زنگ تفریح 191، شیمی هسته‌ای، واپاشی نوکلید، آزمایشات اخیر
I. مقدمه
شیمی هسته‌ای، مطالعه‌ی هسته‌ی اتم، به خصوص هسته‌های پرتوزا و واکنش‌های آن‌ها با نوترون‌ها و هسته‌های دیگر می‌باشد.
II. واپاشی نوکلید
هسته‌های اتمی شامل پروتون‌های با بار مثبت و نوترون‌های خنثی یا بدون بار می‌باشند. تعداد پروتون‌ها در یک هسته همان عدد اتمی می‌باشد که عناصر شیمیایی را با آن شناسایی می‌کنیم. برای مثال تمام هسته‌ها با تعداد 11 پروتون، هسته‌های اتم‌های سدیم می‌باشند. یک عنصر می‌تواند ایزوتوپ‌های مختلفی که در تعداد نوترون‌ها متفاوت هستند داشته باشد. برای مثال، هسته‌های پایدار سدیم شامل 12 نوترون می‌باشند، در حالیکه آن‌هایی که 13 نوترون دارند پرتوزا هستند. این ایزوتروپ‌ها به شکل 2311Na12 و 2411Na13 نوشته می‌شوند که در این فرم زیروند چپ عدد اتمی را مشخص می‌کند و زیروند راست، تعداد نوترون‌ها را. بالانویس تعداد کل نوکلئون‌ها یا نوترون‌ها و پروتون‌ها را نمایش می‌دهد. هر هسته‌ی مشخص شده با اعداد اتمی و نوترونی مشخص نوکلید خوانده می‌شود.
|
نوکلیدهای پرتوزا ناپایدارند: چنین نوکلیدهایی تحت دگرگونی خودبه‌خودی به نوکلید عناصر دیگر تبدیل می‌شوند که در این فرایند انرژی آزاد می‌کنند. این تبدیل‌ها شامل واپاشی آلفا (α) (انتشار هسته‌ی هلیوم، He2+) و واپاشی بتا (β) یا واپاشی پوژیترون (β+) می‌شوند. در واپاشی β، یک نوترون همزمان با انتشار یک الکترون پرانرژی تبدیل به پروتون می‌شود. در واپاشی β+ یک پروتون هسته با تابش یک پوزیترون پرانرژی به نوترون تبدیل می‌شود. برای مثال، 24Na تحت واپاشی β، عنصر بالاتر بعدی یعنی منیزیم را تشکیل می‌دهد.
|
 |
| پرتو گاما، مانند نور، یک پرتو الکترومغناطیس می‌باشد ولی به دلیل فرکانس خیلی بالاتر، پرتوهای گاما بسیار قدرتمند‌تر هستند. زمانی که واپاشی آلفا و بتا روی می‌دهد، هسته‌ی حاصل معمولا در حالت برانگیخته باقی می‌ماند. برای اینکه هسته به حالت انرژی کمتر نزول کنند پرتوهای گاما منتشر می‌شوند. |
 |
هر مشخصه‌ای از واپاشی پرتوزای نوکلید باید شامل مفهوم نیمه‌عمر نوکلید باشد که این مفهوم زمانی است که طول می‌کشد تا نیمی از نمونه تجزیه شود. برای مثال نیمه‌عمر 24Na، 15 ساعت می‌باشد. دانشمندان شیمی‌هسته‌ای همچنین انواع و انرژی‌های پرتوهای منتشر شده از نوکلید را مشخص می‌کنند.
III. آزمایشات اخیر
|
پرتوزایی توسط فیزیکدان فرانسوی هانری بکرل در سال 1896 در نمک‌های اورانیوم کشف شد. در سال 1898 درانشمندان فرانسوی ماری و پییر کوری عناصر پرتوزای طبیعی پلوتونیوم (84Pa) و رادیم (88Ra) را کشف کردند. در دهه‌ی 1930، آیرین و فردریک ژولیوت-کوری اولین نوکلیدهای پرتوزای مصنوعی را با بمباران برم (5B) و آلومینیوم (13Al) توسط اجزاء آلفا که ایزوتوپ‌های رادیواکتیو نیتروژن (7N) و فسفر (15P) را تشکیل می‌دهند ساختند. ایزوتوپ‌های طبیعی این مواد طبیعی اند.
|
 |
دانشمندان شیمی‌هسته‌ای آلمانی اتو هان و فریتز استراسمان شکافت هسته‌ای را در سال 1938 کشف کردند. وقتی اورانیوم در معرض تابش نوترون‌ها قرار می‌گیرد، بعضی ار هسته‌های اورانیوم به دو هسته با عدد اتمی تقریبا نصف عدد اتمی اورانیوم تقسیم می‌شوند. شکافت انرژی خیلی زیادی آزاد می‌کند و در سلاح‌های اتمی و راکتورها استفاده می‌شود.