Действие ионизирующих излучений

Характер действия ионизирующих излучений на продукт зависит от энергии излучения и от дозы облучения (количества излучения, поглощенного веществами). Для оценки дозы относительно данного облучаемого вещества принято пользоваться единицами, эквивалентными рентгену. В настоящее время дозу облучения чаще выражают в безотносительных единицах — рад (1 рад =100 эрг/г).

Небольшие энергии излучения вызывают возбуждение молекул и образование активных радионуклидов. При энергиях до 10 000 эВ происходит отрыв электронов и образование ионов.

Излучения более высоких энергий затрагивают ядро и вызывают наведенную радиоактивность. В условиях практического применения ионизирующих излучений приходится, таким образом, сталкиваться с явлениями возбуждения молекул и ионизации частиц.

Одна и та же доза облучения может быть достигнута при большей энергии излучения и малом времени облучения или при малой энергии излучения длительное время. Но эффект действия не будет равнозначным, поскольку характер изменений веществ находится в зависимости от энергии излучения.

По сравнению с другими способами предохранения продуктов от порчи ионизирующие излучения обладают следующими преимуществами:

- незначительные общие химические изменения продукта;

- небольшой подъем температуры облучаемого продукта (в пределах нескольких градусов);

- обработка продуктов за короткий срок на желательную глубину (от поверхностного воздействия до значительной толщины облучаемого слоя);

- возможность организации непрерывно-поточной обработки;

- использование любых видов герметичной упаковки. Наряду с этим имеются и существенные недостатки:

возникновение химических изменений, ухудшающих вкус, запах, консистенцию; опасность образования вредных соединений как во время облучения, так и после него; развитие ферментативных процессов во время хранения.

Предотвратить нежелательные изменения в полной мере пока не удалось, поэтому широкое применение ионизирующих излучений в промышленном масштабе задерживается.

Эффект ионизации заключается в том, что при воздействии г-квантов атом или молекула теряет электрон и, следовательно, свою электронейтральность, и становится положительно заряженным ионом. Оторвавшийся электрон, являющийся носителем отрицательного заряда, присоединяясь к другому атому или молекуле, образует отрицательный ион.

Возникающие при этом в пищевых продуктах, а также в живых организмах химические превращения связаны в первую очередь с ионизацией воды и представляются следующим образом.

Вначале ионизируются молекулы воды:

Н20 + е -> Н20

Н20 — ё -> Н20+ (3.28)

Образующиеся при этом ионы Н20" и Н20+ крайне неустойчивы и тотчас распадаются с образованием свободных радикалов:

Образовавшиеся свободные радикалы З ' (атомарный водород) и ОН ' (представляющий собой валентно ненасыщенное соединение) обладают высокой химической активностью. Свободные радикалы неустойчивы и могут просуществовать в свободном виде всего 10~5—10~ыб Однако за это короткое время с их помощью образуются сильные окислители, которые могут вторгаться в химическую природу облучаемых веществ.

Схема возникающих комбинаций и рекомбинаций свободных радикалов такова. Вначале из свободных радикалов ОН* образуется пероксид водорода: ОН' + ОН" —> Н202. Реагируя далее со свободным радикалом ОН * (Н202 + ОН ' —> —> Н02' + Н20), пероксид водорода дает начало образованию гиперпероксида Н02 ' , являющегося валентно ненасыщенным энергичным окислителем. Дальнейшее действие свободного радикала ОН ' на гиперпероксид приводит к выделению молекулярного кислорода (Н02' + ОН —> 02 + Н20), а комбинация гиперпероксида с пероксидом водорода создает свободный радикал ОН ': Н02" + Н202 -> 02 + Н20 + ОН '. Выделяющийся молекулярный кислород "подхватывается" свободным радикалом водорода, образуя гиперпероксид (Н' + 02 —> Н02'), а последний, вновь реагируя с атомарным водородом, преобразуется в пероксид водорода: Н02 + З ' —> Н202 и так далее.