放射性化学与核化学

放射性化学与核化学第1页/共25页12.2（n,γ）反应的化学效应反冲能ER可通过下式计算：ER——反冲能;M——反冲核的质量；V——反冲核的速度；pR——反冲核的动量；p——出射粒子的动量。第2页/共25页

(n,γ)反应的反冲原子的能量计算：若Eg的单位采用MeV，M采用原子质量单位,则生成核R的反冲能量为：ER=536Eg2/M(eV)

第3页/共25页例题在127I（n,γ）128I核反应中，放出的光子能量为４MeV，则生成核128I的反冲能量为多少？解：ER=536Eγ2/M

ER=536x16/128=67eV第4页/共25页12.3α衰变化学α衰变反冲能的计算,

M

a

——

a粒子的质量；

Ea

——

a粒子的能量；

M

——反冲核的质量。放射性衰变放出的a粒子的能量在1.83MeV

（144Nd

）和11.7MeV

（212mPo）之间，a衰变的子体具有很高的反冲能，一般都在0.1MeV数量级，远远大于化学键能，因此必然使化学键断裂。第5页/共25页例题222Rn经衰变成218Po，发射的粒子的能量E=5.489MeV（99.9%），218Po得到的反冲能量为多少？解：第6页/共25页12.4β衰变化学β衰变时产物核获得的反冲能量与其质量、衰变能Q及其在β粒子和中微间的分配方式、以及它们的出射方向间的夹角等有关。当放出的β粒子的动能等于该组β射线的最大能量Emax时，中微子的动能等于0。对于高速度运动的电子，在计算其动量时要考虑相对论效应，第7页/共25页上式中E为电子的总能（=动能+静质量能），me、pe和Ee分别为电子的静质量、动量和动能。考虑相对论效应后，引入对反冲能的修正项。当发射单能电子时，根据式（12-4）式可以导得：当Ee用MeV为单位，me和M用原子质量单位时，可得：上述可用于计算b衰变过程的最大反冲能量，也适用于计算发射内转换电子的反冲能。第8页/共25页例如,l4C衰变放射的粒子的最大能量为0.156MeV,其最大反冲能为：ER,max=536x0.1562/14+5480.156/14=7.04eV轻核（如12B，8Li）放出的b粒子能量很高,ER,max可高达数keV。中重核的发射的b粒子的最大能量约为l-2MeV,

ER,max值为101-102eV，高于化学键能。平均反冲能约为最大反冲能的一半。第9页/共25页衰变物

产物

产额（%）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-衰变产物分布第10页/共25页

12.5γ跃迁化学同质异能转变可以有三种形式：l.放出光子；2.放出内转换电子；3.形成电子偶。其中前二种形式是主要的。第11页/共25页第12页/共25页分子爆炸空穴串级过程的时间在l0-16l0-15s，比分子振动的时间标度（l0-14l0-12s）要短得多，积聚的正电荷通过分子内部电荷再分布。分子内部的正电荷之间的强烈的库仑斥力导致分子爆炸（molecularexplosion）。分子爆炸又称为库仑爆炸（Coulombexplosion）。同质异能跃迁的内转换系数大小对化学效应的影响很大； 引起化学键断裂的主要因素是内转换系数，而不是反冲能的大小。第13页/共25页

综上所述,不同的核反应过程,引起化学键断裂的因素是不同的。对于(γ,n)反应反冲能量比化学键能高几个数量级,它必然是断键的主要原因。同质异能跃迁和电子俘获的反冲能量小,一般不足以破坏化学键,而Auger效应的空穴串级则是断键的主要原因。衰变引起化学效应的因素比较复杂,其断键的主要原因有衰变子体核的反冲,电子震脱,以及原子的激发和内转换引起的Auger效应等因素。对于最常见的(n,γ)反应来说,反应中放出光子获得的反冲能量是断键的主要原因。第14页/共25页12.6热原子化学的应用12.6.1氟的反冲化学

研究氟的反冲化学一般均利用l8F（T1/2=109.7min）,无载体的18F可用18O(p,n)18F、16O(α,d)18F和16O(t,n)18F等反应大量生产。通过19F(n,2n)18F和19F(γ,n)18F反应制备的18F是有载体的。通过氟的反冲化学的研究可以获得氟化物特别是有机氟化物化学的反应机制方面的知识。第15页/共25页反应方式反应产物及其相对产额氢提取反应氟提取反应氢置换反应氟置换反应CH3置换反应CF3置换反应H18F（51%）FI8F（5.4%）CF2.CH218F（8.2%）CF218FCH3（3.6%）CF318F（5.8%）CH3I8F（8.2%）表12-1418F的各种初级反应的反应产物第16页/共25页12.6.2新化合物的制备

在衰变中，子体原子的化合价增加１当放射性原子是分子的一部分且b-衰变后没有因反冲而与分子的其余部分分离开时，b-衰变引起的核电荷数改变导致形成相邻元素的类似化合物。用这种方法曾制得一些无载体的原先未知的化合物。第17页/共25页例子：二苯锝，它在芳烃配合物系列中的存在过去是有疑问的，因为相应的铼配合物Re(C6H6)2是稳定的，而锰配合物是不稳定的。为了考察锝配合物的稳定性，先制备二苯钼-99Mo，期望经过衰变会生成相应的锝化合物。二苯锝阳离子可以分离出来，收率达到80-90%。第18页/共25页12.6.3用反冲原子直接标记第19页/共25页12.6.4生物化学中的反冲效应（1）放射性衰变本身,即一种新元素的形成和衰变引起的反冲。这种效应在125I的情况下是主要的；（2）衰变能，如β粒子能量的传递。能量的释放还影响到衰变原子的周围环境。这种效应被称为“β辐解”，在3H，14C，和32P的情况下是主要的。观察到的效应可归结为以下两方面：第20页/共25页第21页/共25页单链断裂：(SSB)

DNA损伤（分子水平）双链断裂：(DSB)错误修复C可以实现无差错修复第22页/共25页表12-1