Радиационно-химический выход (G) определяется как количество молей вещества, образующегося или разрушающегося под действием единицы энергии облучения, обычно выражается в молях на 100 эВ поглощённой энергии. Этот параметр является ключевым показателем эффективности радиационно-химических процессов, поскольку связывает поглощённую дозу и количественные изменения вещества.
Формально радиационно-химический выход определяется уравнением:
[ G = , ]
где (N) — число молей образованного или разрушенного вещества, а (E_{}) — энергия, поглощённая системой. Величина (G) позволяет сравнивать эффективность различных излучений и условий радиационного воздействия.
Продукты разложения — вещества, образующиеся в результате радиолиза молекул под действием ионизирующего излучения. Для воды основными продуктами являются гидроксил-радикалы (OH·), атомы водорода (H·), водород (H₂) и перекись водорода (H₂O₂). Радиационно-химические выходы этих продуктов имеют следующие тенденции:
Продукты синтеза — вещества, формирующиеся в результате соединения радиационно-активных радикалов. Например, димеризация гидроксильных радикалов ведёт к образованию перекиси водорода. Эти процессы часто имеют меньшие выходы по сравнению с первичными продуктами, но играют критическую роль в химии среды.
Прямые и косвенные выходы — различие определяется механизмом образования продукта. Прямые выходы возникают при непосредственном взаимодействии ионизирующего излучения с молекулой-мишенью. Косвенные выходы формируются через промежуточные радикалы, например, H· или OH·, которые затем реагируют с другими молекулами среды.
Тип излучения — α-, β-, γ-излучение и рентгеновские лучи различаются по линейной передаче энергии (LET), что сильно влияет на G-продукты. Высокое LET (α-частицы) приводит к более локализованному образованию радикалов и снижению выхода летучих продуктов, таких как H₂.
Температура и давление — повышение температуры ускоряет диффузию радикалов, увеличивая вероятность их рекомбинации, что может уменьшать выход отдельных химических продуктов. Давление влияет на образование газообразных продуктов; высокое давление подавляет выделение H₂.
Состав и фаза среды — наличие растворённых солей, кислорода, органических соединений изменяет радиационно-химические выходы через реакцию с промежуточными радикалами. Например, кислород увеличивает выход перекиси водорода за счёт реакции с H· и OH·.
Концентрация вещества-мишени — при малых концентрациях преобладает косвенный механизм радиационного воздействия, что обычно снижает G-продукты разложения. При высоких концентрациях прямой эффект становится доминирующим.
Колориметрический анализ — применяется для определения количественного содержания продуктов, таких как H₂O₂, с использованием специфических индикаторных реакций.
Газовая хроматография — позволяет измерять G-продукты газообразных веществ, включая H₂ и O₂, с высокой точностью.
Радиохимический метод с тритием или углеродом-14 — используется для отслеживания химических превращений и количественной оценки выхода продуктов.
Электрохимические методы — определяют концентрацию радикалов и окисленных соединений в растворе, особенно эффективны для быстрых промежуточных стадий радиолиза.
Радиационная химия воды — определение G-продуктов критично для ядерной энергетики и радиационной защиты. Знание выходов позволяет прогнозировать образование газов и коррозионных продуктов в охлаждающих системах.
Синтез радиохимических соединений — эффективное формирование радиоактивных меток для медицинской диагностики и терапии напрямую зависит от радиационно-химических выходов.
Материаловедение — предсказание радиационной стойкости полимеров и органических материалов базируется на оценке G-разрушений макромолекул под облучением.
Экологическая радиохимия — радиационно-химические выходы помогают моделировать образование токсичных продуктов и прогнозировать поведение радионуклидов в природных водоёмах.
Радиационно-химические выходы являются фундаментальной характеристикой процессов взаимодействия ионизирующего излучения с веществом. Они интегрируют информацию о типе излучения, свойствах среды и механизмах образования продуктов, что позволяет количественно описывать химические изменения под воздействием радиации и прогнозировать последствия для материалов, биологических систем и технологических процессов.