Radiation chemistry
विकिरण रसायन विज्ञान परमाणु रसायन विज्ञान का एक उपखंड है जो पदार्थ पर आयनीकरण विकिरण के रासायनिक प्रभावों का अध्ययन करता है। यह रेडियोकेमिस्ट्री से काफी अलग है, क्योंकि विकिरण द्वारा रासायनिक रूप से परिवर्तित होने वाली सामग्री में कोई रेडियोधर्मिता मौजूद होने की आवश्यकता नहीं है। एक उदाहरण पानी का हाइड्रोजन गैस और हाइड्रोजन पेरोक्साइड में रूपांतरण है। जैसे-जैसे आयनीकरण विकिरण पदार्थ के माध्यम से आगे बढ़ता है, इसकी ऊर्जा अवशोषक के इलेक्ट्रॉनों के साथ बातचीत के माध्यम से जमा होती है। विकिरण और अवशोषित करने वाली प्रजातियों के बीच एक अंतःक्रिया का परिणाम एक परमाणु या आणविक बंधन से एक इलेक्ट्रॉन को हटाकर रेडिकल और उत्तेजित प्रजाति बनाना है। इसके बाद कट्टरपंथी प्रजातियाँ एक दूसरे के साथ या अपने आसपास के अन्य अणुओं के साथ प्रतिक्रिया करने के लिए आगे बढ़ती हैं। यह कट्टरपंथी प्रजातियों की प्रतिक्रियाएं हैं जो एक रासायनिक प्रणाली के विकिरण के बाद देखे गए परिवर्तनों के लिए जिम्मेदार हैं। आवेशित विकिरण प्रजातियाँ (α और β कण) अवशोषित माध्यम में इलेक्ट्रॉनों के आवेशों और आवेशित विकिरण कण के बीच कूलम्बिक बलों के माध्यम से परस्पर क्रिया करती हैं। ये अंतःक्रियाएँ आपतित कण के मार्ग पर तब तक लगातार होती रहती हैं जब तक कि कण की गतिज ऊर्जा पर्याप्त रूप से समाप्त नहीं हो जाती। बिना आवेशित प्रजातियाँ (γ फोटॉन, एक्स-रे) प्रति फोटॉन एक घटना से गुजरती हैं, जो पूरी तरह से फोटॉन की ऊर्जा का उपभोग करती हैं और एक एकल परमाणु से एक इलेक्ट्रॉन के निकास की ओर ले जाती हैं। पर्याप्त ऊर्जा वाले इलेक्ट्रॉन अवशोषक माध्यम के साथ β विकिरण के समान बातचीत करने के लिए आगे बढ़ते हैं। एक महत्वपूर्ण कारक जो विभिन्न विकिरण प्रकारों को एक दूसरे से अलग करता है, वह है रैखिक ऊर्जा हस्तांतरण (एल. ई. टी.), जो वह दर है जिस पर अवशोषक के माध्यम से यात्रा की गई दूरी के साथ विकिरण ऊर्जा खो देता है। निम्न एल. ई. टी. प्रजातियाँ आमतौर पर कम द्रव्यमान वाली होती हैं, या तो फोटॉन या इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान प्रजातियाँ (β कण, पॉज़िट्रॉन) और अवशोषक के माध्यम से अपने मार्ग के साथ विरल रूप से बातचीत करती हैं, जिससे प्रतिक्रियाशील कट्टरपंथी प्रजातियों के अलग-अलग क्षेत्र होते हैं। उच्च एल. ई. टी. प्रजातियाँ आमतौर पर एक इलेक्ट्रॉन की तुलना में द्रव्यमान में अधिक होती हैं, उदाहरण के लिए α कण, और तेजी से ऊर्जा खो देते हैं जिसके परिणामस्वरूप एक दूसरे के निकट आयनीकरण घटनाओं का एक समूह होता है। नतीजतन, भारी कण अपनी उत्पत्ति से अपेक्षाकृत कम दूरी तय करता है। विकिरण से ऊर्जा के अवशोषण के बाद प्रतिक्रियाशील प्रजातियों की उच्च सांद्रता वाले क्षेत्रों को स्पर्स कहा जाता है। कम एल. ई. टी. विकिरण के साथ विकिरणित माध्यम में, स्पर्स पूरे ट्रैक पर विरल रूप से वितरित होते हैं और परस्पर क्रिया करने में असमर्थ होते हैं। उच्च एल. ई. टी. विकिरण के लिए, स्पर्स ओवरलैप कर सकते हैं, जिससे अंतर-स्पर प्रतिक्रियाओं की अनुमति मिलती है, जिससे कम एल. ई. टी. विकिरण की समान ऊर्जा के साथ विकिरणित एक ही माध्यम की तुलना में उत्पादों की अलग-अलग पैदावार होती है। सॉल्वेटेड इलेक्ट्रॉनों द्वारा कार्बनिक पदार्थों में कमी हाल ही में काम का एक क्षेत्र विकिरण द्वारा विषाक्त कार्बनिक यौगिकों का विनाश रहा है; विकिरण के बाद, "डाइऑक्सिन" (पॉलीक्लोरोडिबेंजो-पी-डाइऑक्सिन) को उसी तरह डीक्लोरिनेटेड किया जाता है जैसे पी. सी. बी. को बाइफिनाइल और अकार्बनिक क्लोराइड में परिवर्तित किया जा सकता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि सॉल्वेटेड इलेक्ट्रॉन कार्बनिक यौगिक के साथ प्रतिक्रिया करके एक रेडिकल आयनन बनाते हैं, जो क्लोराइड आयनन के नुकसान से विघटित हो जाता है। यदि आइसोप्रोपेनॉल या खनिज तेल में पी. सी. बी. के डीऑक्सीजेनेटेड मिश्रण को गामा किरणों के साथ विकिरणित किया जाता है, तो पी. सी. बी. को अकार्बनिक क्लोराइड और बाइफिनाइल बनाने के लिए डीक्लोरिनेटेड किया जाएगा। यदि पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड (कास्टिक पोटाश) मिलाया जाता है तो आइसोप्रोपेनॉल में प्रतिक्रिया सबसे अच्छा काम करती है। आधार हाइड्रॉक्सीडाइमिथाइलमिथाइल रेडिकल को एसीटोन और एक सॉल्वेटेड इलेक्ट्रॉन में परिवर्तित करने के लिए डिप्रोटोनेट करता है, जिसके परिणामस्वरूप क्लोराइड का जी मान (प्रणाली में जमा विकिरण के कारण दी गई ऊर्जा के लिए उपज) बढ़ाया जा सकता है क्योंकि विकिरण अब एक श्रृंखला प्रतिक्रिया शुरू करता है, गामा किरणों की क्रिया से बने प्रत्येक सॉल्वेटेड इलेक्ट्रॉन अब एक से अधिक पी. सी. बी. अणु को परिवर्तित कर सकते हैं। यदि मिश्रण में ऑक्सीजन, एसीटोन, नाइट्रस ऑक्साइड, सल्फर हेक्साफ्लोराइड या नाइट्रोबेंजीन मौजूद है, तो प्रतिक्रिया दर कम हो जाती है। यह काम हाल ही में अमेरिका में किया गया है, जिसमें अक्सर विकिरण स्रोत के रूप में परमाणु ईंधन का उपयोग किया जाता है। एरिल क्लोराइड के विनाश पर काम के अलावा, यह दिखाया गया है कि एलिफैटिक क्लोरीन और ब्रोमिन यौगिक जैसे परक्लोरोएथिलीन, फ्रॉन (1,1,2-ट्राइक्लोरो-1,2,2-ट्राइफ्लोरोएथेन) और हेलन-2402 (1,2-डाइब्रोमो-1,1,2,2-टेट्राफ्लोरोएथेन) को क्षारीय आइसोप्रोपेनॉल घोल पर विकिरण की क्रिया से डीहैलोजेनेट किया जा सकता है। एक बार फिर एक श्रृंखला प्रतिक्रिया की सूचना मिली है। विकिरण द्वारा कार्बनिक यौगिकों की कमी पर काम के अलावा, कार्बनिक यौगिकों के विकिरण प्रेरित ऑक्सीकरण पर कुछ काम किए जाने की सूचना मिली है। उदाहरण के लिए, कोयले से सल्फर को हटाने के लिए रेडियोजेनिक हाइड्रोजन पेरोक्साइड (विकिरण द्वारा निर्मित) का उपयोग बताया गया है। इस अध्ययन में यह पाया गया कि कोयले में मैंगनीज डाइऑक्साइड के जुड़ने से सल्फर हटाने की दर में वृद्धि हुई। पानी में नाइट्रोबेंजीन का क्षरण और ऑक्सीकरण दोनों स्थितियों में होने की सूचना मिली है। धातु यौगिकों में कमी सॉल्वेटेड इलेक्ट्रॉनों द्वारा कार्बनिक यौगिकों में कमी के अलावा यह बताया गया है कि विकिरण पर पी. एच. 4.1 पर एक परटेक्नीटेट विलयन को टेक्नीटियम डाइऑक्साइड के कोलॉइड में परिवर्तित किया जाता है। पी. एच. 1.8 घुलनशील टी. सी. (IV) परिसरों पर एक विलयन का विकिरण बनता है। पी. एच. 2.7 पर विलयन का विकिरण कोलॉइड और घुलनशील टी. सी. (IV) यौगिकों का मिश्रण बनाता है। सेकिन, एच. नरुशिमा, टी. सुजुकी, टी. ताकायामा, एच. कुडो, एम. लिन और वाई. कात्सुमुरा, कोलॉइड और सतह एः भौतिक रासायनिक और इंजीनियरिंग पहलू, 2004, '249 (1-3), गामा विकिरण का उपयोग आयरन ऑक्साइड (एफई2ओ3) पर सोने के नैनोकणों के संश्लेषण में किया गया है। यह दिखाया गया है कि सीसा यौगिकों के जलीय विलयनों के विकिरण से मौलिक सीसा बनता है। जब बेंटोनाइट और सोडियम फॉर्मेट जैसे अकार्बनिक ठोस मौजूद होते हैं तो जलीय घोल से सीसा हटा दिया जाता है। पॉलिमर संशोधन एक अन्य प्रमुख क्षेत्र पॉलिमर को संशोधित करने के लिए विकिरण रसायन विज्ञान का उपयोग करता है। विकिरण का उपयोग करके, मोनोमर्स को पॉलिमर में बदलना, पॉलिमर को क्रॉस-लिंक करना, और पॉलिमर को तोड़ना संभव है-बायोमेडिकल अनुप्रयोगों के लिए हाइड्रोजेल का विकिरण निर्माण; विकिरण तकनीक का उपयोग-जलीय घोल में पॉलिमर के विकिरण-प्रेरित क्रॉस-लिंकिंग का तंत्र मानव निर्मित और प्राकृतिक पॉलिमर (जैसे कार्बोहाइड्रेट) दोनों को इस तरह से संसाधित किया जा सकता है। जल रसायन विज्ञान जैविक प्रणालियों पर विकिरण के हानिकारक प्रभाव (कैंसर और तीव्र विकिरण चोटों का प्रेरण) और विकिरण चिकित्सा के उपयोगी प्रभाव दोनों में पानी का विकिरण रसायन शामिल है। जैविक अणुओं का विशाल बहुमत एक जलीय माध्यम में मौजूद होता है; जब पानी विकिरण के संपर्क में आता है, तो पानी ऊर्जा को अवशोषित करता है, और परिणामस्वरूप रासायनिक रूप से प्रतिक्रियाशील प्रजातियां बनती हैं जो घुलनशील पदार्थों (विलेय) के साथ बातचीत कर सकती हैं। पानी को एक घुलनशील इलेक्ट्रॉन और H2O + बनाने के लिए आयनित किया जाता है, H2O + कैटायन पानी के साथ प्रतिक्रिया करके एक हाइड्रेटेड प्रोटॉन (H3O +) और एक हाइड्रॉक्सिल रेडिकल (HO.) बना सकता है। इसके अलावा, घुलनशील इलेक्ट्रॉन पानी की उत्तेजित स्थिति बनाने के लिए H2O + धनायन के साथ पुनः संयोजन कर सकता है। यह उत्तेजित अवस्था तब हाइड्रॉक्सिल रेडिकल (एच. ओ.) जैसी प्रजातियों में विघटित हो जाती है। ), हाइड्रोजन परमाणु (एच.) और ऑक्सीजन परमाणु (ओ.)। अंत में, सॉल्वेटेड इलेक्ट्रॉन सॉल्वेटेड प्रोटॉन या ऑक्सीजन अणु जैसे सॉल्यूट्स के साथ प्रतिक्रिया करके क्रमशः हाइड्रोजन परमाणु और डाइऑक्साइड रेडिकल आयन बना सकते हैं। यह तथ्य कि ऑक्सीजन विकिरण रसायन विज्ञान को बदल देता है, एक कारण हो सकता है कि ट्यूमर के केंद्र में डीऑक्सीजेनेटेड ऊतक की तुलना में ऑक्सीजन युक्त ऊतक विकिरण के प्रति अधिक संवेदनशील होते हैं। मुक्त कण, जैसे हाइड्रॉक्सिल रेडिकल, रासायनिक रूप से डी. एन. ए. जैसे जैव अणुओं को संशोधित करते हैं, जिससे डी. एन. ए. तारों में टूटने जैसी क्षति होती है। कुछ पदार्थ पानी के विकिरण से उत्पन्न प्रतिक्रियाशील प्रजातियों के साथ प्रतिक्रिया करके विकिरण-प्रेरित क्षति से बचा सकते हैं। यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि विकिरण द्वारा उत्पन्न प्रतिक्रियाशील प्रजातियां निम्नलिखित प्रतिक्रियाओं में भाग ले सकती हैं; यह गैर-विद्युत रासायनिक प्रतिक्रियाओं के विचार के समान है जो विद्युत रासायनिक घटना का पालन करती हैं जो एक गैर-प्रतिवर्ती घटना होने पर चक्रीय वोल्टैमेट्री में देखी जाती है। उदाहरण के लिए, सॉल्वेटेड इलेक्ट्रॉनों और एस. एफ. 6 की प्रतिक्रिया से बने एस. एफ. 5 रेडिकल आगे की प्रतिक्रियाओं से गुजरते हैं जिससे हाइड्रोजन फ्लोराइड और सल्फ्यूरिक एसिड का निर्माण होता है। पानी में, हाइड्रॉक्सिल रेडिकल की डाइमराइजेशन प्रतिक्रिया हाइड्रोजन पेरोक्साइड बना सकती है, जबकि खारा प्रणालियों में क्लोराइड आयनों के साथ हाइड्रॉक्सिल रेडिकल की प्रतिक्रिया हाइपोक्लोराइट आयन बनाती है। भूमिगत जल पर विकिरण की क्रिया हाइड्रोजन के निर्माण के लिए जिम्मेदार है जिसे बैक्टीरिया द्वारा मीथेन में परिवर्तित किया जाता है। औद्योगिक प्रसंस्करण उपकरणों में प्रयुक्त उपकरण विकिरण रसायन सामग्री को संसाधित करने के लिए, या तो एक गामा स्रोत या एक इलेक्ट्रॉन किरण का उपयोग किया जा सकता है। अंतर्राष्ट्रीय प्रकार IV (वेट स्टोरेज) इरेडिएटर एक सामान्य डिजाइन है, जिसमें से JS6300 और JS6500 गामा स्टरलाइज़र ('नॉर्डियन इंटरनेशनल' द्वारा निर्मित, जो 'कनाडा लिमिटेड की परमाणु ऊर्जा' के रूप में व्यापार करते थे) विशिष्ट उदाहरण हैं। इन विकिरण संयंत्रों में, स्रोत को उपयोग में नहीं होने पर पानी से भरे गहरे कुएं में संग्रहीत किया जाता है। जब स्रोत की आवश्यकता होती है, तो इसे एक स्टील के तार द्वारा विकिरण कक्ष में ले जाया जाता है जहां जिन उत्पादों का उपचार किया जाना है वे मौजूद होते हैं; इन वस्तुओं को डिब्बों के अंदर रखा जाता है जिन्हें एक स्वचालित तंत्र द्वारा कमरे के माध्यम से ले जाया जाता है। डिब्बों को एक बिंदु से दूसरे स्थान पर ले जाने से, सामग्री को एक समान खुराक दी जाती है। उपचार के बाद, उत्पाद को स्वचालित तंत्र द्वारा कमरे से बाहर ले जाया जाता है। विकिरण कक्ष में गामा किरणों को निकलने से रोकने के लिए बहुत मोटी कंक्रीट की दीवारें (लगभग 3 मीटर मोटी) हैं। स्रोत में 60 को छड़ें होती हैं जिन्हें स्टेनलेस स्टील की दो परतों के भीतर सील किया जाता है। लगभग 12.6PBq (340kCi) की कुल गतिविधि के साथ एक रैक बनाने के लिए छड़ को निष्क्रिय डमी छड़ के साथ जोड़ा जाता है। अनुसंधान उपकरण हालांकि गामा नसबंदी के लिए उपयोग किए जाने वाले विकिरणक का उपयोग करके कुछ प्रकार के शोध करना संभव है, लेकिन विज्ञान के कुछ क्षेत्रों में एक समय-समाधान प्रयोग का उपयोग करना आम बात है जहां एक सामग्री विकिरण की नाड़ी (आमतौर पर एक LINAC से इलेक्ट्रॉन) के अधीन होती है। विकिरण की नाड़ी के बाद, सामग्री के भीतर विभिन्न पदार्थों की सांद्रता को उत्सर्जन स्पेक्ट्रोस्कोपी या अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी द्वारा मापा जाता है, इसलिए प्रतिक्रियाओं की दर निर्धारित की जा सकती है। यह पदार्थों की सापेक्ष क्षमताओं को मापने के लिए विलायक (आमतौर पर पानी) पर विकिरण की क्रिया से उत्पन्न प्रतिक्रियाशील प्रजातियों के साथ प्रतिक्रिया करने की अनुमति देता है। इस प्रयोग को पल्स रेडियोलिसिस के रूप में जाना जाता है जो फ्लैश फोटोलिसिस से निकटता से संबंधित है। बाद के प्रयोग में स्पेक्ट्रोस्कोपी द्वारा उत्तेजित अवस्थाओं के क्षय की जांच करने के लिए नमूने को प्रकाश की एक नाड़ी द्वारा उत्तेजित किया जाता है; कभी-कभी नए यौगिकों के गठन की जांच की जा सकती है। फ्लैश फोटोलिसिस प्रयोगों ने ओजोन परत पर हैलोजन युक्त यौगिकों के प्रभावों की बेहतर समझ पैदा की है। कीमोसेंसर एसएडब्ल्यू कीमोसेंसर गैर-आयनिक और गैर-विशिष्ट है। यह सीधे प्रत्येक रासायनिक यौगिक के कुल द्रव्यमान को मापता है क्योंकि यह गैस क्रोमैटोग्राफी कॉलम से बाहर निकलता है और क्रिस्टल की सतह पर संघनित होता है, इस प्रकार क्रिस्टल की मौलिक ध्वनिक आवृत्ति में परिवर्तन होता है। गंध की सांद्रता को सीधे इस एकीकृत प्रकार के डिटेक्टर से मापा जाता है। कॉलम फ्लक्स एक माइक्रोप्रोसेसर से प्राप्त किया जाता है जो लगातार एसएडब्ल्यू आवृत्ति के व्युत्पन्न की गणना करता है। रेडियोलिसिस मिल्टन बर्टन संदर्भ परमाणु रसायन विज्ञान भी देखें।