19.9: التحول النووي

التحول النووي هو تحول أحد العناصر إلى عنصر آخر،وهذا ممكن بواسطة اضمحلال النشاط الإشعاعي،أو الاندماج النووي،أو الانشطار النووي. كما أثبت إرنست رذرفورد،بأن النيتروجين-14،عندما يصطدم بشعاع ألفا المتحرك بسرعة،ينتج عنه بروتون ونوكليدة مختلفة،وهو ما عرّفه باتريك بلاكيت،بعد بضع سنين،على أنه أكسجين-17. الرمز المختصر للعملية يضع بالترتيب النواة المستهدفة،والجسيمات القاصفة و الطاردة،والنواة الناتجة.

النيوترونات وأشعة ألفا من الجسيمات القاصفة الشائعة في عمليات التحول النووي. العغناصر التي يزيد عددها الذري على 92 تُسمى عناصر ما بعد اليورانيوم. هذه العناصر أهداف شائعة في تجارب التحول،لأنها صناعية كليًا ما عدا النبتونيوم أو البلوتونيوم،التي تنتج بشكل طبيعي خلال سلسلة اضمحلال اليورانيوم.

على سبيل المثال،يتم تكوين نبتونيوم-239 في مُفاعلات نووية متخصصة بواسطة ضرب يورانيوم-238 بنيوترونات انشطار. كونها ذات شحنة كهربائية محايدة،فإنّهذه النيوترونات،لا تواجه أي تنافر كهروستاتيكي من النويات،لذا تكون سرعة الانشطارات كافية لهذا التحول. وبعد ذلك يضمحل النبتونيوم-239 المشع إلى بلوتونيوم-239.

وفي تجارب أخرى،يتم ضرب البلوتونيوم-239 بأشعة ألفا فائقة السرعة لإنتاج الكوريوم الذي عدده الذري 96. خلافًا للنيوترونات،لا بد لأشعة ألفا أن تتغلب على التنافر الكهروستاتيكي،الذي تمارسه النواة المستهدفة ذات الشحنة الموجبة،وبالتالي،يتطلب طاقة حركية أكبر. من الملفت أن التنافر الكهروستاتيكي يكون أكبر في النويات الكبيرة كنواة بلوتونيوم-239 منه في النويات الصغيرة كنواة النيتروجين-14 المستخدمة في تجارب رذرفورد وبلاكيت.

مسرّعات الجسيم،ومنها المسرّعات الخطية والمسرعات الدائرية،تنقل السرعة الفائقة المرغوب بها إلى الجسيمات النووية المشحونة. في المسرّع الخطي متعدد المراحل،سلسلة أنابيب متزايدة الأطوال وذات قطبية متناوبة. وجود كمون كهربائي متذبذب،يغير القطبيات بسرعة مما يجعل الجسيمات المشحونة تتجاذب وتتنافر بالتناوب مع كل أنبوب.

تتسارع الجسيمات كلما زاد طول الأنبوب،إلى أن تصل في النهاية إلى سرعات قد تزيد على 90%من سرعة الضوء. أما في المسرّع الدائري،فتتسارع الجسيمات في مسار دائري نتيجة التناوب في الجهد الكهربائي. مسرّعات الجسيم تستطيع أن تضرب النويات حتى بنويات أخرى كبيرة نسبيًا،كضرب الرصاص-208 بشعاع الزنك-70.

الناتج أحد عناصر ما بعد اليورانيوم وهو كوبرنيسيوم-277،يولّد 13 عنصرًا من عناصر ما بعد اليورانيوم عبر سلسلة اضمحلاله الكبيرة،التي تؤدي في النهاية إلى بيزموث-209.