Я́дерная хи́мия — часть химии высоких энергий , раздел физической химии — изучает ядерные реакции и сопутствующие им физико-химические процессы , устанавливает взаимосвязь между физико-химическими и ядерными свойствами вещества . Часто под ядерной химией подразумевают области исследования радиохимии (иногда как её раздел) и радиационной химии . Это разные науки, но ядерная химия является для них теоретическим фундаментом. Термин ядерная химия даже в настоящее время не является общепринятым по причине того, что превращение атомных ядер это изначально область ядерной физики , а химия по определению изучает только химические реакции при которых ядра атомов остаются неизменными. Ядерная химия зародилась на стыке радиохимии , химической физики и ядерной физики

История возникновения

Зарождение ядерной химии, как и ядерной физики , связано с открытием радиоактивности урана ( А. Беккерель , 1896), Th и продуктов его распада — новых, радиоактивных элементов Ро и Ra ( М. Склодовская-Кюри и П. Кюри , 1898). Дальнейшее развитие было определено открытием искусств. ядерного превращения ( Э. Резерфорд , 1919), изомерии атомных ядер естественных радионуклидов ( Отто Ган , 1921) и изомерии искусств. атомных ядер ( И. В. Курчатов и др., 1935), деления ядер U под действием нейтронов (О. Ган, Ф. Штрасман , 1938), спонтанного деления U ( Г. Н. Флёров и К. А. Петржак , 1940). Создание ядерных реакторов ( Э. Ферми , 1942) и ускорителей частиц ( Дж. Кокрофт и Э. Уолтон , 1932) открыло возможность изучения процессов, происходящих при взаимодействии частиц высокой энергии со сложными ядрами , позволило синтезировать искусственные радионуклиды и новые элементы. Становление ядерной химии как науки связано с работами американского химика и физика-ядерщика (химика-ядерщика) Гленна Сиборга во время работ по созданию атомной бомбы . Ядерная химия была призвана решить проблему получения весовых количеств плутония . Современная ядерная химия сформировалась благодаря появлению новой области физической химии — химии высоких энергий .

Основные направления ядерной химии

• исследование ядерных реакций и сопутствующих физико-химических процессов;
• химия «новых атомов»;
• поиск и синтез новых элементов и радионуклидов реакторным методом;
• поиск новых видов радиоактивного распада .

Методы ядерной химии

Для решения поставленных задач в ядерной химии используют радиохимические методы , ионизационные и, в последнее время, масс-спектрометрические , а также применяют толстослойные фотоэмульсии . Важнейшая задача ядерной химии — выделение и идентификация радиохимическими методами продуктов ядерных реакций . Особую роль эти методы играют при исследовании ядерных реакций , в которых образуется сложная смесь нуклидов различных элементов . Для их выделения применяют радиохимические варианты методов осаждения, экстракции, ионообменной хроматографии , электролиза и дистилляции . Идентифицируют нуклиды по характеру излучения, измерением энергии и периода полураспада или методом масс-спектрометрии . Для этой цели используют многоканальные спектрометры , различные типы счетчиков. Изучение механизма ядерных превращений позволило понять процессы, протекающие в космосе , происхождение и распространение химических элементов , объяснить аномалии в изотопном составе различных природных объектов, получить радиоактивные изотопы почти всех химических элементов и синтезировать новые элементы периодической системы , в том числе актиноиды и трансактиноиды . Для определения периода полураспада короткоживущих нуклидов (Т1/2 < 1 мин) используют специальную технику измерения времени жизни нуклида от момента его образования до распада непосредственно на детекторе .

Проблемы ядерной химии

К ядерной химии иногда относят и некоторые радиохимические проблемы, например исследование химии «горячих атомов», возникающих при различных ядерных превращениях. Горячие атомы в результате радиоактивного распада имеют избыточную (по сравнению с обычными атомами среды) кинетическую энергию , формально соответствующую температурам 10 000-10 000 000 К и превышающую энергию активации многих химических реакций . При столкновениях с атомами и молекулами среды горячие атомы способны стабилизироваться в соединениях, отличных от исходных ( эффект Силарда — Чалмерса ; 1934). Этот эффект и используют в радиохимии для исследования механизма реакций горячих атомов со средой, для синтеза меченых соединений, разделения изотопов и др.

Методами ядерной химии с использованием «новых атомов», и прежде всего позитрония (Ps) и мюония (Мu), изучают превращения атомов в различных химических системах — .

Литература

1. Фридлендер Г., Кеннеди Дж., Миллер Дж., Ядерная химия и радиохимия, пер. с англ., М., 1967;
2. Чоппин Г., Ридберг Я., Ядерная химия. Основы теории и применения, пер. с англ., М., 1984;
3. Химическая энциклопедия, 1985;
4. Modern Nuclear Chemistry by Walter D. Loveland