La radiólisis es la disociación de moléculas mediante radiaciones ionizantes . Es la ruptura de uno o varios enlaces químicos resultantes de la exposición a un flujo de alta energía . La radiación en este contexto está asociada a las radiaciones ionizantes ; Por lo tanto, la radiólisis se distingue de, por ejemplo, la fotólisis de la molécula de Cl 2 en dos radicales Cl , donde se utiliza luz ( espectro ultravioleta o visible ) .
La química de las soluciones concentradas bajo radiación ionizante es extremadamente compleja. La radiólisis puede modificar localmente las condiciones redox y, por tanto, la especiación y la solubilidad de los compuestos.
De todas las reacciones químicas basadas en radiación que se han estudiado, la más importante es la descomposición del agua. [1] Cuando se expone a la radiación, el agua sufre una secuencia de descomposición en peróxido de hidrógeno , radicales de hidrógeno y una variedad de compuestos de oxígeno, como el ozono , que cuando se convierte nuevamente en oxígeno libera grandes cantidades de energía. Algunas de ellas son explosivas. Esta descomposición se produce principalmente por partículas alfa , que pueden ser absorbidas en su totalidad por capas muy finas de agua.
Resumiendo, la radiólisis del agua se puede escribir como: [2]
Se cree que la mayor concentración de hidroxilo presente en el agua irradiada en los circuitos internos de refrigerante de un reactor de agua ligera debe tenerse en cuenta al diseñar centrales nucleares, para evitar la pérdida de refrigerante resultante de la corrosión .
Otro enfoque utiliza residuos radiactivos como fuente de energía para la regeneración del combustible gastado mediante la conversión de borato de sodio en borohidruro de sodio . Al aplicar la combinación adecuada de controles, se pueden producir y utilizar compuestos de borohidruro estables como medio de almacenamiento de combustible de hidrógeno.
Un estudio realizado en 1976 encontró que se puede hacer una estimación del orden de magnitud de la tasa promedio de producción de hidrógeno que podría obtenerse utilizando la energía liberada mediante la desintegración radiactiva. Basándonos en el rendimiento de hidrógeno molecular primario de 0,45 moléculas/100 eV, sería posible obtener 10 toneladas por día. Las tasas de producción de hidrógeno en este rango no son insignificantes, pero sí pequeñas en comparación con el uso diario promedio (1972) de hidrógeno en los Estados Unidos de aproximadamente 2 x 10^4 toneladas. La adición de un donante de átomos de hidrógeno podría aumentar esto aproximadamente en un factor de seis. Se demostró que la adición de un donante de átomos de hidrógeno, como el ácido fórmico, aumenta el valor G del hidrógeno a aproximadamente 2,4 moléculas por 100 eV absorbidos. El mismo estudio concluyó que diseñar una instalación de este tipo probablemente sería demasiado inseguro para ser factible. [4]
La generación de gas mediante descomposición radiolítica de materiales que contienen hidrógeno ha sido un área de preocupación para el transporte y almacenamiento de materiales y desechos radiactivos durante varios años. Se pueden generar gases potencialmente combustibles y corrosivos y, al mismo tiempo, las reacciones químicas pueden eliminar el hidrógeno, y estas reacciones pueden verse potenciadas por la presencia de radiación. El equilibrio entre estas reacciones en competencia no se conoce bien en este momento.
Cuando la radiación ingresa al cuerpo, interactúa con los átomos y moléculas de las células (principalmente hechas de agua) para producir radicales libres y moléculas que pueden difundirse lo suficientemente lejos como para alcanzar el objetivo crítico en la célula, el ADN , y dañar. indirectamente a través de alguna reacción química. Este es el principal mecanismo de daño de los fotones, ya que se utilizan, por ejemplo, en la radioterapia de haz externo .
Normalmente, los eventos radiolíticos que conducen al daño del ADN de las células (tumorales) se subdividen en diferentes etapas que tienen lugar en diferentes escalas de tiempo: [5]
Se ha sugerido [6] que en las primeras etapas del desarrollo de la Tierra, cuando su radiactividad era casi dos órdenes de magnitud superior a la actual, la radiólisis podría haber sido la principal fuente de oxígeno atmosférico, lo que aseguró las condiciones para el origen y desarrollo de la vida . El hidrógeno molecular y los oxidantes producidos por la radiólisis del agua también pueden proporcionar una fuente continua de energía para las comunidades microbianas del subsuelo (Pedersen, 1999). Esta especulación está respaldada por un descubrimiento en la mina de oro de Mponeng en Sudáfrica , donde los investigadores encontraron una comunidad dominada por un nuevo filotipo de Desulfotomaculum , que se alimenta principalmente de H 2 producido radiolíticamente . [7] [8]
La radiólisis por pulsos es un método reciente para iniciar reacciones rápidas para estudiar reacciones que ocurren en una escala de tiempo más rápida que aproximadamente cien microsegundos , cuando la simple mezcla de reactivos es demasiado lenta y se deben usar otros métodos para iniciar reacciones.
La técnica implica exponer una muestra de material a un haz de electrones altamente acelerados , donde el haz es generado por un linac . Tiene muchas aplicaciones. Fue desarrollado a finales de los años cincuenta y principios de los sesenta por John Keene en Manchester y Jack W. Boag en Londres.
La fotólisis flash es una alternativa a la radiólisis por pulsos que utiliza pulsos de luz de alta potencia (por ejemplo, de un láser excimer ) en lugar de haces de electrones para iniciar reacciones químicas. Normalmente se utiliza luz ultravioleta, que requiere menos protección contra la radiación que la necesaria para los rayos X emitidos en la radiólisis por pulsos.
![{\displaystyle {\ce {H2O\;->[{\text{Radiación ionizante}}]\;e_{aq}^{-},HO*,H*,HO2*,H3O^{+},OH^ {-},H2O2,H2}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/fa47bcc743a4339af688c4ad1114a54be6c1b91c)
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