વિકિરણ-રસાયણ (radiation chemistry)

વિકિરણ-રસાયણ (radiation chemistry) : દ્રવ્યમાં ઉચ્ચ ઊર્જાવાળા વિકિરણના અવશોષણ(absorption)ને કારણે થતી રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓનો અભ્યાસ. ઉષ્મીય (thermal) પ્રક્રિયાઓમાં સક્રિયિત (activated) અવસ્થામાં આવવા માટે જોઈતી ઊર્જા પ્રક્રિયા કરતાં અણુઓ અને તેમના પાડોશીઓની યાદૃચ્છિક (random) ઊર્જામાંથી મળે છે. સક્રિયન ઊર્જા આપવાની અન્ય રીત એ પ્રક્રિયક અણુને વીજચુંબકીય ઊર્જાના ક્વૉંટા (ફોટૉન) સાથે, ઉચ્ચ વેગવાળા ઇલેક્ટ્રૉન (β-કિરણો) સાથે અથવા નાભિકીય ભઠ્ઠીઓ (nuclear reactors) કે કણ-પ્રવેગકો(particle accelerators)માંથી મળતાં ન્યૂટ્રૉન, પ્રોટૉન કે α-કણો જેવા અન્ય કણોના પુંજ સાથે સંઘાત કરાવવાની છે. આ પૈકીની કોઈ પણ પદ્ધતિ દ્વારા થતી પ્રક્રિયાઓને વિકિરણ-રસાયણમાં સમાવી શકાય. વિકિરણધર્મી (radio-active) તત્ત્વોમાંથી થતાં ઉત્સર્જનોને કિરણો (rays) કહેવામાં આવ્યાં હોવાથી ‘વિકિરણ-રસાયણ’ શબ્દપ્રયોગ પ્રચલિત બન્યો છે. પ્રકાશ-રસાયણ (photochemistry) તેનો પેટાવિભાગ ગણી શકાય, પણ તેમાં પ્રકાશના ક્વૉંટાની ઊર્જા 1થી 10 eV (ઇલેક્ટ્રૉન-વોલ્ટ) (અથવા 23થી 230 કિ.કૅલરી પ્રતિ મોલ) જેટલી ઓછી હોય છે; જ્યારે વિકિરણ-રસાયણમાં ઉપર જણાવેલા કણોની ઊર્જા ઘણી વધારે હોય છે; દા.ત., 10⁶ eV ઊર્જાવાળા γ-કિરણનો ફોટૉન એક માધ્યમમાંથી પસાર થાય ત્યારે તેના પ્રક્ષેપપથ(trajectory)માં આવતા હજારો અણુઓ સક્રિય બને છે. આ સક્રિયનને પરિણામે ઘણી વાર અણુઓનું આયનીકરણ થાય છે. આથી α, β અને γ કિરણો, તેમજ સાઇક્લોટ્રૉનમાંથી આવતા કિરણપુંજો(beams)ને આયનીકારક વિકિરણો કહેવામાં આવે છે. ઉચ્ચ ઊર્જાવાળા વિકિરણમાં વિકિરણધર્મી ક્ષય અને વિખંડન (fission) સાથે સંકળાયેલ નિસ્સાર (emanation) (α-કણો, ઇલેક્ટ્રૉન, γ-કિરણો અને ન્યૂટ્રૉન) તથા તેની સાથે સંબંધિત પરમાણુ અને વિખંડન પ્રતિક્ષેપો (recoils) તેમજ ઇલેક્ટ્રૉન, પ્રોટૉન, ડ્યૂટેરૉન અને હિલિયમ નાભિકો (nuclei) ઉપરાંત ઉચ્ચ પરમાણુક્રમાંકવાળા વીજભારિત નાભિકો (દા.ત., આર્ગોન ₁₈Ar) અને ઍક્સકિરણોનો સમાવેશ થાય છે. વિકિરણ-રસાયણ એ આવા ઉચ્ચ ઊર્જાકીય, આયનીકારક વિકિરણો વડે ઉદ્ભવતી રાસાયણિક અસરોનો અભ્યાસ છે.

પ્રયોગશાળા તથા ઉદ્યોગમાં ઉચ્ચ ઊર્જાવાળાં વિકિરણોના સ્રોતોમાં વિકિરણધર્મી નાભિકો (દા.ત., ⁶⁰Co, ⁹⁰Sr અને ³H) તથા ઍક્સકિરણ નળીઓ, વાન દ ગ્રાફ જનિત્રો (generators), બીટાટ્રૉન, સાઇક્લોટ્રૉન અને સિંક્રોસાઇક્લોટ્રૉન જેવાં ઉપકરણોનો સમાવેશ થાય છે. લાઇનેક (linear electron accelerator, linac) તરીકે ઓળખાતો ઇલેક્ટ્રૉન પ્રવેગક જેમનાં અર્ધઆયુ 16 પિકોસેકંડ (1 ps = 10^-12 s) જેટલાં ટૂંકાં હોય છે તેવી અલ્પસ્થાયી (transient) જાતિઓ (species) માટે ખાસ ઉપયોગી સાબિત થયો છે. ફેબીટ્રૉન તરીકે ઓળખાતો અન્ય ઇલેક્ટ્રૉન પ્રવેગક ઊંચા વીજપ્રવાહે ઇલેક્ટ્રૉનના કેટલાક નેનો સેકંડની પહોળાઈ ધરાવતા એકલ સ્પંદો(single pulses)ની અસરોના અભ્યાસ માટે ઉપયોગમાં લેવાય છે.

ઉચ્ચ ઊર્જાકીય વિકિરણો વડે થતી પ્રાથમિક પ્રવિધિઓ : ઉચ્ચ ઊર્જાવાળાં વિકિરણોના સ્રોતો અંગેની માહિતી નીચેની સારણીમાં આપી છે :

સારણી 1 : વિકિરણ-રસાયણમાં ઉપયોગમાં લેવાતાં વિકિરણો

સ્રોત	વિકિરણ-કણ	લાક્ષણિક (typical)
		મહત્તમ ઊર્જા (MeV)
ઍક્સ-કિરણ નળી	ફોટૉન	0.6
વાન દ ગ્રાફ જનિત્ર	ઇલેક્ટ્રૉન	10
	પ્રોટૉન	10
સાઇક્લોટ્રૉન	પ્રોટૉન	40
	ડ્યૂટેરૉન	20
	a-કણ	10
	ન્યૂટ્રૉન	40
બીટાટ્રૉન	ઇલેક્ટ્રૉન ફોટૉન	20
નાભિકીય ભઠ્ઠી	ફોટૉન	સંજોગો પર આધારિત
	ન્યૂટ્રૉન
	વિખંડન પ્રતિક્ષેપ
કુદરતી અથવા	ફોટૉન	સમસ્થાનિક પર આધારિત
કૃત્રિમ વિકિરણધર્મી	ઇલેક્ટ્રૉન
સમસ્થાનિકો	a-કણ
	પરમાણુ પ્રતિક્ષેપ

આવાં વિકિરણોની ઊપજ (પેદાશ, પ્રાપ્તિ, yield) સામાન્ય રીતે G મૂલ્યમાં (100 eV ઊર્જાના શોષણથી કોઈ એક નીપજના ઉદ્ભવતા અથવા પ્રક્રિયકના રૂપાંતર પામતા અણુઓની સંખ્યામાં) ગણવામાં આવે છે. [અગાઉ તેને આયન-યુગ્મ પ્રાપ્તિ M/N (વિકિરણ દ્વારા પ્રારંભમાં ઉદ્ભવેલ આયન યુગ્મદીઠ રૂપાંતર પામતાં અથવા ઉત્પન્ન થતા અણુઓની સંખ્યા) વડે દર્શાવવામાં આવતી હતી.] ઊપજનાં મૂલ્યો G ~ 0.01 (કૉપર થેલોસાયનીનના વિઘટન)થી માંડીને

G(H₂ + Cl₂ → 2HCl) ~ 10⁵ હોય છે.

આવાં ઉચ્ચ ઊર્જાવાળાં વિકિરણો દ્રવ્યમાં આયનીકરણ ઉત્પન્ન કરે છે.

M → M⁺ + e

આઇનસ્ટાઇનના ક્વૉન્ટમ સક્રિયન સિદ્ધાંતના પ્રતિરૂપ (counterpart) પ્રમાણે રાસાયણિક પ્રક્રિયાનો જથ્થો આયનીકારક વિકિરણ દ્વારા પ્રક્રિયા માધ્યમમાં ઉદ્ભવતા આયન-યુગ્મોના અનુપાતમાં હોય છે. 1907માં ડબ્લ્યૂ. એચ. બ્રેગે દર્શાવ્યું હતું કે રેડૉન દ્વારા વિઘટન પામતા પાણીના અણુઓની સંખ્યા એ રેડૉનના તેટલા જ જથ્થા દ્વારા હવામાં ઉત્પન્ન કરાતાં આયનોની સંખ્યા બરાબર હોય છે. 1908માં દુઆનેએ દર્શાવ્યું કે α-કણોની રાસાયણિક અસરો તેમણે ઉત્પન્ન કરેલા આયનીકરણને લીધે હતી. 1910માં મૅરી ક્યૂરીએ આ અંગે પાણીમાં α-કણોની સમતુલ્યતાનો નિયમ રજૂ કર્યો હતો. 1911 પછીનાં વર્ષોમાં એસ. સી. લિન્ડેએ આયન-યુગ્મોની નીપજો અંગે વિશદ અભ્યાસ કર્યો હતો.

આયનીકરણ-પ્રવિધિઓમાં સંકળાયેલ કણ મહત્ત્વનો છે. ઍક્સ-કિરણ કે γ કિરણ અણુ સાથે આંતરક્રિયા કરે તો મહદ્અંશે કૉમ્પ્ટન અસર વડે ઇલેક્ટ્રૉન ઉત્સર્જિત થાય છે એટલે કે તેમાં ફોટૉન અને ઇલેક્ટ્રૉન વચ્ચેના સંઘાતને કારણે અણુમાંથી ઇલેક્ટ્રૉન બહાર ફેંકાય છે; જ્યારે ફોટૉન બદલાયેલી ઊર્જા અને વેગમાન સાથે વિચલિત થાય છે. 100 eVનાં ઍક્સ-કિરણો હોય તો 3 % ઇલેક્ટ્રૉન ફોટો-ઇલેક્ટ્રૉન હોય છે; જ્યારે 97 % કૉમ્પ્ટન ઇલેક્ટ્રૉન હોય છે. 1 MeVએ લગભગ બધા જ ઇલેક્ટ્રૉન કૉમ્પ્ટન ઇલેક્ટ્રૉન હોય છે, જેમની સરેરાશ ઊર્જા 440 kV હોય છે. આવા ઇલેક્ટ્રૉનને ધીમા પાડવામાં આવે (0.02 eV) તો તેઓ અણુઓની પાસેથી પસાર થાય તે દરમિયાન ઘણા અણુઓને ઉત્તેજિત કરે છે. 30 eV દીઠ એક આયન-યુગ્મ ઉત્પન્ન થતું હોવાથી 440 kVનો ઇલેક્ટ્રૉન લગભગ 15,000 આયન-યુગ્મો ઉત્પન્ન કરે છે અને તેનાથી બમણા કે ત્રણગણા અણુઓને ઉત્તેજિત કરે છે.

ઇલેક્ટ્રૉનો અને આયનોની અસરો વચ્ચેના તફાવત મુખ્યત્વે આયનોની ધીમી ગતિને લીધે છે; દા.ત., પ્રોટૉન તેટલી જ ઊર્જાવાળા ઇલેક્ટ્રૉન કરતાં 40મા ભાગની ઝડપે ગતિ કરે છે. આથી કોઈ એક પથ-તફાવત (path difference) માટે ધીમો આયન ઝડપી ઇલેક્ટ્રૉન કરતાં ઘણાં આયનીકરણ ઉત્પન્ન કરી શકે છે; જેમ કે, પાણીમાં એક માઇક્રોન(સહસ્રાંશ મિલીમીટર) પથ દરમિયાન 440 kVનો ઇલેક્ટ્રૉન બે આયનીકરણ ઉપજાવે છે. જ્યારે તેટલી જ ઊર્જાવાળો પ્રોટૉન લગભગ 2,000 આયનીકરણ ઉપજાવે છે. આયનીકરણ કરવા માટેની અસરકારકતા ગતિમાન કણ અણુની તદ્દન નિકટ કેટલો સમય રહે છે તેના ઉપર આધાર રાખે છે.

વીજભારિત કણોની સરખામણીમાં વેગીલા ન્યૂટ્રૉનની પ્રાથમિક અસરો અલગ પડે છે; કારણ કે ન્યૂટ્રૉન તટસ્થ કણ હોવાથી પરમાણુના નાભિકની આસપાસ આવેલ ઇલેક્ટ્રૉનના વાદળને સ્થિતવૈદ્યુતિક (electrostatic) અપાકર્ષણ વિના ભેદી શકે છે. આમ, ન્યૂટ્રૉન પરમાણુમાંથી નાભિકને લગભગ બહાર ધકેલી દે છે; જ્યારે ઇલેક્ટ્રૉન પાછળ રહી જાય છે અને પરિણામે આયનીકરણ ઉત્પન્ન થાય છે. ઉત્ક્ષેપિત (ejected) નાભિકો વળી દ્વિતીયક સ્થળાંતરણો (displacements) અને આયનીકરણો ઉત્પન્ન કરી શકે છે. જોરદાર (energetic) આયનો પણ આ રીતે નાભિકોને બહાર ધકેલી શકે છે, પણ ન્યૂટ્રૉન કરતાં તેઓ ઓછા અસરકારક છે; દા.ત., ઍલ્યુમિનિયમમાં 2 MeV ન્યૂટ્રૉન લગભગ 6,000 પ્રાથમિક સ્થળાંતરણો ઉત્પન્ન કરે છે, જ્યારે 20 MeV પ્રોટૉન ફક્ત 80 જેટલાં ઉત્પન્ન કરે છે. વિકિરણના પ્રાપ્ય સ્રોતો ઘન પદાર્થોમાં વ્યાપક સ્થળાંતરણો ઉત્પન્ન કરી શકે તેવા તીવ્ર (intensive) હોય છે; દા.ત., સાઇક્લોટ્રૉનના 20 MeVના પ્રોટૉન પુંજ વડે ઉદ્ભાસિત (exposed) 1 મિમી. ઊંડા સ્તરમાં 1 કુલંબ પ્રતિ ચોરસ સેમી વિકિરણન બાદ 10 % જેટલાં નાભિકો સ્થળાંતરિત થશે. એક ઘન પદાર્થ કે જેમાંથી આ રીતે પરમાણુઓ સ્થળાંતરિત થયા હોય તેને સ્થાનાપસરણ (discomposition) કહે છે. નાભિકીય ભઠ્ઠીઓના વિકાસ દરમિયાન વિગ્નરે સ્થાનાપસરણની ઘટના (વિગ્નર અસર) સૌપ્રથમ વર્ણવી હતી.

પથરેખા (track) અસરો : પ્રકાશ-રાસાયણિક (photochemical) પ્રક્રિયાઓમાં વિકિરણનો પ્રત્યેક ક્વૉન્ટમ એક અણુને સક્રિય બનાવે છે. આથી સક્રિયિત (activated) અણુઓ પ્રક્રિયા-કદ(reaction volume)માં એકસમાન રીતે વહેંચાઈ જાય છે. પણ આયનીકારક વિકિરણ વડે પરિણમતી પ્રક્રિયામાં દરેક કણનો પથ (path) આયનીકૃત અને સક્રિયિત અણુઓની પથરેખા ઉત્પન્ન કરે છે; દા.ત., 1 MeVવાળો ઇલેક્ટ્રૉન તેના માર્ગમાંના 5,000 પૈકી એક અણુનું આયનીકરણ કરે છે, જ્યારે 1 MeVનો a-કણ તે જે અણુઓ વચ્ચેથી પસાર થાય તે બધાનું આયનીકરણ કરે છે.

સંઘનિત (condensed) પ્રણાલીઓનાં આયનો અને ઉત્તેજિત અણુઓ ત્રણ જાતના સમૂહો કે ઝૂમખાંઓ(clusters)માં ઉત્પન્ન થઈ શકે છે : (1) 100 eV જેટલી ઊર્જાઘટ સાથે સંકળાયેલ દલપુટો (spurs) (દલપુટ એ પ્રવાહીમાં 2 × 10^-2 સેમી. વ્યાસ ધરાવતું ક્ષેત્ર છે અને તે ઉચ્ચ આયનિક તથા ઉત્તેજનઘનતા ધરાવે છે.); (2) લગભગ 100500 eV ઊર્જાઘટ સાથે સંકળાયેલા નાના ગોળા (blobs); (3) અંદાજે 500થી 5 keV જેટલી ઉચ્ચ ઊર્જાવાળી ટૂંકી પથરેખાઓ. 1 MeV ઇલેક્ટ્રૉન માટે ઘટક એકમો(entities)માં જમા થતી ઊર્જા આ પ્રમાણે વહેંચાય છે : 67 % દલપુટો, 11 % નાના ગોળાઓ અને 22 % ટૂંકી પથરેખાઓમાં. પ્રવાહી પાણીમાં સરેરાશ એક દલપુટ ત્રણ આયનો અને પાંચથી છ ઉત્તેજિત અણુઓ ધરાવે છે અને તેનો વ્યાસ 2 નેમી (1 નેમી = 10^-9 મી.) માનવામાં આવે છે. દલપુટો, નાના ગોળાઓ અને ટૂંકી પથરેખાઓનું અસ્તિત્વ અને વિતરણ પ્રવાહી પાણીના રસાયણને અસર કરે છે. આ સક્રિય સ્પીસિઝ તુરત જ પથરેખામાંથી બહારની તરફ પ્રસરવાની શરૂઆત કરે છે. આ પ્રસરણીય (diffusional) પ્રવિધિઓ કોઈ એક નીપજના નિર્ધારણમાં મહત્ત્વની બની શકે.

એક ઊર્જીલ (જોરદાર, energetic) કણ માધ્યમમાં dx અંતર પસાર કરે તો તેની ઊર્જામાં થતા ઘટાડાને –dE/dx રૈખિક ઊર્જા સ્થાનાંતરણ (linear energy transfer, LET) કહે છે. પાણીમાંથી પસાર થતા પ્રોટૉન માટે આવાં પરિણામો આકૃતિ 1માં દર્શાવ્યાં છે.

ને નિરોધક શક્તિ (stopping power) અથવા વિશિષ્ટ આયનીકરણ (specific ionisation) કહે છે. નિરોધક શક્તિ અથવા LET માટે બેધેનું સમીકરણ નીચે પ્રમાણે છે :

જ્યાં ze અને υ એ આપાતી કણના વીજભાર અને ઝડપ, m ઇલેક્ટ્રૉનનું દળ, N એક ઘન સેમી.માં રહેલા અણુઓ, Z એક અણુદીઠ ઇલેક્ટ્રૉનની સંખ્યા અને I સરેરાશ આયનીકરણ પોટૅન્શિયલ (વિભવ) છે.

વિકિરણ–રસાયણમાં દ્વિતીયક અસરો : પ્રક્રિયા માધ્યમમાંથી વિકિરણ પસાર થાય ત્યારે ઉદ્ભવતા પ્રત્યેક આયનદીઠ અનેક ઉત્તેજિત (excited) અણુઓ ઉત્પન્ન થાય છે. આ ઉત્તેજિત અણુઓ  અગત્યના છે; કારણ કે આયનની એક સૌથી અગત્યની પ્રક્રિયા તેના તટસ્થીકરણને લીધે ઉત્તેજિત અણુ ઉત્પન્ન કરવાની છે; દા.ત.,

A → A^* (A^* ઉત્તેજિત અણુ દર્શાવે છે.)

A → A⁺ + e

A⁺ + e → A^*

A^* → મૂલકો(radicals)માં વિભાજિત થવું.

A^* → અણુઓમાં પુનર્ગોઠવણી

આમાંનો પ્રત્યેક ઉપર દર્શાવેલા સરળ તબક્કાઓ કરતાં જટિલ હોઈ શકે છે.

પાણીનું વિકિરણન (irradiation) કરવાથી મળતાં પરિણામો વિલક્ષણ (typical) પ્રક્રિયાઓનાં ઉદાહરણરૂપ છે. જલીય પ્રણાલીઓનો અભ્યાસ એટલા માટે વધુ થયો છે કે તે વિકિરણજૈવિકી (radiobiology)માં ઘણી મહત્ત્વની છે.

પાણીમાં વિકિરણના સ્રોતથી નિરપેક્ષ રીતે, પ્રથમ તબક્કાઓ નીચે મુજબ જણાય છે :

H₂O → H₂O⁺ + e

H₂O⁺ + H₂O → H₃O⁺ + OH

OH મૂલકોની નિયતિ વિકિરણના પ્રકાર ઉપર આધાર રાખે છે. ધીમી ગતિવાળા કણો (દા.ત., a-કણો) વડે ઘણા OH મૂલકો એકબીજાની નજીક ઉત્પન્ન થાય છે. આથી તે પછીનો સંભવિત તબક્કો મૂલકોના એકત્રીકરણ(combination)નો છે.

2 OH → H₂O₂

વેગીલા કણો(દા.ત., β, γ)ની બાબતમાં તેમના પથ પર OH મૂલકોનું પ્રમાણ ઓછું હશે અને આથી નીચે પ્રમાણેના ક્રમ (sequence) દ્વારા તે દૂર થતા હોવાનું યોગ્ય ગણાય :

e + H₂O → OH + H + e’

H + H → H₂

H + OH → H₂O

વિકિરણના પ્રણાલીમાંના પથ ઉપર મધ્યસ્થી સંકેન્દ્રણો(intermediate concentrations)ની આધારિતતા અને મધ્યસ્થીઓનું વિકિરણના કણોની પથરેખાઓથી દૂરની તરફ વિસરણ (diffusion) એ આ ક્ષેત્રનાં વિશિષ્ટ લક્ષણો (features) છે.

વિકિરણ-રસાયણની અન્ય પ્રવિધિઓ નીચે દર્શાવી છે :

(અ) આયન-અણુ પ્રક્રિયાઓ : CH₃⁺ + CH₄ → C₂CH₃⁺ + H₂

(આ) ઇલેક્ટ્રૉનની વિયોજનીય (dissociative) પકડ (capture) :

CH₃I + e → CH₃ + I^–

(ઇ) ઇલેક્ટ્રૉનની અવિયોજનીય (non-dissociative) પકડ :

SF₆ + e →SF₆^–

(ઈ) વીજભાર-સ્થાનાંતરણ (transfer) :

C₆H₁₂⁺ + C₆H₆ → C₆H₁₂ + C₆H₆⁺

(ઉ) ઉત્તેજના-સ્થાનાંતરણ :

C₆H₆⁺ + p(C₆H₅)₂C₆H₄ → C₆H₆ + p(C₆H₅)₂C₆H₄⁺

આમાંની કેટલીક પ્રક્રિયાઓની વાસ્તવિક (net) અસર ઊર્જા(અથવા સક્રિયતા)ના સ્થાનાંતરણ દ્વારા રાસાયણિક રીતે સ્થાયી સ્વીકારક રૂપે દ્રાવક અણુઓનું રક્ષણ હોઈ શકે.

જલીય દ્રાવણોમાં માત્રામિતિ (dosimetry) : આયનીકારક વિકિરણ દ્વારા પાણીનું વિઘટન થાય ત્યારે શરૂઆતના આયનીકરણ અને ઉત્તેજન બાદ તુરત ઉત્પન્ન થતી વિવિધ જાતની પ્રક્રિયાઓ જુદી પાડવી જરૂરી છે. આવી પ્રક્રિયાઓને સાર રૂપે નીચે પ્રમાણે દર્શાવી શકાય :

H₂O → H + OH, H₂, H₂O₂, HO₂

[અહીં ડ્ડ એમ સૂચવે છે કે ‘ઉચ્ચ ઊર્જાવાળા વિકિરણ વડે કાર્ય કરવાથી, આપે છે.’]

આમાંની પ્રત્યેક પ્રક્રિયા માટે G-મૂલ્ય જાણવું હોય તો શુદ્ધ પાણી કરતાં 0.4 M H₂SO₄માં બનાવેલા ફેરસ સલ્ફેટ(FeSO₄)ના દ્રાવણનો ઉપયોગ કરવાથી વધુ ઉપયોગી પક્ષ (data) મળી શકે. વિકિરણો અંગે આ બાબતે ફ્રિકે સૌપ્રથમ રાસાયણિક માત્રામીટર(dosimeter)ના રૂપમાં સૂચવી હતી.

જો હવાની હાજરી હોય તો, નીચેની પ્રક્રિયાઓ થશે :

H + O₂ → HO₂

HO₂ + Fe²⁺ → HO₂^– + Fe³⁺

H₂O₂ + Fe²⁺ → OH + OH + Fe³⁺

OH + Fe²⁺ → OH + Fe³⁺

આમ બધી પ્રક્રિયા-નીપજો વપરાઈ જાય છે. એમ કહી શકાય કે Fe²⁺નું Fe³⁺માં થતા ઉપચયન માટે Gનું મૂલ્ય સક્રિય નીપજોના ઉદ્ભવન માટેનાં G મૂલ્યો વડે નિર્ણીત થાય છે.

G(Fe²⁺ → Fe³⁺) = 3G (H) + 2G (H₂O₂) + G(OH)

⁶⁰Co – γ વિકિરણ (1.17, 1.33 meV) માટે આ સરવાળો 15.6 હોય છે. હવાશૂન્ય (deaerated) પ્રણાલી માટે

H + H⁺ + Fe²⁺ → H₂ + Fe³⁺ હોવાથી

G'(Fe²⁺ → Fe³⁺) = G(H) + 2G(H₂O₂) + G(OH)

⁶⁰Co – γ કિરણ માટે G’ = 8.2 હોવાથી ઉપરનાં બે સમીકરણો પરથી G(H) = 3.7 મળે.

સીરિક (ceric) માત્રામીટરમાં Gમૂલ્યો માપવાથી વધુ માહિતી મળી શકે. અહીં થતી પ્રક્રિયાઓ આ પ્રમાણે છે :

H + Ce⁴⁺ ડ્ડ H⁺ + Ce³⁺

HO₂ + Ce⁴⁺ → H⁺ + O₂ + Ce³⁺

H₂O₂ + 2Ce⁴⁺ → 2H⁺ + O₂ + 2Ce³⁺

OH + Ce³⁺ → OH^– + Ce⁴⁺

આમ,

G’’ (Ce⁴⁺ → Ce³⁺) = G(H) + 2G(H₂O₂) – G(OH)

⁶⁰Co-γ માટે G’’ = 2.4 જોવા મળે છે. આથી ફ્રિક માત્રામીટર પ્રમાણે

G(OH) = 2.9

જુદા જુદા પ્રકારનાં વિકિરણો નીપજોની જુદી જુદી ઊપજો (yields) આપે છે. આ મુખ્યત્વે રૈખિક ઊર્જા સ્થાનાંતરણ(linear energy transfer, L.E.T.)ના તફાવત વડે મળે છે. જેમને માટે L.E.T. ઓછું હોય તેવાં વિકિરણો પ્રમાણમાં મોટું અલગન (large separation) ધરાવતાં આયનો અને દલપુટો આપતાં હોવાથી વિસરણીય (diffusional) અસરો વધુ અગત્યની બને છે. પાણીમાંથી મળતી વિવિધ નીપજોની ઊપજો વાપરેલા વિકિરણ માટે L.E.T. પર કેવો આધાર રાખે છે તે આકૃતિ 1માં દર્શાવ્યું છે.

વિકિરણની અસરો : નાભિકીય ભઠ્ઠીઓમાં ઉચ્ચ ઊર્જાકીય વિકિરણની રાસાયણિક અસરો દા.ત., વિકિરણ-સંક્ષારણ (radiation corrosion), પાણીનું વિઘટન (water decomposition), અને વિગ્નેર અસર સામે, તેમજ ઉત્પરિવર્તનો (mutations), કૅન્સરના ઉદ્ભવ વગેરેને કારણે જીવંત પ્રણાલીઓની બાબતમાં તકેદારી રાખવી જરૂરી છે. કેટલીક વાર આવી અસરોને જાણીજોઈને વિશિષ્ટ પ્રકારના બહુલીકરણ(polymerisation)ને પ્રેરવા માટે ઉપયોગમાં લેવામાં આવે છે; દા.ત., તિર્યગ્-બંધન (cross link), કલમ કરવા (to graft), તેમજ બહુલકોને ઉષ્મીય દૃષ્ટિએ સ્થાયી બનાવવા માટે. આ ઉપરાંત ખોરાકને, દવાઓને, વાઢકાપ માટેેના પદાર્થોને રોગાણુરહિત (sterilize) કરવા માટે; ઉદ્દીપકોના ગુણધર્મો બદલવા માટે અને અન્ય કોઈ રીતે શક્ય ન હોય તેવી પ્રક્રિયાઓ પ્રેરવા માટે અથવા અસામાન્ય પર્યાવરણીય સંજોગોમાં [દા.ત., અત્યંત નીચા તાપમાને, ઘણા જાડા સ્તરોમાં અને ભારે-દીવાલવાળાં (દબાણ)પાત્રોમાં]. છાપકામની શાહીને પાકી કરવા (curing), કાપડના આવરણ, વાદ્યોના કાષ્ઠ-પ્લાસ્ટિક સંયુગ્મન, ગરમ પાણી માટેની પ્લાસ્ટિકની પાઇપો અને બહુલકોમાં અવશેષી એકમોના રૂપાંતરણ (conversion) માટે પણ આવી અસરોનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે.

ચિત્રા સુરેન્દ્ર દેસાઈ