En física y química , la radiólisis es la descomposición de materia (sólida, líquida o gaseosa) por radiación ionizante . El agua se puede radiolizar, pero también los gases, las sales minerales y muchas moléculas orgánicas.
La radiólisis del agua es la disociación por descomposición química del agua (H 2 O) (líquido o vapor de agua) en hidrógeno e hidroxilo , respectivamente en forma de radicales H · y OH, bajo el efecto de una intensa radiación de energía. La ruptura resulta de la excitación electrónica de la molécula de agua durante el fenómeno de ionización .
Varios parámetros modifican los rendimientos moleculares y radicales de la radiólisis del agua. Los factores conocidos son:
Los radicales libres producidos por radiólisis son muy reactivos. Si pueden recombinarse en el medio, solo tienen una vida útil corta.
Este "craqueo" molecular fue demostrado, poco después del descubrimiento de la radiactividad , por el francés André Debierne (1874-1949), quien descubrió que el radio era capaz de descomponer la molécula de agua para formar hidrógeno y oxígeno nativo, con posible producción de peróxido de hidrógeno.
Los científicos atomistas del Proyecto Manhattan y sus homólogos rusos que trabajaban en secreto en el desarrollo de la bomba atómica , encontraron que la presencia de hidrógeno ralentizaba la radiólisis mientras que el oxígeno disuelto o el peróxido de hidrógeno la aceleraban. AO Allen luego demostró que la radiactividad podría catalizar la recombinación de agua de H 2y H 2 O 2 en presencia de radicales H y OH·. También observamos la formación por radiólisis de una nueva entidad química: el electrón hidratado (grupo de moléculas de agua unidas a un electrón por la atracción entre la carga de este último y los momentos dipolares eléctricos de estas moléculas de 'agua) dice "e aq - "(resaltado por EJ Hart y JW Boag ). El fenómeno parece haber sido estudiado durante las pruebas nucleares atmosféricas , que también producen ozono , que también es un superoxidante .
La radiolisis del agua plantea complejos problemas de ingeniería nuclear. La ocurrencia accidental de este fenómeno es temida por los proyectistas de centrales nucleares , los proyectistas y usuarios de potentes fuentes radiactivas, los centros que llevan a cabo el tratamiento o el almacenamiento de residuos radiactivos o las instalaciones como el sarcófago de Chernobyl , porque además hay Existe riesgo de explosión con hidrógeno, la oxidación de metales y los efectos sobre el comportamiento del agua de cemento todavía son poco tenidos en cuenta por los modelos, especialmente a medio y largo plazo.
A modo de ejemplo:
Incluso una modificación moderada de uno de estos cuatro factores puede modificar en gran medida el efecto del hidrógeno en la radiólisis del agua. Además, la experiencia y las simulaciones por computadora han demostrado que una vez que se han alcanzado ciertos umbrales para la concentración de oxígeno y peróxido de hidrógeno, el agua de repente comienza a lisarse en hidrógeno, oxígeno y peróxido de hidrógeno. Además, cuando los niveles de oxígeno y peróxido de hidrógeno alcanzan un cierto umbral, se detiene la reacción en cadena que llevó a recombinar las moléculas para producir agua.
Por lo tanto, los investigadores continúan estudiando la radiólisis del agua expuesta a una radiación intensa, para evitar un efecto de corrosión del circuito y del reactor, y en particular para evitar el agrietamiento del agua con riesgo de explosión de hidrógeno.
La radiólisis es un factor destructivo en el funcionamiento celular , porque la mayoría de los procesos vivos dependen del agua o involucran la participación de moléculas de agua; a través de la radiólisis, ciertos tipos de radiación pueden contribuir al estrés oxidativo al producir radicales (radicales superóxido ) que también están involucrados en diversas patologías y en el envejecimiento. Varios laboratorios estudian las reacciones de oxidación y reducción de radicales resultantes de la radiólisis del agua sobre proteínas , ADN (¿ARN?) O lípidos .
Parece que las células de las plantas, los hongos y los líquenes son más capaces de resistir los efectos de la radiactividad que la mayoría de las células animales. Las metalotioneínas implicadas en el manejo de metales pesados y la desintoxicación por organismos, así como la superóxido dismutasa , son de interés para los investigadores por su capacidad para reducir los impactos de la radiólisis en las células (antirradicales, antioxidantes ).
La radiólisis tiene un efecto sobre las formas químicas de los radioelementos liberados o presentes en el medio ambiente, que son transportados por el aire, el agua y el suelo a los ecosistemas ( bioturbación ). También allí, los efectos de las dosis bajas, en particular para las moléculas que tienen un objetivo biológico , todavía no se conocen bien (por ejemplo, en humanos: tiroides para el yodo o corazón para el cesio ).
La vida y la química del suelo también pueden verse perturbadas: el suelo contiene agua, y en particular humus y arcilla, que tienen funciones de retención esenciales. Se pueden radiolizar varios componentes del suelo y los productos radiolíticos sumarán sus efectos a los de la radiación sobre las células vivas y modificarán la capacidad de retención de arcillas, carbones y humus y moléculas en solución en agua (oxidación por ejemplo).
La ionización de alimentos y ciertos medicamentos se utiliza cada vez más con fines de desinfección . En buenas condiciones, se considera que no induce un riesgo toxicológico si la dosis administrada no es superior a 10 kGy. Algunos medicamentos se esterilizan por irradiación, con el riesgo de que algunos de sus componentes sean radiolizados; deben respetar los principios de la farmacopea. Según Zeegers (1993), en el caso del cloranfenicol irradiado, una dosis esterilizante de 15 a 25 kGy todavía permite que el fármaco pase "la mayoría de las pruebas de pureza". Sin embargo, estas pruebas no se han desarrollado para la detección de posibles productos característicos de la radiolisis. La detección cromatográfica podría utilizarse para sustancias radio sensibles, como los antibióticos β-lactámicos, pero requeriría una nueva irradiación ” .
Los residuos vitrificados y especialmente sus contenedores metálicos pueden degradarse por radiólisis del agua, fenómeno que es objeto de estudios para la gestión de riesgos en el contexto de la eliminación geológica profunda de residuos nucleares en particular. Lo mismo ocurre con las cerámicas nucleares (por ejemplo: zirconolita ).