Radiolys

I fysikk og kjemi , radiolyse er det dekomponering av materiale (fast stoff, væske eller gass) ved ioniserende stråling . Vann kan radiolyseres, men også gasser, mineralsalter og mange organiske molekyler.

Det spesielle tilfellet av radiolys av vann

Fenomenet

Radiolysis av vann er dissosiasjon ved kjemisk nedbrytning av vann (H 2 O) (flytende eller vanndamp) til henholdsvis hydrogen og hydroksyl i form av H- og OH- radikalerUnder påvirkning av intens energistråling Bruddet skyldes den elektroniske eksitasjonen av vannmolekylet under fenomenet ionisering .

Faktorer som hemmer eller forverrer radiolysis

Ulike parametere endrer molekylær og radikal utbytte av vannradiolysis. De kjente faktorene er:

Frie radikaler produsert ved radiolysis er veldig reaktive. Hvis de kan rekombinere i mediet, har de bare en kort levetid.

Historie

Denne molekylære "krakking" ble demonstrert, kort tid etter oppdagelsen av radioaktivitet , av franskmannen André Debierne (1874-1949), som fant at radium var i stand til å bryte ned vannmolekylet for å danne l 'hydrogen og naturlig oksygen, med mulig produksjon av hydrogenperoksid.

Atomforskerne fra Manhattan-prosjektet og deres russiske kolleger som i hemmelighet jobbet med utviklingen av atombomben , fant at tilstedeværelsen av hydrogen bremset radiolysen mens oppløst oksygen eller hydrogenperoksid akselererte den. AO Allen viste så at radioaktivitet kunne katalysere vannet rekombinasjon av H 2og H 2 O 2 i nærvær av H- og OH-radikaler·. Vi observerte også dannelsen ved radiolys av en ny kjemisk enhet: det hydratiserte elektronet (gruppen vannmolekyler festet til et elektron ved tiltrekningen mellom ladningen til sistnevnte og de elektriske dipolmomentene til disse vannmolekylene) sier "e aq -  "(fremhevet av EJ Hart og JW Boag ). Fenomenet ser ut til å ha blitt studert under atmosfæriske kjernefysiske tester , som også produserer ozon , som også er en superoksidant .

Tekniske konsekvenser og risikoer

Radiolysisering av vann utgjør komplekse atomtekniske problemer. Den utilsiktede forekomsten av dette fenomenet er fryktet av designere av atomkraftverk , designere og brukere av kraftige radioaktive kilder, sentrene som utfører behandling eller lagring av radioaktivt avfall eller installasjoner som Tsjernobyl- sarkofagen , fordi i tillegg til det der er en fare for eksplosjon med hydrogen, oksidasjon av metaller og virkningen på sementvannets oppførsel blir fremdeles dårlig tatt i betraktning av modellene, spesielt på mellomlang og lang sikt.

Som eksempel:

Selv en moderat modifisering av en av disse fire faktorene kan i stor grad endre effekten av hydrogen på radiolys av vann. I tillegg har erfaring og datasimuleringer vist at når visse terskler er nådd for konsentrasjonen av oksygen og hydrogenperoksid, begynner vannet plutselig å lyse til hydrogen, oksygen og hydrogenperoksid. I tillegg, når nivåene av oksygen og hydrogenperoksid når en viss terskel, stoppes kjedereaksjonen som førte til å rekombinere molekylene for å produsere vann.

Forskere fortsetter derfor med å studere radiolys av vann utsatt for intens stråling, for å unngå korrosjonseffekt av kretsen og av reaktoren, og spesielt for å unngå sprekker i vannet med fare for hydrogeneksplosjon.

Biologiske konsekvenser ( radiobiologi )

Radiolysis er en destruktiv faktor i cellefunksjon , fordi de fleste levende prosesser er avhengige av vann eller involverer deltakelse av vannmolekyler; gjennom radiolys kan visse typer stråling bidra til oksidativt stress ved å produsere radikaler ( superoksydradikaler ) som også er involvert i forskjellige patologier og i aldring. Ulike laboratorier studerer reaksjonene av oksidasjon og reduksjon av radikaler som skyldes radiolysering av vann på proteiner , DNA (RNA?) Eller lipider .

Det ser ut til at cellene til planter, sopp og lav er bedre i stand til å tåle effekten av radioaktivitet enn de fleste dyreceller. De metallothioneiner som er involvert i håndteringen av tungmetaller og avgiftning av organismer, så vel som superoksid dismutase , er av interesse for forskere for sin evne til å redusere virkningene av radiolyse i celler (anti-radikaler, antioksidanter ).

Helse / miljø og strålevern

Radiolysis har en effekt på de kjemiske formene av radioelementer som frigjøres eller finnes i miljøet, og som transporteres med luft, vann og jord til økosystemer ( bioturbasjon ). Også der er effekten av lave doser, spesielt for molekyler som har et biologisk mål , fremdeles dårlig forstått (eksempel hos mennesker: skjoldbruskkjertel for jod , eller hjerte for cesium ).

Jordens liv og kjemi kan også forstyrres: jorda inneholder vann, og spesielt humus og leire, som har viktige retensjonsfunksjoner. Forskjellige komponenter i jorden kan radiolyseres, og de radiolytiske produktene vil tilføre deres effekter til stråling på levende celler og endre retensjonskapasiteten til leire, trekull og humus og molekyler i oppløsning i vann (oksidasjon for eksempel).

Den ionisering av næringsmidler og visse stoffer er i økende grad benyttet for desinfeksjonsformål . Under gode forhold anses det å ikke indusere en toksikologisk risiko hvis den leverte dosen ikke er større enn 10 kGy. Noen medisiner steriliseres ved bestråling, med risiko for at noen av komponentene deres radiolyseres; de må respektere prinsippene for farmakopé. I følge Zeegers (1993), når det gjelder bestrålt kloramfenikol, tillater fortsatt en sterilisasjonsdose på 15 til 25 kGy at stoffet kan bestå "de fleste test for renhet." Imidlertid har disse testene ikke blitt utviklet for påvisning av mulige produkter som er karakteristiske for radiolysis. Kromatografisk påvisning kan brukes til radiofølsomme stoffer, som β-laktamantibiotika, men vil kreve omstråling .

Forglasset avfall og spesielt dets metallbeholdere kan nedbrytes ved radiolysering av vann, et fenomen som er gjenstand for studier for risikostyring i sammenheng med dyp geologisk avhending av spesielt atomavfall. Det samme gjelder atomkeramikk (f.eks. Zirkonolitt ).

Referanser

  1. Kilde: French Atomic Energy and Alternative Energies Commission
  2. Ferradini, C., & Jay-Gerin, JP (1999). Radiolys av vann og vandige løsninger: historie og nyheter. Canadian Journal of Chemistry, 77 (9), 1542-1575 ( abstrakt )
  3. Cédric Reuxs avhandlingsoppsummering og nedlastningskobling på Open Archives-siden
  4. "  Water radiolysis  " , på Velkommen til nettstedet NIMBE (åpnet 4. februar 2019 )
  5. Zeegers, F., Crucq, AS, Gibella, M., & Tilquin, B. (1993). Radiolysis og radiosterilisering av narkotika. Journal of Physical Chemistry, 90, 1029-1040 | abstrakt
  6. De Echave T (2018) Studier av mekanismene for endring av kjerneglass i henhold til alfa-radiolyse og i miljøforhold (Doctoral avhandling)
  7. Gavarini, S. (2018). Fra studiet av kjernefysisk keramikk under ekstreme forhold for bestråling og temperatur (doktoravhandling).
  8. M. Tribet oppgaven, 2004-2007, École Normale Supérieure, “Studier av effekten av radiolyse av vann på utgivelsen av zirconolite”, URL: http:. //Phd-physics.universite-lyon fr / defenses- /

Se også

Relaterte artikler

Bibliografi

Eksterne linker