Investigation of processes of interaction relativistic electrons with the solutions of organic dyes

Abstract

Investigation of the processes of interaction of ionizing radiation with complex organic objects can solve a number of fundamental and applied problems in radiation physics, chemistry and biology. In this work we investigated the dose dependence (dose range 1...5 M Rad) optical density relative concentrations of water, alcohol and glycerine solution following organic dyes: methylene blue - C₁₆H₁₈N₃SCl and methyl orange - C₁₄H₁₄N₃O₃SNa, irradiated with an electron beam with an energy of 16 MeV . In the analysis of absorption spectra, it was found that water solutions of dyes have less resistance to radiation as compared with the alcohol and glycerol. Also, all solutions of methyl orange less radiation resistant than the methylene blue solution. Analysis of the spectra showed that these relationships are close to linear in the range of doses. To understand the physical and chemical processes occurring in the interaction of relativistic electrons with the studied organic objects were performed the computer simulations of the energy spectra of ions formed due to breaking the chemical bonds of molecules of dye solutions using the program SRIM-2010. The analysis showed that radiation - stimulated chemical processes play a major role in the destruction of the source of organic dye molecules. The remaining processes (interaction of electrons and nuclei, the cascade processes) accounts for about 10% of all molecular breaks.

Исследование процессов взаимодействия ионизирующего излучения со сложными органическими объектами позволяет решать целый ряд прикладных и фундаментальных задач в области радиационной физики, химии и биологии. В данной работе исследовались дозовые зависимости (в диапазоне доз 1...5 МРад) оптической плотности относительных концентраций водного, спиртового и глицеринового растворов следующих органических красителей: метиленового синего C₁₆H₁₈N₃SCl , и метилового оранжевого C₁₄H₁₄N₃O₃SNa , при облучении их электронным пучком с энергией 16 МэВ. При анализе спектров поглощения было установлено, что водные растворы всех красителей обладают меньшей радиационной стойкостью по сравнению со спиртовыми и глицериновыми. Также все растворы метилового оранжевого менее радиационно - стойкие по сравнению с растворами метиленового синего. Анализ спектров показал, что эти зависимости близки к линейным в данном диапазоне доз. С целью понимания физико-химических процессов, происходящих при взаимодействии релятивистских электронов с исследуемыми органическими объектами, было проведено компьютерное моделирование энергетических спектров ионов, образовавшихся при разрыве химических связей молекул растворов красителей при помощи программы SRIM - 2010. Анализ показал, что радиационно - стимулированные химические процессы играют основную роль в разрушении исходных органических молекул красителей. На долю остальных процессов (взаимодействие электронов с ядрами, каскадные процессы) приходится порядка 10% всех разрывов молекул.

Дослiдження процесiв взаємодiї iонiзуючого випромiнювання iз складними органiчними об'єктами доз¬воляє вирiшувати цiлий ряд прикладних i фундаментальних завдань у галузi радiацiйної фiзики, хiмiї та бiологiї. У данiй роботi дослiджувалися дозовi залежностi (в дiапазонi доз 1...5 МPад) оптичної щiльностi вiдносних концентрацiй водного, спиртового та глiцеринового розчинiв наступних органiчних барвникiв: метиленового синього C₁₆H₁₈N₃SCl , i метилового оранжевого C₁₄H₁₄N₃O₃SNa , при опромiненнi їх електронним пучком з енергiєю 16 МеВ. При аналiзi спектрiв поглинання було встановлено, що воднi розчини всiх барвникiв володiють меншою радiацiйною стiйкiстю порiвняно зi спиртовими й глiцериновi. Також всi розчини метилового оранжевого менш радiацiйно - стiйкi в порiвняннi з розчинами метиленового синього. Аналiз спектрiв показав, що цi залежностi близькi до лiнiйних в даному дiапазонi доз. З метою зрозумiння фiзико-хiмiчних процесiв, що вiдбуваються при взаємодiї релятивiстських електронiв з дослiджуваними органiчними об'єктами, було проведено комп'ютерне моделювання енергетичних спектрiв iонiв, що утворилися при розривi хiмiчних зв'язкiв молекул розчинiв барвникiв за допомогою програми SRIM - 2010. Аналiз показав, що радiацiйно - стимульованi хiмiчнi процеси вiдiграють основну роль у руйнуваннi органiчних молекул барвникiв. На частку iнших процесiв (взаємодiя електронiв з ядрами, каскаднi процеси) припадає близько 10% всiх розривiв молекул.