в пер­вую оче­редь вы­со­ко­обо­га­щён­но­го по изо­то­пу ²³⁹Pu (ору­жей­но­го) плу­то­ния в рам­ках «Ман­хэт­тен­ско­го про­ек­та» в США и «Ура­но­во­го про­ек­та» в СССР. Тер­мин «Р. х.» вве­дён амер. хи­ми­ком М. Бар­то­ном в 1945. Строи­тель­ст­во и экс­плуа­та­ция ядер­ных ре­ак­то­ров и тех­но­ло­гия пе­ре­ра­бот­ки об­лу­чён­но­го ядер­но­го то­п­ли­ва по­тре­бо­ва­ли изу­че­ния дей­ст­вия ио­ни­зи­рую­щих из­лу­че­ний на про­цес­сы и ма­те­риа­лы в за­мед­ли­те­лях и те­п­ло­но­си­те­лях ядер­ных ре­ак­то­ров и вы­со­ко­ра­дио­ак­тив­ных тех­но­ло­гич. сме­сях, а имен­но ра­дио­ли­за во­ды, пре­вра­ще­ний в рас­тво­рах ра­дио­ак­тив­ных ве­ществ, ра­диа­ци­он­но­го по­вре­ж­де­ния ма­те­риа­лов, при­ме­няе­мых в атом­ной тех­ни­ке, ра­дио­ли­за ком­по­нен­тов воз­ду­ха (N₂, O₂, CO₂) и т. д. В свя­зи с дей­ст­ви­ем ио­ни­зи­рую­щих из­лу­че­ний на ор­га­низ­мы воз­ник­ла не­об­хо­ди­мость в де­таль­ном ис­сле­до­ва­нии ра­диа­ци­он­но-хи­мич. пре­вра­ще­ний в био­по­ли­ме­рах. В этот пе­ри­од был на­ко­п­лен боль­шой мас­сив экс­пе­рим. дан­ных о ра­диа­ци­он­ной стой­ко­сти ве­ществ и ма­те­риа­лов, ус­та­нов­ле­ны ко­ли­че­ст­вен­ные за­ко­но­мер­но­сти мн. ра­диа­ци­он­но-хи­ми­че­ских ре­ак­ций – был пред­ло­жен ме­ха­низм ра­дио­ли­за во­ды и вод­ных рас­тво­ров, ин­ди­ви­ду­аль­ных ор­га­нич. со­еди­не­ний и по­ли­ме­ров, раз­ра­бо­та­ны на­уч. ос­но­вы ис­поль­зо­ва­ния ра­дио­за­щит­ных средств. Раз­ра­бо­тан­ный в 1960-х гг. ме­тод им­пульс­но­го ра­дио­ли­за по­зво­лил иден­ти­фи­ци­ро­вать про­ме­жу­точ­ные ко­рот­ко­жи­ву­щие про­дук­ты ра­диа­ци­он­но-хи­мич. пре­вра­ще­ний во мно­гих сис­те­мах и изу­чить их свой­ст­ва, в т. ч. ус­та­но­вить об­ра­зо­ва­ние соль­ва­ти­ро­ван­ных элек­тро­нов при ра­дио­ли­зе по­ляр­ных жид­ко­стей. Ре­зуль­та­ты ра­бот по изу­че­нию ра­диа­ци­он­но-ини­ции­ро­ван­ной по­ли­ме­ри­за­ции, мо­ди­фи­ка­ции по­ли­мер­ных ма­те­риа­лов, вул­ка­ни­за­ции ре­зин, ини­ции­ро­ва­нию хи­мич. син­те­за и т. д. за­ло­жи­ли ос­но­вы ра­диа­ци­он­но-хи­ми­че­ской тех­но­ло­гии (см. Ра­дио­лиз).

Современное состояние и тенденции развития

В на­стоя­щее вре­мя совр. тео­ре­ти­че­скую Р. х. ха­рак­те­ри­зу­ет де­таль­ное ис­сле­до­ва­ние ме­ха­низ­ма об­ра­зо­ва­ния ко­рот­ко­жи­ву­щих про­дук­тов ра­дио­ли­за разл. ве­ществ в за­ви­си­мо­сти от при­ро­ды из­лу­че­ния, мощ­но­сти до­зы и по­гло­щён­ной до­зы из­лу­че­ния, темп-ры и др. па­ра­мет­ров. Ус­та­нов­ле­ны ко­ли­че­ст­вен­ные за­ко­но­мер­но­сти ра­дио­ли­тич. пре­вра­ще­ний в га­зах, во­де и вод­ных рас­тво­рах, не­ор­га­нич. и ор­га­нич. ве­ще­ст­вах и по­ли­ме­рах. Тео­ре­тич. пред­став­ле­ния вме­сте с об­шир­ной ба­зой экс­пе­рим. дан­ных, а так­же на­ли­чие аде­к­ват­ных ма­те­ма­тич. мо­де­лей про­цес­сов и про­грамм­ных средств для их опи­са­ния по­зво­ля­ют не толь­ко объ­яс­нять, но и пред­ви­деть пу­ти про­те­ка­ния ра­диа­ци­он­но-хи­мич. про­цес­сов в разл. сис­те­мах. Это да­ёт воз­мож­ность удов­ле­тво­рять по­треб­но­сти атом­ной энер­ге­ти­ки и ра­дио­хи­мич. пром-сти, ра­ди­ац. ма­те­риа­ло­ве­де­ния в ус­ло­ви­ях кос­мич. про­стран­ст­ва, а так­же ме­ди­цин­ской ра­дио­логии, ядер­ной ме­ди­ци­ны и ра­дио­эко­ло­гии.

Осн. на­прав­ле­ни­ем даль­ней­ше­го раз­ви­тия Р. х. яв­ля­ет­ся изу­че­ние ра­дио­ли­за ве­ществ, ма­те­риа­лов и из­де­лий из них в экс­тре­маль­ных ус­ло­ви­ях – при вы­со­ких темп-рах, дав­ле­ни­ях, сверх­вы­со­ких и сверх­ма­лых мощ­но­стях до­зы. Осо­бый ин­те­рес пред­став­ля­ют ис­сле­до­ва­ния воз­дей­ст­вия из­лу­че­ний на на­но­си­сте­мы, объ­ек­ты ядер­ной ме­ди­ци­ны и ра­дио­фарм­пре­па­ра­ты.

Основные методы исследования

Ак­тив­но ис­поль­зу­ют­ся об­щие ме­то­ды хи­ми­че­ско­го ана­ли­за, им­пульс­ный ра­дио­лиз с ис­поль­зо­ва­ни­ем совр. вре­мя­раз­ре­шён­ных (до пи­ко­се­кунд­но­го) ме­то­дов де­тек­ти­ро­ва­ния кон­цен­тра­ций ве­ществ и фи­зи­ко-хи­мич. свойств ис­сле­дуе­мых объ­ек­тов. Раз­ви­ва­ет­ся ком­пь­ю­тер­ное мо­де­ли­ро­ва­ние ра­диа­ци­он­но-хи­мич. про­цес­сов, осо­бен­но в ядер­ной энер­ге­ти­ке и ра­дио­эко­ло­гии.

Прак­ти­че­ское зна­че­ние. Осн. при­клад­ные за­да­чи Р. х.: ра­диа­ци­он­но-хи­мич. ме­то­ды ге­не­ри­ро­ва­ния соль­ва­ти­ро­ван­ных элек­тро­нов, сво­бод­ных ра­ди­ка­лов и ион-ра­ди­ка­лов, ио­нов ме­тал­лов в не­обыч­ных сте­пе­нях окис­ле­ния ши­ро­ко ис­поль­зу­ют­ся для ис­сле­до­ва­ния свойств и ре­ак­ци­он­ной спо­соб­но­сти этих про­дук­тов; ра­диа­ци­он­но-хи­мич. син­тез не­ор­га­нич. и ор­га­нич. со­еди­не­ний с уни­каль­ны­ми свой­ст­ва­ми, мо­ди­фи­ци­ро­ва­ние при­род­ных и син­те­тич. по­ли­ме­ров, по­лу­че­ние по­ли­мер­ных ком­по­зиц. ма­те­риа­лов, в т. ч. на­но­струк­ту­ри­ро­ван­ных, и по­кры­тий; по­лу­че­ние на­но­по­рош­ков с за­дан­ны­ми раз­ме­ра­ми; ра­диа­ци­он­но-хи­мич. во­до­под­го­тов­ка и во­до­очи­ст­ка, сте­ри­ли­за­ция ле­карств и мед. пре­па­ра­тов, кон­сер­ви­ро­ва­ние пи­ще­вых про­дук­тов и кор­мов для жи­вот­ных; ра­ди­ац. ма­те­риа­ло­ве­де­ние – оп­ре­де­ле­ние ра­ди­ац. стой­ко­сти ве­ществ, ма­те­риа­лов и из­де­лий из них.