Занимательная химия. Ядерная химия

Явление самопроизвольного распада неустойчивых ядер нуклида, в результате которого образуются ядра одного нового нуклида или более, сопровождающееся ионизирующим излучением, называется радиоактивностью. Радиоактивность была открыта в 1896 г. Бекке- релем. Радиоактивны все нуклиды тяжелых элементов конца Периодической системы, начиная с полония (86 Ро), и все нуклиды, искусственно полученные в результате ядерных реакций. Устойчивость радионуклидов характеризует период их полураспада: время, в течение которого распадается половина исходных ядер. Он колеблется от сотен миллионов лет до ничтожных долей секунды.

Можно выделить следующие основные виды ионизирующего излучения.

1. Излучение положительно заряженных ядер атомов гелия 4 2 Не, названных а-частицами. Они обладают низкой проникающей способностью (поглощаются слоем воздуха толщиной в несколько сантиметров, листом бумаги и т.п.), но проявляют очень высокую ионизирующую способность. Как внешние источники а-излучатели не опасны, но очень опасно их проникновение внутрь организмов.

Такой тип радиоактивного излучения характерен для ядер тяжелых элементов. При этом заряд исходного ядра Z уменьшается на 2 единицы, а массовое число А - на 4 единицы, т.е. образуется нуклид элемента, смещенного в Периодической системе на две клетки влево от исходного радиоактивного элемента, с массовым числом, меньшим на 4 единицы (правило а-радиоактивного смещения Содди - Фаянса)

Например:

2. Излучение электронов е (), несущих отрицательный заряд и названных (3-частицами. Они обладают большей проникающей способностью, чем а-частицы, но меньшей ионизирующей способностью. При излучении (3-частицы заряд ядра увеличивается на единицу, а массовое число не изменяется, т.е. образуется нуклид элемента, смещенного в Периодической системе на одну клетку вправо от исходного радиоактивного элемента с тем же массовым числом (правило (3-радиоактивного смещения Содди - Фаянса):

Например:

(3-излучение характерно для радионуклидов, имеющих избыточное относительно устойчивых ядер количество нейтронов.

Разновидностью подобного излучения можно считать поток античастиц электрона - позитронов е + (^е ), имеющих ту же массу, что и электрон, но положительный заряд ((3 + -частицы). При излучении Р + -частицы заряд ядра уменьшается на единицу, а массовое число не меняется:

Например:

К подобным результатам приводит К-захват - захват ядром электрона с ближайшего к нему квантового К-уровня:

р + -излучение и К-захват характерны для радионуклидов, имеющих относительно избыточное количество протонов. (При р + - и p-распаде происходит также испускание особых нейтральных частиц с ничтожно малой массой - нейтрино о и антинейтрино о; их обычно не включают в уравнения ядерных реакций.)

3. Жесткое коротковолновое электромагнитное излучение с длиной волны, меньшей, чем у рентгеновского, которое сопровождает многие ядерные превращения, получившее название у-излучения. Оно не отклоняется в электрических и магнитных полях и обладает высокой проникающей способностью. Заряд и массовое число ядра при у-излучении остаются неизменными. Превращения химического элемента в другой не происходит. у-Излучение обусловлено переходом ядер радионуклидов из возбужденного в менее возбужденное или стационарное состояние.
4. Нейтронное излучение (Jп ), часто возникающее в результате ядерных реакций, особенно в результате реакций деления атомных ядер. Из-за отсутствия заряда и наличия значительной массы оно обладает большой проникающей способностью и возможностью инициирования ядерных реакций (наведенная радиоактивность).

Ядерные реакции - это превращения ядер нуклидов. Радиоактивность является частным случаем ядерных реакций спонтанного разложения.

Другие виды ядерных реакций происходят при взаимодействии ядер нуклидов с элементарными частицами, более легкими ядрами, у-квантами. Как правило, такому взаимодействию препятствует значительный потенциальный барьер. Он преодолевается бомбардировкой более легкими частицами с высокой кинетической энергией мишени из вещества, содержащего ядра более тяжелого нуклида. Заряженные бомбардирующие частицы разгоняются в ускорителях, например, в синхрофазотронах. В андронных коллайдерах (от to collide - сталкиваться) два потока ядер тяжелых нуклидов (андронов) разгоняются в противоположных направлениях и сталкиваются в определенной зоне. Электрически незаряженные нейтроны получают высокую энергию в ядерных реакторах (быстрые нейтроны).

Первая искусственная ядерная реакция была осуществлена Резерфордом в 1919 г. при бомбардировке нуклида азота-14 ядрами гелия-4 (а-частицами):

В ядерной физике чаще используется сокращенная форма записи: ^Na(a,/>) "О. Это пример ядерной реакции обмена. Примеры других типов реакций обмена:

По типу реакций обмена получены многие искусственные элементы Периодической системы, не встречающиеся в природе. В этом случае мишень из относительно устойчивого и доступного тяжелого нуклида бомбардируется ядрами другого нуклида. Например, калифорний был получен бомбардировкой самария ядрами гелия: 2 9бСш (a,«) 2 9gCf,а борий 2 Jj 2 Bh - слиянием ядер висмута 2 ^Вi и хрома 26 Сг.

Реакция, при которой бомбардирующая частица (например, медленный нейтрон) остается в ядре с испусканием энергии возбуждения ядра в виде у-излучения, называется реакцией захвата. Например: 28 Ni+ 0 w 28 Ni + Y-

Возможен противоположный процесс, называемый ядерным фотоэффектом, - поглощение у-кванта, в результате которого испускается какая-либо ядерная частица (часто нейтрон):

93-7,. I 92 7_ I 1
40Zr + y -> 40 Zr + 0 п.

Радионуклиды урана 2 Ци, 2 Ци и плутония ^Ри поглощают нейтроны и делятся на два сопоставимых по массе «осколка» и два или три нейтрона, например:

Такие реакции называются реакциями деления. Освобождающиеся нейтроны при определенных условиях могут инициировать большое количество новых актов деления, что приведет к цепной ядерной реакции. Суммарная масса осколков и нейтронов (Ет у) меньше, чем делящегося ядра (т). Согласно уравнению Эйнштейна, это соответствует выделению энергии:

При одном акте деления ядра выделяется около 200 МэВ; при делении одного моль урана-235 (235 г) выделяется огромная энергия - около 2 10 10 кДж! (Для сравнения: при сгорании такой же массы метана СН 4 выделяется менее 1 10 4 кДж.) Нерегулируемая цепная реакция приводит к ядерному взрыву. Регулируемая реакция является источником энергии, получаемой на АЭС.

Соединение двух легких ядер в одно более тяжелое называется реакцией термоядерного синтеза. При протекании таких реакций выделяется огромная энергия, поскольку масса исходных ядер меньше, чем ядер продуктов такой реакции. Например, в реакции трития (водорода-3) и дейтерия (водорода-2):

при получении одного ядра гелия-4 выделяется 17,6 МэВ, что эквивалентно 1,7 10 9 кДж на один моль (4,0 г) гелия. На единицу массы это примерно в четыре раза больше, чем при делении ядер урана-235. Однако для слияния ядер необходимо преодоление силы их кулоновского отталкивания. Это можно осуществить, увеличив температуру до сотен миллионов градусов. Такая реакция протекает в недрах Солнца. Впервые на Земле спонтанная реакция термоядерного синтеза была осуществлена в так называемой водородной бомбе, в который необходимая температура достигалась с помощью взрыва ядерной бомбы, служившей «запалом». В мире интенсивно ведутся работы по осуществлению управляемой реакции термоядерного синтеза.

Ядерной химии - новой пограничной области между физикой и химией - посвящена выходящая в этом году в издательстве «знание» брошюра В. И. Гольданского и Е. М. Лейкина «проблемы ядерной химии». Один из авторов знакомит читателей с отрывками из этой брошюры.

Наука и жизнь // Иллюстрации

Не пытаясь дать здесь полный обзор проблем ядерной химии, остановимся на двух примерах, иллюстрирующих отдельные направления ядерно-химических исследований.

«НОВЫЕ АТОМЫ»

Начнем с так называемых «новых атомов». Самый легкий химический элемент, как известно,- водород. Атом простейшего из изотопов водорода - протия - состоит из одного протона и одного электрона. И если искусственное создание трансурановых элементов сейчас уже не вызывает удивления, то получение атомов более легких, чем водородные, может показаться принципиально неосуществимым.

Между тем уже сейчас известно несколько таких «новых атомов», в которых протон заменен на другую, более легкую положительную частицу. В пионии роль протона играет пи (π +)- мезон, в мюонии - мю (μ +) - мезон. Наиболее легким из всех является атом позитрония, состоящий из одного позитрона (заменяющего здесь прогон) и одного электрона. Эти атомы образуются при облучении вещества электроположительными «двойниками электрона - позитронами, получаемыми с помощью ускорителей или радиоактивных источников. Пока энергия позитронов велика, они, как и всякие заряженные частицы, ионизуют и возбуждают молекулы окружающей среды. Но «на излете», когда кинетическая энергия позитронов составляет всего несколько электроновольт (эв), они с большой вероятностью отбирают электроны у окружающих молекул и образуют атом позитрония.

В отличие от водорода позитроний неустойчив: образующие его позитрон и электрон быстро взаимоуничтожаются, аннигилируют, причем происходит испускание гамма-квантов. Для исследования поведения позитрония весьма важно то обстоятельство, что он может существовать в двух формах. Одна из этих форм, в которой спины - вращательные моменты - электрона и позитрона параллельны и, следовательно, складываются, называется орто-позитронием. Другой формой является так называемый пара-позитронии, в котором спины электрона и позитрона направлены в противоположные стороны и суммарный вращательный момент равен поэтому нулю. Орто-позитроний живет (в вакууме) в среднем около 10 -7 секунды и погибает, испуская три гамма-кванта. Время жизни пара-позитрония еще в тысячу раз меньше, и при его гибели испускаются лишь два гамма-кванта.

Взаимодействие орто-позитрония с неспаренными электронами свободных атомов и радикалов зачастую приводит к его конверсии - превращению в пара-позитроний. Кроме того, будучи близким химическим аналогом водородного атома, позитроний - простейший одновалентный свободный атом - может, конечно, вступать во всевозможные химические реакции и должен быть очень активным в химическом отношении, как и всякие свободные атомы или радикалы. Но как наблюдать эти реакции?

Поскольку продолжительность жизни позитрония очень мала, даже мощные радиоактивные источники не позволяют накопить в веществе большие концентрации позитрония, не больше нескольких десятков атомов в кубическом сантиметре. Поэтому ни о каких химических методах наблюдения позитрония не может быть и речи. Но регистрация с помощью различных радиотехнических схем гамма-квантов, испускаемых в момент гибели позитрония, открывает совершенно недоступные классической химии возможности наблюдения событий, связанных с превращением всего одного атома. Различные химические реакции, в которые вступают атомы орто-позитрония, приводят к тому, что время его жизни в сотни раз укорачивается. Вдобавок в результате химических взаимодействий орто-позитрония при последующей аннигиляции позитронов испускаются уже не три, а два гамма-кванта. Определяя с помощью так называемых схем совпадений время жизни позитронов или соотношение числа случа- -ев аннигиляции с испусканием трех и двух гамма-квантов в разных твердых веществах, жидких или газовых системах, удается подробно изучить химические реакции с участием позитрония.

Исследования химии позитрония, проводимые сейчас и у нас и в ряде зарубежных лабораторий, представляют отнюдь не только академический интерес. Будучи простейшим свободным радикалом, атом позитрония весьма чувствителен ко всякому присутствию «по соседству» других свободных радикалов, атомов, электронов. Поэтому опыты по химии позитрония открывают новые пути изучения систем со свободными химическими валентностями, широко исследуемых сейчас с помощью метода электронного парамагнитного резонанса. Но опыты с позитронами дают и дополнительные, совершенно специфические возможности. В тех случаях, когда два гамма-кванта испускаются при аннигиляции покоящихся электрона и позитрона, они разлетаются в противоположные стороны, под углом 180°. Аннигиляция же на движущихся электронах приводит к небольшому, но вполне измеримому отклонению этого угла от 180°. Наблюдения таких отклонений позволяют определить скорости движения электронов в веществе.

Исследование распределения по углам разлета аннигиляционных гамма-квантов позволяет определить вид энергетического спектра свободных электронов в металлах или валентных электронов в разных кристаллических структурах. Не удивительно поэтому, что установки для наблюдения угловых характеристик аннигиляции позитронов появляются сейчас во многих лабораториях физики твердого тела.

Мы говорили о таких «новых атомах», где на месте протона стоит другая положительная частица. Но есть «новые атомы», в которых роль электрона играет более тяжелая отрицательная частица. В пи-мезоатоме это π - -мезон, в мю-мезоатоме - [μ - -мезон, а в «антипротоноатоме» - отрицательный «двойник» протона - антипротон. Поведение таких атомов - особая тема, и сейчас мы ее касаться не будем.

ЯДЕРНАЯ СВАРКА

Рассмотрим химические последствия происходящих в веществе ядерных превращений. Наиболее характерное из них - возникновение так называемых «горячих» атомов, которые движутся подчас в тысячи раз быстрее, чем при обычном тепловом движении.

Энергия «горячих» атомов значительно превышает ту, которая необходима для разрыва химических связей. Такие атомы способны вступать в химические реакции, совершенно неосуществимые в обычных условиях. К тому же «горячие» атомы часто оказываются радиоактивными, и поэтому за их поведением легко удается проследить. Это Помогает понять механизм всевозможных радиационных повреждений различных материалов. В лабораториях у нас и за рубежом сейчас широко изучается «отжиг» твердых тел - химические превращения вдоль траекторий ядерных частиц, последующее залечивание (возвращение к исходному состоянию) или «удержание» радиационного дефекта.

Возникновение сильных, хотя и кратковременных местных разогревав вдоль треков тяжелых ядерных частиц может найти и определенное практическое применение. Так, например, если вдоль поверхности раздела двух материалов вводить ядра бора или лития и подвергать их затем облучению тепловыми нейтронами, можно прочно соединить эти материалы.

Поглощение тепловых нейтронов ядрами бора-10 приводит к их развалу на литий-7 и гелий-4.

Вдоль пути ядер лития и гелия (длиной в несколько микронов) возникает кратковременный (~10 -10 сек.), но Довольно сильный- на сотни и тысячи градусов - разогрев. Распространяется он по «каналу» диаметром в несколько десятков ангстрем.

Проникновение молекул промежуточной прокладки из полистирола, содержащего бор или литий, в разогретые «каналы», их перемешивание с молекулами соединяемых материалов, а иногда и образование новых химических связей обеспечивают «ядерную сварку».

Этим способом в нашей лаборатории была осуществлена «ядерная точечная сварка» таких материалов, как тефлон - тефлон, тефлон - полиэтилен, тефлон - алюминий, тефлон - кварц, не говоря уже о соединении других, менее инертных в химическом отношении полимерных материалов. Прочность шва «ядерной точечной сварки» достигает 150 кг/см 2 . С помощью этого метода удалось заметно повысить прочность связи капронового корда с резиновым покрытием. Это очень важно для шинной промышленности.

Нейтронное облучение имеет, конечно, и свои недостатки, связанные прежде всего с активацией облучаемых материалов. Это обстоятельство сужает круг материалов, для которых описываемый метод можно считать перспективным. Но существует и весьма широкий ассортимент изделий, где опасность создания наведенной радиоактивности практически отсутствует, и потому можно надеяться на крупномасштабное применение «ядерной точечной сварки».

Число примеров, иллюстрирующих новые проблемы, возникшие в результате взаимопроникновения методов и представлений ядерной физики и химии, их взаимной помощи и творческого содружества, легко можно было бы умножить. Но думается, что и сказанного достаточно, чтобы создать первое представление о ядерной химии - новой области современной физической химии, возникшей и развивающейся на наших глазах.

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

Ядерная химия:

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 - мезонная химия .

Литература

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

ЯДЕРНАЯ ХИМИЯ

устанавливает взаимосвязь между физ.-хим. и ядерными св-вами в-ва. Иногда Я. х. неправильно отождествляют с радиохимией.
Можно выделить след. основные направления Я. х.: исследование ядерных реакций и хим. последствий ядерных превращений; химия "новых атомов"; эффект Мёссбауэра; поиск новых элементов и радионуклидов, новых видов радиоактивного распада. Для решения этих задач в Я. х. используют радиохим. методы, ионизационные и, в последнее время, масс-спектрометрические, а также применяют толстослойные фотоэмульсии (см. Эмульсий).
Важнейшая задача Я. х- выделение и идентификация радиохим. методами продуктов ядерных р-ций. Особую роль эти методы играют при исследовании ядерных р-ций, в к-рых образуется сложная смесь нуклидов разл. элементов. Для их выделения применяют радиохим. варианты методов осаждения, экстракции, ионообменной хроматографии, электролиза и дистилляции (см. Изотопов разделение). Идентифицируют нуклиды по характеру излучения, измерением энергии и периода полураспада (см. Активационный анализ )или методом масс-спектрометрии. Для этой цели используют многоканальные и спектрометры, разл. типы счетчиков. Изучение механизма ядерных превращений позволило понять процессы, протекающие в космосе, происхождение и распространение хим. элементов, объяснить аномалии в изотопном составе разл. природных объектов, получить радиоактивные изотопы почти всех хим. элементов и синтезировать новые элементы периодич. системы, в т. ч. актиноиды и трансактиноиды. Для определения периода полураспада короткоживущих нуклидов (Т 1/2 < 1 мин) используют спец.технику измерения времени жизни нуклида от момента его образования до распада непосредственно на детекторе.
К числу проблем Я. х. относится исследование химии горячих атомов, возникающих при разл. ядерных превращениях. Горячие атомы в результате радиоактивного распада имеют избыточную (по сравнению с обычными атомами среды) кинетич. энергию, формально соответствующую т-рам 10 4 -10 7 К и превышающую энергию активации многих хим. р-ций. При столкновениях с атомами и молекулами среды горячие атомы способны стабилизироваться в соединениях, отличных от исходных (эффект Сциларда - Чалмерса; 1934). Этот эффект и используют в Я. х. для исследования механизма р-ций горячих атомов со средой, синтеза меченых соединений, разделения изотопов и др.
Мегодами Я. х. с использованием "новых атомов", и прежде всего позитрония (Ps) и мюония (Мu), изучают превращения атомов в разл. хим. системах (см. Мезонная химия). Атомы Ps и Мu водородоподобны, но крайне неустойчивы. Составляющие Ps электрон и позитрон аннигилируют за время 10 -7 -10 -9 с, с испусканием двух или трех квантов. Ядро мюония - -мюон распадается за 10 -6 с на позитрон и два нейтрона.
Время жизни и механизм гибели Ps, а также остаточная поляризация -мюона в момент его распада сильно зависят от состава и хим. св-в в-ва и существенно различаются в металлах, сплавах, полупроводниках и диэлектриках. Ps и Мu применяют для изучения распределения электронной плотности, структурных особенностей молекул, механизма и кинетики быстрых и сверхбыстрых физ.-хим. процессов, фазовых переходов, диффузии в газах и конденсир. средах.
Для исследования строения электронных оболочек атомов и молекул используют резонансное испускание и поглощение квантов атомными ядрами в твердых телах без потери части энергии на отдачу ядра (см. Мёссбауэровская спектроскопия). Измеряя интенсивность прошедшего через поглотитель излучения в зависимости от скорости перемещения источника излучения (или поглощения), получают мёссбауэровский спектр, характеристиками к-рого являются положение линий, их число, относит. интенсивность, форма и площадь. Зависимость вероятности эффекта Мёссбауэра от т-ры и давления используют для установления координац. чисел, наблюдения фазовых переходов, определения дефектов в кристаллич. решетках, возникающих вследствие радиац. повреждений, легирования, мех. воздействий. По величинам площадей спектральных линий определяют концентрации исследуемых атомов в образце при фиксированной т-ре в аналит. химии и при фазовом анализе в-в в геохимии. По величине хим. сдвига резонансных линий в спектрах устанавливают степень окисления элемента в данном соед., конфигурацию валентных электронных оболочек, степень ковалентности хим. связей.
Создание мёссбауэровской спектроскопии - одно из важнейших достижений Я. х., поскольку открывает широкие методич. возможности для структурной и радиационной химии, хим. кинетики, химии поверхностных явлений, геохимии и аналит. химии.
Методы Я. х. с успехом использовались для открытия новых видов распада ядер легких и тяжелых элементов -двухпротонной радиоактивности и распада с испусканием нуклонных кластеров (ядер 14 С и 24 Ne).
Зарождение Я. х. 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 Я. х. было определено открытием искусств. ядерного превращения (Э. Резерфорд, 1919), изомерии атомных ядер естеств. радионуклидов (О. 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 взаимод. частиц высокой энергии со сложными ядрами, позволило синтезировать искусств. радионуклиды и новые элементы.

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

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

Литература

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