Nükleer Dönüşüm

Nükleer dönüşüm, radyoaktif bozunma, nükleer füzyon ve nükleer fisyon yoluyla mümkün olan bir elementin diğerine dönüştürülmesidir. Ek olarak Ernest Rutherford, nitrojen-14'ün hızlı hareket eden bir alfa parçacığı ile vurulduğunda, birkaç yıl sonra Patrick Blackett tarafından oksijen-17 olarak tanımlanan farklı bir çekirdekle birlikte bir proton ürettiğini gösterdi. İşlemin sırayla yoğunlaştırılmış gösterimi;hedef çekirdek, bombardıman, çıkarılan parçacıklar ve ürün çekirdeğidir.

Nötronlar ve alfa parçacıkları, dönüşüm süreçlerinde yaygın olarak bombardıman yapan parçacıklardır. 92'den büyük atom numaralarına sahip elementler, transuranyum elementler olarak adlandırılır. Bu elementler, aynı zamanda uranyum bozunma zincirlerinde de doğal olarak üretilen neptunyum ve plütonyum dışında tamamen sentetik oldukları için dönüşüm deneylerinin ortak hedefleridir.

Örneğin, neptunium-239, uranyum-238'i fisyon nötronları ile bombardıman ederek özel nükleer reaktörlerde üretilir. Elektriksel olarak nötr olan nötronlar, çekirdeklerden elektrostatik itme ile karşılaşmazlar, bu nedenle fisyon hızları bu dönüşüm için yeterlidir. Radyoaktif neptunyum-239 daha sonra plütonyum-239'a bozunur.

Diğer deneylerde, plütonyum-239, atom numarası 96 olan küriyum elde etmek için yüksek hızlı alfa parçacıklarıyla vurulur. Nötronlardan farklı olarak, alfa parçacıkları, pozitif yüklü hedef çekirdekler tarafından uygulanan elektrostatik itmenin üstesinden gelmelidir ve bu nedenle daha fazla kinetik enerji gerektirir. Özellikle, elektrostatik itme, plütonyum-239 gibi daha büyük çekirdeklerde Rutherford ve Blackett deneylerinde kullanılan nitrojen-14 gibi daha küçük çekirdeklerden daha büyüktür.

Doğrusal hızlandırıcılar ve siklotronlar içeren parçacık hızlandırıcılar, yüklü nükleer parçacıklara istenen yüksek hızları verir. Çok aşamalı bir doğrusal hızlandırıcı, artan uzunluklara ve değişen kutuplara sahip bir dizi tüpe sahiptir. Salınan bir elektrik potansiyeli, kutupları hızla değiştirir, böylece yüklü parçacıklar dönüşümlü olarak her bir tüp tarafından çekilir ve itilir.

Parçacık, tüpler uzadıkça hızlanır ve sonuçta ışık hızının 90'ını aşabilen hızlara ulaşır. Bir siklotronda, alternatif voltaj, parçacığı spiral bir yolda hızlandırır. Parçacık hızlandırıcılar, kurşun-208'in bir çinko-70 ışınıyla bombardımanı gibi diğer nispeten büyük çekirdeklerle bile çekirdekleri bombardıman edebilir.

Ürünün transuranyum elementi olan copernicium-277, en sonunda bizmut-209'a yol açan ana bozunma zinciri boyunca on üç transuranyum element üretir.