La trasmutazione nucleare è la conversione di un nuclide in un altro. Può verificarsi dal decadimento radioattivo di un nucleo, o dalla reazione di un nucleo con un’altra particella. Il primo nucleo artificiale fu prodotto nel laboratorio di Ernest Rutherford nel 1919 da una reazione di trasmutazione, il bombardamento di un tipo di nuclei con altri nuclei o con neutroni. Rutherford bombardò atomi di azoto-14 con particelle di α ad alta velocità da un isotopo radioattivo naturale del radio e osservò protoni espulsi dalla reazione. Il nucleo del prodotto fu identificato come ossigeno-17 nel 1925 da Patrick Blackett.
Per raggiungere le energie cinetiche necessarie per produrre reazioni di trasmutazione, vengono utilizzati dispositivi chiamati acceleratori di particelle. Questi dispositivi utilizzano campi magnetici ed elettrici per aumentare la velocità delle particelle nucleari. In tutti gli acceleratori, le particelle si muovono nel vuoto per evitare collisioni con molecole di gas. Quando i neutroni sono necessari per le reazioni di trasmutazione, di solito sono ottenuti da reazioni di decadimento radioattivo o da varie reazioni nucleari che si verificano nei reattori nucleari.
Molti elementi artificiali sono stati sintetizzati e isolati, tra cui diversi su larga scala attraverso reazioni di trasmutazione. Gli elementi oltre l’elemento 92 (uranio) sono chiamati elementi transuranici. Questi elementi sono stati tutti scoperti attraverso reazioni di trasmutazione, sebbene gli elementi 93 e 94, nettunio e plutonio, siano stati successivamente trovati in natura come prodotti di decadimento dell’uranio.
Il nettunio-239 fu creato bombardando l’uranio-238 con neutroni. La reazione crea uranio instabile-239, con un’eminazione di 23,5 minuti, che poi decade in nettunio-239. Anche il nettunio-239 è radioattivo, con un’emidità di 2,36 giorni, e decade in plutonio-239.
Il plutonio è ora formato principalmente nei reattori nucleari come sottoprodotto durante il decadimento dell’uranio. Alcuni dei neutroni che vengono rilasciati durante il decadimento dell’U-235 si combinano con i nuclei U-238 per formare uranio-239; questo subisce β− decadimento per formare nettunio-239, che a sua volta subisce β− decadimento per formare plutonio-239.
La medicina nucleare si è sviluppata dalla capacità di convertire atomi di un tipo in altri tipi di atomi. Isotopi radioattivi di diverse dozzine di elementi sono attualmente utilizzati per applicazioni mediche. La radiazione prodotta dal loro decadimento è usata per immagini o trattare vari organi o porzioni del corpo, tra gli altri usi.
Questo testo è adattato da Openstax, Chimica 2e, Sezione 21.4: Trasmutazione ed Energia Nucleare.
