LINAC berendezés



Gyorsító: Tesla Linac LPR 4
Impulzus félértékszélesség: 2.6 mikrosekundum vagy 800 nanosekundum
Electron energia: 4 MeV
Impulzus áram: 200 mA
Dózis/impulzus max. 260 Gy, or 130 Gy
Detektálás módja: optikai detektálás 260-600 nm hullámhossztartományban
Vizsgálható időskála: 1 μs-1 s.

Az impulzusradiolízis mérőegyüttes felépítése az 1. ábrán látható. A 4 MeV-os TESLA LINAC LPR-4 típusú elektrongyorsító függőleges elrendezésű, 80, 900 és 2500 ns-os időtartamú impulzusok kibocsátására képes. A dózis/impulzus érték a 10-300 Gy tartományban változtatható, a pontos értéket a mérések előtt tiocianát dozimetriával kell megállapítani. A mintatartó küvetta az elektrongyorsító kilépő ablaka alatt helyezkedik el, s az elektronok függőlegesen érik a mintát. Az optikai pad vízszintes elrendezésű, s az analizáló fény és a gyorsított elektronok pályája a mintatartóban keresztezi egymást. A fényforrás nagynyomású xenonlámpa. A lámpa és a mintatartó küvetta közé elhelyezett fényzár csak néhány ms-os periódusokra nyílik ki a mérések alatt, így nem indulhat meg a minta fotolitikus bomlása. A cellában az optikai úthossz 2 cm. A mérendő oldat oxigén-mentesítése N2, vagy N2O buborékoltatással történik, ami a mérés előtt 30 perccel kezdődik, s a mérések alatt is folytatódik. Az analizáló fényt először a mintára, majd az üvegszál optika belépő ablakára fókuszálja egy lencserendszer. A mérőberendezésnek az előzőekben leírt része a gyorsítóval egy helyiségben található. Ez a helyiség megfelelő sugárvédelemmel ellátott falakkal készült, amelyek biztosítják, hogy a szomszédos helyiség, sugárzás szempontjából, emberek és műszerek számára is biztonságos legyen.

1. ábra Az impulzusradiolízis berendezés felépítése

Az elektronimpulzus hatására keletkező stabilis-, vagy köztitermékek meghatározott hullámhosszon elnyelik a fényt, vagyis a mintán áthaladó, adott hullámhosszúságú fény intenzitása a mintában lévő (közti)termék koncentrációjától függ. A kinetikus spektrofotometria módszerével a köztitermékek abszorbanciájának (A) időfüggését mérjük. A Beer-törvénynek megfelelően egy adott időpillanatban a következő összefüggés érvényes:



ahol I0 a beeső fény, I(t) az átengedett fény intenzitása, epszilon (mol-1 dm3 cm-1) a moláris fényelnyelési együttható (extinkciós koefficiens) lambda hullámhossznál, c(t) (mol dm-3) a koncentráció és l (cm) az optikai úthossz a mérőcellában. A kapott abszorbancia értékek segítségével meghatározható a G illetve a fényelnyelési együttható szorzata (ahol G a sugárkémiai hozam, részecske/100 eV) értékekké alakíthatók a következő összefüggés segítségével:


ahol a ró az oldat sűrűsége (g cm-3), D a dózis (Gy, 1 Gy = 1 J kg-1) A megfigyelés hullámhossza az UV - látható tartományban változtatható (250 – 700 nm). A köztitermék színképének felvételekor, általában 5 nm-es lépésekkel változtatva a hullámhosszt, a teljes spektrum-tartományban készülnek kinetikai görbék, s az azonos időtartamhoz tartozó pontokból áll össze a színkép. A sebességi együtthatók (k) a kinetikai görbékből határozhatók meg. Az pszeudo-elsőrendű reakciók a következő differenciálegyenlettel írhatók le:


ahol [M] a vizsgált anyag pedig a köztitermék koncentrációját jelzi. Az egyenlet integrálásával és felhasználva a Lambert-Beer törvényt is, amely szerint köztitermék koncentráció, arányos A-val, azaz az abszorbanciával, a következő összefüggést nyerjük:



ahol A0 az impulzus utáni 0 időpontban, A pedig a t időpontban mért abszorbancia. Az ln értékeket az idő függvényében ábrázolva, a kapott egyenes meredeksége adja k értékét. A lánczáródás általában másodrendű kinetika szerint megy végbe, amikor 2kt (a lánczáródás sebességi együtthatója) az (5) összefüggés alapján számolható:



A reciprok abszorbanciát az idő függvényében ábrázolva, a kapott egyenes iránytangense adja a második egyenlet jobb oldalán lévő állandó értékét, melyből a moláris fényelnyelés és l ismeretében 2kt értéke számítható. Mivel a sugárzás energiájának csak az a hányada vált ki kémiai reakciót, amely elnyelődik a rendszerben, ezért a kémiai mérésekhez szükséges a rendszer által abszorbeált energia, a dózis ismerete. Az impulzusradiolízis kísérletekhez szükséges dozimetriai méréseket elsősorban kémiai doziméterekkel végzik. A kémiai dozimetria alapja a sugárzás kémiai hatásának mérése. A mérés pontosságát az határozza meg, hogy mekkora a dozimetria szempontjából fontos köztitermékek (pl. gyökök, ionok) hozama, és mekkora a moláris elnyelési együttható.