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19.9: 核嬗变
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核嬗变
 
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19.9: 核嬗变

核嬗变是将一种核素转换为另一种核素。 这可能是由核的放射性衰减或核与另一个粒子的反应引起的。 第一个人造核是 1919 年在埃内斯特 · 鲁瑟福德实验室由嬗变反应产生的,这种反应是用其他核或中子轰炸一种类型的核。 鲁瑟福德用天然放射性同位素辐射的高速 α 粒子轰炸了氮 -14 原子,并观察到质子被弹出反应。 生成物核在 1925 年被帕特里克 · 布莱克特认定为 氧-17。

为了达到产生嬗变反应所需的动能,使用了称为粒子加速器的设备。 这些装置使用磁场和电场来提高核粒子的速度。 在所有加速器中,粒子都在真空中移动,以避免与气体分子碰撞。 当嬗变反应需要中子时,它们通常是从放射性衰变反应或核反应堆中发生的各种核反应中获得的。

许多人工元素已被合成和分离,包括通过嬗变反应大规模合成和分离的几个人工元素。 元素 92 (铀) 以外的元素称为铀元素。 这些元素都是通过嬗变反应发现的,尽管元素 93 和 94 (镎和钚) 后来在本质上被发现为铀衰变生成物。

镎 -239 是通过用中子对铀 -238 进行轰炸而产生的。 反应产生不稳定的铀 -239 ,半衰期为 23.5 分钟,然后再进入镎 -239。 镎 -239 也具有放射性,半衰期为 2.36 天,它会变成钚 -239。

钚现在主要在核反应堆中形成,作为铀衰变过程中的副产品。 在 U-235 衰减过程中释放的一些中子与 U-238 核子结合形成了 U-239 ;这种 β 衰减形成了镎 -239 ,而后者又 β 衰减形成了钚 -239。

核医学是从将一种原子转化为其他类型原子的能力发展而来的。 数十种元素的放射性同位素目前用于医疗应用。 除其他用途外,衰变所产生的辐射被用于成像或治疗各种器官或身体部分。

本文改编自 Openstax, 化学 2e, 第21.4节:嬗变与核能。

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