Файл: Пикаев, А. К. Дозиметрия в радиационной химии.pdf

Г л а в а VII

ГАЗООБРАЗНЫЕ ВЕЩЕСТВА КАК ДОЗИМЕТРИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ

В радиационной химии (преимущественно при исследовании радиолиза газов) находят применение в дозиметрических целях некоторые газообразные вещества. К их числу относятся угле­ водороды (главным образом метан [1 , 2 ], н-пентан [3], этилен

[4—10] и ацетилен [5, И —18]), закись азота [4, 7, 19—45], другие окислы азота [29, 46], кислород [47—49], воздух [29], газообраз­ ный сероуглерод [50]. Характеристики газообразных дозиметри­ ческих систем представлены в табл. 50.

1.Углеводороды

Вслучае метана, этапа, н-пеитана, этилена и пропилена велпчпна дозы определяется по количеству водорода, образующе­ гося в результате облучения. Наиболее удобно измерять возника­ ющий водород методом газовой хроматографии.

При радиолизе метана [53] выход водорода не зависит от дозы до 5-107 рад, мощности дозы в исследованном интервале (от 1 0 до 8-104 рад!сек), температуры от 20 до 100° С и давления от 13 ш

рт. ст. до 25 атм.

Из числа углеводородов в дозиметрическом отношении наи­ более подробно исследован этилен. Для у-излученпя е0Со и элек­ тронов с эпергпей 1—2 Мэе измеренные значения G(H2) колеб­

числа является этилен (давление — несколько десятых атмосферы, температура ~ 25° С).

При облучении ацетилена образуются преимущественно по­ лимер высокого молекулярного веса и бензол; выход же водорода весьма мал (см., например, [65]). В результате этого давление газа в ячейке уменьшается. Эта особенность и используется в це­ лях дозиметрии [5, 11—18]. С помощью ацетилена можно измерять

310

дозы до ~ 1 0 7 рад. Однако радиационно-химический выход про­

цесса зависит от температуры, давления и мощности дозы. Так, по данным работы [17], при варьировании этих параметров G(—С2Н 2) изменяется в интервале 70—110 молек./ЮО эв. Очевид­

но, это является существенным недостатком ацетиленовой дози­ метрической системы.

211

2. Закись азота

N»0 при радиолызе разлагается с образованием азота, кисло­ рода и окиси азота. Общая начальная реакция разложения выражается уравнением

При сравнительно высоких давлениях реакция (2) в газовой фазе протекает быстро. Однако при давлениях ниже 10 мм рт. ст. эта реакция медленная, и она идет на стенках ячейки или в ‘низко­ температурной ловушке, используемой в анализе. В этих усло­ виях может иметь место и реакция

Впервые использование закиси азота в качестве дозиметриче­ ской системы было предложено II. Хартеком и С. Дондесом [19, 20]. Позже возможность применения N 0 2 для дозиметрии иони­

зирующих излучений исследовалась многими авторами [4, 7, 2 1 -4 5 ].

Имеющиеся в литературе данные о выходах продуктов радиолиза N20 противоречивы. Приводились следующие величины этих выходов для у-лучей 60Со и электронов (в молек./ЮО эв) при обыч­

что на результаты измерения выходов существенное влияние ока­ зывают условия проведения экспериментов. В частности, одной из причин может быть то обстоятельство, что на стейках ячеек

электронов с энергией 1 Мэв дала следующие значения начальных

= 12,0 ± 0,4 молек./ЮО эв.

Выходы продуктов радиолиза N20 не зависят от температуры в диапазоне от-—81 до 120° С [22]. При более высоких температурах выход неконденсирующихся газов (N2 и 0 2) резко возрастает [2 2 ].

Согласно [26], G(N2) равен 10 молек./ЮО эв при 24° С и 20 молек./ /100 эв при 200° С. По данным работы [35], G(N2) при 376° С при­ мерно в 8 раз больше, чем при 40° С. Низший температурный

предел использования этой системы определяется точкой кипения NaO(—88,5° С). На выход неконденсирующихся газов не оказы­

212

вает влияния изменение давления от 50 мм рт. ст. до почти кри­ тического его значения [19, 23].

Выходы не зависят от дозы до ~ 3 -1 0 в рад. При дозе ~3-10° рад устанавливается равновесное состояние, поскольку азот, кислород и окислы азота вступают в обратные реакции [67, 68]. Мощность дозы вплоть, по крайней мере, до ■~2-108 рад!сек ие оказывает влияния на величину G(N2) [7, 36, 45] (см. главу IX). Выход характеризуется практически одинаковыми значениями для различных видов излучения. Благодаря этому, N20 может применяться для измерения доз тяжелых заряженных частиц и нейтронов (см. главы X и XI). Наконец, закись азота весьма устой­ чива при хранении.

Для анализа продуктов радиолиза N20 можно использовать различные методы. Можно применять обычную технику измере­ ния давления [19, 20]. После облучения ячейка присоединяется к вакуумной системе. Ыеразложившаяся закись азота и появив­ шаяся при радполизе двуокись азота конденсируются в ловушках, охлаждаемых жидким азотом. Давление азота и кислорода на­ ходится при помощи манометра. Затем в систему вводится водо­ род, и после его сжигания определяется соотношение между азотом и кислородом. Согласно [21], для переноса несжижающихся газов из облученной ячейки в вакуумную систему можно применять насос Тепплера. С. В. Стародубцев и Е. В. Яковлева [30, 31] для регистрации доз использовали термопарные лампы ЛТ-2, наполненные закисью азота. Через час после облучения окислы азота вымораживались без вскрытия ампул, а количество азота и кислорода измерялось после устаповлеиия температур­ ного равновесия с помощью вакууметра. Если вымораживание производить сразу же после облучения, то получаются невоспро­

/100 эв (точность ±Ю %). Варьирование давления NaO от 0,1 до 760 мм рт. ст. позволяет определять дозы 104—109 рад. При боль­ ших дозах измерения можно производить колориметрически без вскрытия ампулы (по окраске образовавшейся двуокиси азота) [19, 20]. Наконец, анализ можно осуществить хроматографическим (например, применением колонок из молекулярных спт [23]) и масс-спектрометрическим методами.

При проведении дозиметрии необходимо применять меди­ цинскую закись азота. Перед употреблением она должна быть очищена путем нескольких циклов замораживания и размора­ живания. Ячейка должна быть «промыта» очищенной закисью

азота.

Облучение закиси азота проводят обычно в ячейках из стекла или кварца. При работе с ячейка.ми из нержавеющей стали не­ обходимо помнить о том, что этот материал оказывает каталити­ ческое действие на процесс разложения закиси азота [4]. По данным Ф. Лампе и др. [4], прирост выхода азота AG(N2) за счет

213