核変換

核変換とは、ある元素を別の元素に変換することであり、これは放射性崩壊、核融合、核分裂によって可能になります。

さらに、アーネスト・ラザフォードは、窒素14が高速で移動するアルファ粒子に当たると、別の核種とともに陽子を生成することを示しました。これは、数年後にパトリック・ブラケットによって酸素17として特定されました。

プロセスの凝縮された表記には、ターゲット核、衝撃粒子と放出粒子、および生成核が順番にリストされています。中性子とアルファ粒子は、核変換プロセスで一般的な衝撃粒子です。

原子番号が92より大きい元素は、超ウラン元素と呼ばれます。これらの元素は、ウラン崩壊鎖で自然に生成されるネプツニウムとプルトニウムを除いて完全に合成されているため、核変換実験の一般的な標的です。

例えば、ネプツニウム239は、ウラン238に核分裂性中性子を衝突させることにより、特殊な原子炉で生成されます。電気的に中性であるため、中性子は原子核からの静電反発を受けないため、核分裂速度はこの変換に十分です。放射性のネプツニウム239は、その後、プルトニウム239に崩壊する。

さらなる実験では、プルトニウム239に高速アルファ粒子をぶつけて、原子番号96のキュリウムを生成します。中性子とは異なり、アルファ粒子は正に帯電した標的核によって加えられる静電反発を克服する必要があるため、より大きな運動エネルギーを必要とします。

特に、静電反発力は、ラザフォード実験やブラケット実験で使用された窒素14のような小さな原子核よりも、プルトニウム239のような大きな原子核の方が大きくなります。

線形加速器やサイクロトロンなどの粒子加速器は、荷電核粒子に望ましい高速性を与えます。

多段線形加速器は、長さが長くなり、極性が交互になる一連のチューブを持っています。振動する電位により極性が急速に切り替わり、荷電粒子が各チューブによって交互に引きつけられたり反発されたりします。

粒子はチューブが長くなるにつれて加速し、最終的には光速の90%を超える速度に達します。サイクロトロンでは、交流電圧が代わりに粒子をらせん状の経路で加速します。

粒子加速器は、亜鉛-70のビームによる鉛-208の衝撃のように、他の比較的大きな原子核でも原子核を衝突させることができます。生成物の超ウラン元素であるコペルニシウム-277は、その主要な崩壊鎖を通じて13の超ウラン元素を生成し、最終的にビスマス-209につながります。