Najczęściej stosowanym dla celów chemii radiacyjnej źródłem cząstek alfa są naturalne pierwiastki promieniotwórcze, jak np. rad, radon itp. Alternatywnym źródłem promieniowania alfa i jedynym praktycznym źródłem promieniowania protonowego są akceleratory. Klasycznym przykładem akceleratora przyspieszającego cząstki naładowane, takie jak cząstki alfa lub protony, do szybkości potrzebnych w chemii radiacyjnej, może być cyklotron. Jest to urządzenie metalowe w kształcie spłaszczonego walca składającego się z dwu wydrążonych połówek. Walec ten umieszczony jest między biegunami wielkiego elektromagnesu. Do obu połówek walca doprowadzone są elektrody wywołujące między nimi różnicę potencjałów rzędu kilku tysięcy woltów. Wewnątrz walca, w wydrążonej przestrzeni, znajduje się pod bardzo małym ciśnieniem gaz, którego jony chcemy przyspieszać (np. wodór, deuter, hel) i elektrody wywołujące jonizację gazu. Wytworzone dzięki jonizacji jony rozpędzają się między połówkami walca do szybkości odpowiadającej panującej tam różnicy potencjałów, a następnie biegną po torze zbliżonym do koła pod wpływem zakrzywiającego ich bieg pola magnetycznego. W chwili, gdy jony po przebiegnięciu połowy obwodu znajdą się znowu w pobliżu granicy dwóch połówek walca, napięcie między połówkami (zmienne) zdążyło akurat zmienić swój kierunek i jony zostają ponownie przyspieszone. Proces powtarza się wielokrotnie i jony za każdym półobrotem uzyskują następny impuls energetyczny, zaczynają biec po spirali i trafiają wreszcie w specjalne okienko na zewnętrznej części walca.
Ciężkie cząstki powstające w reakcji rozszczepienia jąder atomowych
Współczesne wielkie cyklotrony pozwalają na rozpędzanie cząstek do energii rzędu setek MeV, a działające na ulepszonej zasadzie tzw. syn- chrocyklotrony nawet do tysięcy MeV. Tak bogate w energię cząstki nie stanowią jednak, jak to wspomnieliśmy, obiektu interesującego dla chemii radiacyjnej i dlatego należy przypuszczać, że ewentualne zastosowanie w chemii radiacyjnej mogą znaleźć jakieś mniejsze, ale możliwie wydajne akceleratory. Akceleratorem służącym do przyspieszania elektronów jest między innymi betatron. Jest to urządzenie, w którym narastające pole magnetyczne przyspiesza, a zarazem utrzymuje w ruchu po kole elektrony poruszające się w opróżnionym pierścieniu. Elektrony te mogą uzyskiwać energie dochodzące do setek MeV i mogą dzięki temu, jak to już wspomnieliśmy, służyć do emitowania promieniowania elektromagnetycznego o olbrzymiej energii. W chemii radiacyjnej jednak promieniowanie elektromagnetyczne o energii wyższej niż kilka MeV znajduje dotychczas raczej niewielkie zastosowanie, a konkurencja taniego promieniowania gamma z kobaltu 60 i innych izotopów, oraz z reaktorów atomowych nie skłania do korzystania z akceleratorów, kalkulujących się (w przeliczeniu na otrzymywane z nich promieniowanie) znacznie drożej.
Ostatnim wreszcie rodzajem promieniowania, które mogłoby znaleźć zastosowanie w chemii radiacyjnej, są ciężkie cząstki powstające w reakcji rozszczepienia jąder atomowych w rdzeniu reaktora. Są to silnie promieniotwórcze jądra takich pierwiastków jak bar, krypton, lantan, brom i inne, W momencie rozszczepienia jądra te odrzucane są z wielkimi prędkościami i na drodze swego lotu mogą one inicjować reakcje chemiczne. Stosowanie ich jest jednak bardzo kłopotliwe ze względu na konieczność przeprowadzania procesu w rdzeniu reaktora i dzięki temu mało jest prac poświęconych ich oddziaływaniu.
Ogólnie sposób oddziaływania na materię tych naładowanych szybkich cząstek jest zbliżony do działania promieni gamma. Wytwarzają one również szybkie elektrony pierwotne, które inicjują dalszą lawinę procesów związanych z pojawianiem się elektronów wtórnych, cząsteczek zjonizo- wanych i pobudzonych, oraz rodników. Główna różnica w oddziaływaniu promieni gamma i cząstek leży w gęstości wywoływanej przez nie jonizacji. Kwant gamma lecąc przez substancję wybija elektrony pierwotne w dosyć znacznych od siebie odległościach i poważna część energii promieniowania opuszcza układ niepochłonięta, a cząstki ciężkie wywołują gęstą jonizację, i to tym gęstszą, im większa jest masa cząstki, w wyniku czego tracą one całkowicie swą energię po stosunkowo krótkim przebiegu w cieczy lub w ciele stałym.
Leave a reply