Некоторые проблемы ядерной химии. Ядерные реакции

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

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

  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

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

  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

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

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 .

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.

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 -

Являясь составными структурами, атомные ядра могут испытывать разнообразные превращения, сопровождаемые изменением их нуклонного состава, а, следовательно, и структуры. Такие процессы называются ядерными реакциями . Известные ядерные реакции можно сгруппировать в несколько классов.

Радиоактивный распад

В таких реакциях участвуют атомные ядра, отличающиеся:

а) большим электрически зарядом (Z> 80-90),

б) неоптимальным составом (т.е. нейтронно-избыточные или протонно-избыточные).

Ядра с большим зарядом характеризуются тенденцией к уменьшению кулоновской энергии отталкивания, которая реализуется за счет отщепления одной или даже нескольких -частиц (4 He ). Такой процесс- распада можно описать уравнением:

M A Z = M–4 B Z–2 + 4 He 2 + E (4-7 МэВ)

(1 МэВ= 2,1810 –12 Дж, что в расчете на 1 моль актов распада составляет 1,310 12 Дж)

Нейтронно-избыточные ядра оптимизируют свой состав за счет т.н. электронного или – - распада ., который сопровождается превращением одного из нейтронов в протон, электрон и электронное антинейтрино:

n p + + e – +  e

M A Z = M B Z +1 + 0 e –1 +  e + E (9,8 МэВ)

Протонно-избыточные ядра оптимизируют свой состав за счет т.н. позитронного или + - распада ., который сопровождается превращением одного из протонов в нейтрон, позитрон и электронное нейтрино:

p + n + e + + e

Уравнение распада в этом случае имеет вид:

M A Z = M B Z –1 + 0 e +1 + e + E (9,8 МэВ)

Легко видеть, что в результате радиоактивного распада атомных ядер, происходит превращение одних химических элементов в другие, что характеризуется определенными сдвигами в Периодической таблице:

-распад - на две позиции влево, например:

226 Ra 222 Rn 218 Po 214 Pb

– -распад - на одну позицию вправо, например:

14 С 6 14 N 7

+ -распад - на одну позицию влево, например:

40 K 19 4 0 Ar 18

Дополнительно можно отметить еще одну разновидность - т.н. реакцию электронного захвата (ЭЗ) илиK -захвата . Эта реакция инициируется проникновением электрона (сK -оболочки) внутрь атомного ядра. Обычно такое проникновение заканчивается возвращением электрона назад без каких-либо последствий. Однако иногда электрон внутри ядра вступает во взаимодействие с протоном, в результате чего образуется нейтрон и электронное нейтрино:

p + + e – n + e

Уравнение K -захвата имеет вид:

M A Z + 0 e –1 = M B Z –1 + e + E (0,61 МэВ)

Ясно, что по химическим последствиям K -захват эквивалентен + -распаду (в Периодической таблице элемент смещается на одну позицию влево).

Отличительной особенностью K -захвата является то, что в результате в электронной оболочке образуется дефект - дырка. Релаксация неравновесного атома осуществляется за счет серии последовательных электронных переходов:K L M N

Каждый из этих переходов сопровождается испусканием кванта света с определенной частотой (в рентгеновском и УФ-диапазонах), которые можно зафиксировать в виде специального спектра. Такой тип атомных спектров называется Оже-спектром . Оже-спектроскопия полезна при изучении электронной структуры многоэлектронных атомов.

ядерная химия терапия, ядерная химия 8
- 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 ее 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

  • 1 История возникновения
  • 2 Основные направления ядерной химии
  • 3 Методы ядерной химии
  • 4 Проблемы ядерной химии
  • 5 Литература

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 Сциларда - 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

  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

ядерная химия 8, ядерная химия картинки, ядерная химия терапия, ядерная химия формулы

Ядерная химия Информацию О