19.9: Transmutação Nuclear

A transmutação nuclear é a conversão de um nuclídeo em outro. Pode ocorrer pelo decaimento radioativo de um núcleo, ou pela reação de um núcleo com outra partícula. O primeiro núcleo criado pelo homem foi produzido no laboratório de Ernest Rutherford em 1919 por uma reação de transmutação, o bombardeamento de um tipo de núcleos com outros núcleos ou com neutrões. Rutherford bombardeou átomos de nitrogénio-14 com partículas α de alta velocidade de um isótopo radioativo natural de rádio e observou protões a serem ejetados da reação. O núcleo do produto foi identificado como oxigénio-17 em 1925 por Patrick Blackett.

Para atingir as energias cinéticas necessárias para produzir reações de transmutação, são utilizados dispositivos chamados aceleradores de partículas. Estes dispositivos utilizam campos magnéticos e elétricos para aumentar a velocidade das partículas nucleares. Em todos os aceleradores, as partículas movem-se em um vácuo para evitar colisões com moléculas de gás. Quando são necessários neutrões para reações de transmutação, estes são geralmente obtidos a partir de reações de decaimento radioativo ou de várias reações nucleares que ocorrem em reatores nucleares.

Muitos elementos artificiais foram sintetizados e isolados, incluindo vários em grande escala, através de reações de transmutação. Os elementos após o elemento 92 (urânio) são chamados elementos transurânicos. Estes elementos foram todos descobertos através de reações de transmutação, embora os elementos 93 e 94, neptúnio e plutónio, tenham sido posteriormente encontrados na natureza como produtos de decaimento do urânio.

O neptúnio-239 foi criado pelo bombardeamento de urânio-238 com neutrões. A reação cria urânio-239 instável, com uma meia-vida de 23,5 minutos, que depois decai para neptúnio-239. O neptúnio-239 também é radioativo, com uma meia-vida de 2,36 dias, e decai para plutónio-239.

O plutónio é agora formado principalmente em reatores nucleares como subproduto durante o decaimento do urânio. Alguns dos neutrões libertados durante o decaimento de U-235 combinam-se com núcleos de U-238 para formar urânio-239; isto sofre decaimento β⁻ para formar neptúnio-239, que por sua vez sofre decaimento β⁻ para formar plutónio-239.

A medicina nuclear desenvolveu-se a partir da capacidade de converter átomos de um tipo em outros tipos de átomos. Isótopos radioativos de várias dúzias de elementos são atualmente usados para aplicações médicas. A radiação produzida pelo seu decaimento é utilizada para obter imagens ou tratamento de vários órgãos ou partes do corpo, entre outros usos.

Este texto é adaptado de Openstax, Chemistry 2e, Section 21.4: Transmutation and Nuclear Energy.