Transmutacja jądrowa

Transmutacja jądrowa to przemiana jednego nuklidu w drugi. Może to nastąpić w wyniku rozpadu promieniotwórczego jądra lub reakcji jądra z inną cząstką. Pierwsze jądro wytworzone przez człowieka powstało w laboratorium Ernesta Rutherforda w 1919 roku w wyniku reakcji transmutacji, czyli bombardowania jednego typu jąder innymi jądrami lub neutronami. Rutherford bombardował atomy azotu-14 szybkimi cząstkami α z naturalnego radioaktywnego izotopu radu i zaobserwował protony wyrzucane w wyniku reakcji. Jądro produktu zostało zidentyfikowane jako tlen-17 w 1925 roku przez Patricka Blacketta.

Aby osiągnąć energie kinetyczne niezbędne do wywołania reakcji transmutacji, stosuje się urządzenia zwane akceleratorami cząstek. Urządzenia te wykorzystują pola magnetyczne i elektryczne do zwiększania prędkości cząstek jądrowych. We wszystkich akceleratorach cząstki poruszają się w próżni, aby uniknąć zderzeń z cząsteczkami gazu. Gdy neutrony są potrzebne do reakcji transmutacji, zwykle uzyskuje się je z reakcji rozpadu promieniotwórczego lub z różnych reakcji jądrowych zachodzących w reaktorach jądrowych.

Wiele sztucznych pierwiastków zostało zsyntetyzowanych i wyizolowanych, w tym kilka na dużą skalę poprzez reakcje transmutacji. Pierwiastki poza pierwiastkiem 92 (uranem) nazywane są pierwiastkami transuranowymi. Wszystkie te pierwiastki zostały odkryte w reakcjach transmutacji, chociaż pierwiastki 93 i 94, neptun i pluton, zostały następnie znalezione w naturze jako produkty rozpadu uranu.

Neptun-239 powstał w wyniku bombardowania uranu-238 neutronami. W wyniku reakcji powstaje niestabilny uran-239 o okresie połowicznego rozpadu 23,5 minuty, który następnie rozpada się na neptun-239. Neptun-239 jest również radioaktywny, z okresem połowicznego rozpadu 2,36 dnia i rozpada się na pluton-239.

Pluton powstaje obecnie głównie w reaktorach jądrowych jako produkt uboczny podczas rozpadu uranu. Niektóre neutrony, które są uwalniane podczas rozpadu U-235, łączą się z jądrami U-238, tworząc uran-239; Ulega on rozpadowi β⁻, tworząc neptun-239, który z kolei ulega β⁻ rozpadowi, tworząc pluton-239.

Medycyna nuklearna rozwinęła się dzięki zdolności do przekształcania atomów jednego typu w inne typy atomów. Promieniotwórcze izotopy kilkudziesięciu pierwiastków są obecnie wykorzystywane do zastosowań medycznych. Promieniowanie wytwarzane przez ich rozpad jest wykorzystywane między innymi do obrazowania lub leczenia różnych narządów lub części ciała.

Ten tekst jest adaptacją <a href=”https://openstax.org/books/chemistry-2e/pages/21-4-transmutation-and-nuclear-energy”>Openstax, Chemia 2e, Sekcja 21.4: Transmutacja i energia jądrowa.