Interested Article - Ядерная трансмутация

Солнце, как и другие звёзды, представляет собой небесное тело, в котором происходит ядерная трансмутация с выделением лучистой энергии.

Ядерная трансмутация — это превращение одного химического элемента или изотопа в другой. Поскольку любой элемент (или его изотоп) определяется количеством протонов (и нейтронов ) в ядре его атомов, ядерная трансмутация это любой процесс, где это число (массовое или зарядовое) изменяется.

Трансмутация происходит либо с помощью ядерных реакций (в которых внешняя частица реагирует с ядром), либо посредством радиоактивного распада .

Естественная трансмутация

Естественная трансмутация путем звездного нуклеосинтеза создала в прошлом большинство более тяжелых химических элементов в существующей Вселенной и продолжается по сей день, создавая такие распространённые элементы как гелий , кислород и углерод . Большинство звезд осуществляют трансмутацию посредством реакций синтеза с участием водорода и гелия, в то время как гораздо более крупные звезды также способны синтезировать более тяжелые элементы, вплоть до железа , на поздних этапах своей эволюции. Наиболее тяжёлые элементы, включая трансурановые , получаются в ходе множественных нейтронных захватов в ходе взрывов сверхновых звёзд (образование ядер тяжелее железа энергетически невыгодно, и в ходе обычного звёздного нуклеосинтеза не происходит)

Другой тип естественной трансмутации происходит, когда определённые радиоактивные элементы, присутствующие в природе, спонтанно распадаются ( альфа - или бета-распад ). Примером может служить естественный распад калия-40 до аргона-40 , который образует большую часть аргона в воздухе. Также на Земле происходят естественные превращения в результате различных механизмов естественных ядерных реакций из-за бомбардировки элементов космическими лучами (например, с образованием углерода-14 ), а также иногда из-за естественной нейтронной бомбардировки .

Искусственная трансмутация

Первый опыт превращения веществ, азота в кислород, сделанный Эрнестом Резерфордом в 1919 году

Искусственная трансмутация может происходить в устройствах, у которых достаточно энергии, чтобы вызвать изменения в ядерной структуре элементов. К таким машинам относятся ускорители частиц и реакторы токамак . Обычные энергетические реакторы деления также вызывают искусственную трансмутацию, но не за счет искусственного разгона частиц, а за счет воздействия на ядра нейтронов, образующихся при делении в результате искусственно созданной ядерной цепной реакции. Например, при бомбардировке атома урана медленными нейтронами происходит деление. Это высвобождает в среднем три нейтрона на акт и большое количество энергии. Высвободившиеся нейтроны затем вызывают деление других атомов урана, пока весь доступный уран не будет исчерпан. Это называется цепной реакцией .

Искусственная трансмутация ядер рассматривается как возможный механизм уменьшения объёма и опасности радиоактивных отходов . В настоящее время в России развивается программа создания жидкосолевого реактора для обезвреживания минорных актиноидов . Из всех долгоживущих трансурановых элементов и продуктов деления, рассматриваемых в качестве кандидатов на трансмутацию, только технеций позволяет получить ценный конечный продукт — стабильный Ru-100 . При проведении ядерной трансмутации технеция-99 в рутений -100 важны такие аспекты, как материал мишеней и нейтронный спектр, используемый в процессе трансмутации .

В некотором смысле, ядерная трансмутация — современный научный подход к осуществлению идеи алхимиков о превращении элементов (например свинца в золото ) . В настоящее время ядерная трансмутация рассматривается в качестве одного из самых современных методов обращения с долгоживущими продуктами деления и некоторыми актиноидами , образующимися в замкнутом ядерном топливном цикле .

Примечания

V. F. Peretrukhin, S. I. Rovnyi, V. V. Ershov, K. E. German, and A. A. Kozar. (англ.) // Russian Journal of Inorganic Chemistry. — Pleiades Publishing, 2002. — May ( vol. 47 , iss. 5 ). — P. 637–642 . — ISSN . 15 января 2022 года.
K. V. Rotmanov, L. S. Lebedeva, V. M. Radchenko, V. F. Peretrukhin. (en, ru) // Radiochemistry. — Pleiades Publishing, 2008. — 15 августа ( т. 50 , № 8 ). — С. 408—410 . — ISSN . 8 февраля 2022 года.
A. A. Kozar, K. E.German, V. F. Peretrukhin. (англ.) // Сборник трудов международного симпозиума ISTR2018 : Сборник трудов. — 2018. — 28 October ( vol. 1 , no. 1 ). — P. 511 . — ISBN 978-5-9933-0132-7 . — doi : .
Konstantin E. German, Vyacheslav Lebedev, Mikhail Volkov. (англ.) . — М. : Publishing house "Granica", 2021. — ISBN 978-5-9933-0346-8 . 8 октября 2022 года.
Виданов В.Л., Шадрин А.Ю. и др. (англ.) // Nuclear Engineering and Design : статья. — 2021. — 15 декабрь ( т. 385 , № 12 ). — С. 111434 . 10 ноября 2021 года.
А.Ю. Вахрушин, А.А. Жеребцов, А.Ю. Шадрин. Химико-технологические аспекты осуществления трансмутационных циклов. — М. : Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ", 2021. — 144 с. — ISBN 978-5-7262-2706-1 .

Литература

А.Ю. Вахрушин, И.Д. Трошкина, А.А. Жеребцов. Технологические основы ядерной трансмутации. — M.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2020. — 108 с. — ISBN 978-5-7237-1792-3 .