Ydintransmutaatio

Ydintransmutaatio  on kemiallisen alkuaineen tai isotoopin muuttuminen toiseksi. Koska minkä tahansa alkuaineen (tai sen isotoopin) määrää sen atomien ytimessä olevien protonien (ja neutronien) lukumäärä, ydintransmutaatio on mikä tahansa prosessi, jossa tämä luku (massa tai varaus) muuttuu.

Transmutaatio tapahtuu joko ydinreaktioiden kautta (joissa ulompi hiukkanen reagoi ytimen kanssa) tai radioaktiivisen hajoamisen kautta .

Luonnollinen transmutaatio tähtien nukleosynteesin avulla loi suurimman osan raskaammista kemiallisista alkuaineista olemassa olevassa maailmankaikkeudessa aiemmin ja jatkuu tähän päivään saakka luoden yhteisiä alkuaineita, kuten heliumia , happea ja hiiltä . Useimmat tähdet transmutoituvat fuusioreaktioissa, joihin liittyy vetyä ja heliumia, kun taas paljon suuremmat tähdet pystyvät myös fuusioimaan raskaampia alkuaineita, jopa rautaa , evoluution loppuvaiheessa. Raskaimmat alkuaineet, mukaan lukien transuraani , saadaan useiden neutronien sieppausten aikana supernovaräjähdyksen aikana (rautaa raskaampien ytimien muodostuminen on energeettisesti epäedullista, eikä sitä tapahdu tavanomaisen tähtien nukleosynteesin aikana)

Toinen luonnollinen transmutaatiotyyppi tapahtuu, kun tietyt luonnossa esiintyvät radioaktiiviset elementit hajoavat spontaanisti ( alfa- tai beetahajoaminen ). Esimerkki on kalium-40 : n luonnollinen hajoaminen argon-40 :ksi , joka muodostaa suurimman osan ilmassa olevasta argonista. Myös maapallolla luonnollisia muutoksia tapahtuu luonnollisten ydinreaktioiden eri mekanismien seurauksena, jotka johtuvat elementtien pommituksesta kosmisilla säteillä (esimerkiksi hiili-14 :n muodostamiseksi ), ja joskus myös luonnollisen neutronipommituksen vuoksi .

Keinotekoinen transmutaatio voi tapahtua laitteissa, joissa on tarpeeksi energiaa aiheuttamaan muutoksia elementtien ydinrakenteessa. Tällaisia ​​koneita ovat hiukkaskiihdyttimet ja tokamak - reaktorit . Perinteiset fissiovoimareaktorit aiheuttavat myös keinotekoista transmutaatiota, mutta ei hiukkasten keinotekoisen kiihtyvyyden vuoksi, vaan fission aikana syntyvien neutronien ytimiin kohdistuvan vaikutuksen vuoksi keinotekoisesti luodun ydinketjureaktion seurauksena. Esimerkiksi kun uraaniatomia pommitetaan hitailla neutroneilla, tapahtuu fissio. Tämä vapauttaa keskimäärin kolme neutronia toimintoa kohden ja suuren määrän energiaa. Vapautuneet neutronit aiheuttavat sitten muiden uraaniatomien fissiota, kunnes kaikki käytettävissä oleva uraani on käytetty loppuun. Tätä kutsutaan ketjureaktioksi .

Keinotekoista ytimien transmutaatiota pidetään mahdollisena mekanismina radioaktiivisen jätteen määrän ja vaaran vähentämiseksi [1] . Kaikista transmutaatioehdokkaina pidetyistä pitkäikäisistä transuraanialkuaineista ja fissiotuotteista vain teknetium mahdollistaa arvokkaan lopputuotteen, stabiilin Ru-100:n [2] . Tehtäessä teknetium-99 :n ydintransmutaatiota rutenium-100:ksi, sellaiset näkökohdat kuin transmutaatioprosessissa käytettävä kohdemateriaali ja neutronispektri ovat tärkeitä [3] .

Ydintransmutaatio on tietyssä mielessä moderni tieteellinen lähestymistapa alkemistien idean toteuttamiseen elementtien (esimerkiksi lyijyn kullaksi) muuntamisesta. [1] Venäjä on saavuttanut suurimman edistyksen ydintransmutaatioprosessien kehittämisessä, missä tämä suunta kehittyy teknologian luomisen tasolla [4] . Tällä hetkellä ydintransmutaatiota pidetään yhtenä nykyaikaisimmista menetelmistä käsitellä pitkäikäisiä fissiotuotteita ja eräitä suljetussa ydinpolttoainekierrossa muodostuneita aktinideja [5] [6] . Joitakin ongelmia, jotka tulisi ratkaista näiden tekniikoiden menestyksekkään kehittämiseksi, tarkastellaan artikkelissa [7]

Muistiinpanot

1. ↑ VF Peretrukhin, SI Rovnyi, VV Ershov, KE German ja AA Kozar. Teknetiummetallin valmistaminen transmutaatioon ruteeniksi  (englanniksi)  ? . Researchgate.net . MAIK (toukokuu 2002).  (määrätön)
2. ↑ KV Rotmanov, LS Lebedeva, VM Radchenko, VF Peretrukhin. 99Tc:n transmutaatio ja keinotekoisen stabiilin ruteenin valmistus: III. Keinotekoisen metallisen ruteenin eristäminen säteilytetystä teknetiumista (en, ru) // Radiochemistry : cnfnmz. - 2008. - 15. elokuuta ( nide 50 , nro 8 ). - S. 408 - 410 . — ISSN 1608-3288 .
3. ↑ AA Kozar, KE saksa, VF Peretrukhin. NEUTRONIPEKTRIN VAIKUTUS 99 Тс:N TRANSMUTATIOKAMPANJASSA KEKOKOOSTUMUKSEN ISTOOPPIKOOSTUMUKSIIN (engl.) // Proceedings of the International Symposium ISTR2018: Proceedings. - 2018. - 28. lokakuuta ( osa 1 , nro 1 ). - S. 511 . - ISBN 978-5-9933-0132-7 . - doi : 10.13140/RG.2.2.15060.65922 .
4. ↑ A.Yu. Vakhrushin, I.D. Troshkina, A.A. Oriit. Ydintransmutaation teknologiset perusteet. - M .: RKhTU im. DI. Mendelejev, 2020. - 108 s. — ISBN 978-5-7237-1792-3 .
5. ↑ Vidanov V.L., Shadrin A.Yu. Americiumin ja curiumin eristäminen transmutaatiota varten nopeassa neutronireaktorissa  (englanniksi)  // Nuclear Engineering and Design : artikkeli. - 2021. - 15. joulukuuta ( nide 385 , nro 12 ). - S. 111434 .
6. ↑ A.Yu. Vakhrushin, A.A. Zherebtsov, A. Yu. Shadrin. Transmutaatiosyklien toteutuksen kemialliset ja teknologiset näkökohdat. - M. : National Research Nuclear University "MEPhI", 2021. - 144 s. - ISBN 978-5-7262-2706-1 .
7. ↑ G.V. Tikhomirov, A.S. Gerasimov. Aktinidien ja pitkäikäisten fissiotuotteiden transmutaatioon liittyvät pääongelmat  (englanniksi)  // Journal of Physics: Conference Series : artikkeli. - 2020 - 10. joulukuuta. - S. 1689 012032 .