Ядерна трансмутація
З Вікіпедії, безкоштовно encyclopedia
Ядерна трансмутація — це перетворення одного хімічного елемента або ізотопу в інший хімічний елемент.[1] Ядерна трансмутація відбувається в будь-якому процесі, коли кількість протонів або нейтронів у ядрі атома змінюється.
Трансмутація може бути досягнута або ядерними реакціями (під час яких зовнішня частинка реагує з ядром), або радіоактивним розпадом, де не потрібна зовнішня причина.
Природна трансмутація шляхом зоряного нуклеосинтезу в минулому створила більшість важчих хімічних елементів у відомому існуючому Всесвіті, і продовжує відбуватися донині, утворюючи переважну більшість найпоширеніших елементів у Всесвіті, включаючи гелій, кисень і вуглець. Більшість зірок здійснюють трансмутацію за допомогою реакцій термоядерного синтезу за участю водню та гелію, тоді як набагато більші зірки також здатні об'єднувати важчі елементи до заліза на пізньому етапі їхньої еволюції.
Елементи, важчі за залізо, такі як золото або свинець, створюються шляхом елементарних трансмутацій, які природним чином можуть відбуватися в наднових. Зараз відомо, що одна з цілей алхімії, перетворення основних речовин у золото, неможлива хімічними засобами, але можлива фізичними. Коли зірки починають синтезувати важчі елементи, від кожної реакції синтезу виділяється значно менше енергії. Це триває до тих пір, поки не буде досягнуто залізо, яке утворюється в результаті ендотермічної[en] реакції, що споживає енергію. У таких умовах неможливо створити важчий елемент.
Один із типів природної трансмутації, яка спостерігається в даний час, відбувається, коли певні радіоактивні елементи, присутні в природі, спонтанно розпадаються в результаті процесу, який викликає трансмутацію, наприклад альфа- або бета-розпад. Прикладом є природний розпад калію-40 до аргону-40[en], який утворює більшу частину аргону в повітрі. Також на Землі відбуваються природні перетворення з різних механізмів природних ядерних реакцій через бомбардування елементів космічними променями (наприклад, для утворення вуглецю-14), а також іноді через природне бомбардування нейтронами (наприклад, див. природний ядерний реактор поділу[en]).
Штучна трансмутація може відбуватися в механізмах, які мають достатньо енергії, щоб викликати зміни в структурі ядер елементів. До таких машин відносяться прискорювачі частинок і реактори токамак. Звичайні енергетичні реактори поділу також спричиняють штучну трансмутацію, але не за рахунок енергії машини, а шляхом впливу на елементи нейтронів, які утворюються в результаті поділу в результаті штучно створеної ланцюгової ядерної реакції. Наприклад, коли атом урану бомбардують повільними нейтронами, відбувається поділ. Виділяється в середньому 3 нейтрони та велика кількість енергії. Вивільнені нейтрони викликають поділ інших атомів урану, доки весь доступний уран не буде вичерпано. Це називається ланцюговою реакцією.
Штучна ядерна трансмутація розглядається як можливий механізм зменшення обсягу та небезпеки радіоактивних відходів.[2]