Ядерная химия

Ядерная химия — 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 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

Отрывок, характеризующий Ядерная химия

Перед комнатою, в которой слышны были клавикорды, из боковой двери выскочила хорошенькая белокурая француженка.
M lle Bourienne казалась обезумевшею от восторга.
– Ah! quel bonheur pour la princesse, – заговорила она. – Enfin! Il faut que je la previenne. [Ах, какая радость для княжны! Наконец! Надо ее предупредить.]
– Non, non, de grace… Vous etes m lle Bourienne, je vous connais deja par l'amitie que vous рorte ma belle soeur, – говорила княгиня, целуясь с француженкой. – Elle ne nous attend рas? [Нет, нет, пожалуйста… Вы мамзель Бурьен; я уже знакома с вами по той дружбе, какую имеет к вам моя невестка. Она не ожидает нас?]
Они подошли к двери диванной, из которой слышался опять и опять повторяемый пассаж. Князь Андрей остановился и поморщился, как будто ожидая чего то неприятного.
Княгиня вошла. Пассаж оборвался на середине; послышался крик, тяжелые ступни княжны Марьи и звуки поцелуев. Когда князь Андрей вошел, княжна и княгиня, только раз на короткое время видевшиеся во время свадьбы князя Андрея, обхватившись руками, крепко прижимались губами к тем местам, на которые попали в первую минуту. M lle Bourienne стояла около них, прижав руки к сердцу и набожно улыбаясь, очевидно столько же готовая заплакать, сколько и засмеяться.
Князь Андрей пожал плечами и поморщился, как морщатся любители музыки, услышав фальшивую ноту. Обе женщины отпустили друг друга; потом опять, как будто боясь опоздать, схватили друг друга за руки, стали целовать и отрывать руки и потом опять стали целовать друг друга в лицо, и совершенно неожиданно для князя Андрея обе заплакали и опять стали целоваться. M lle Bourienne тоже заплакала. Князю Андрею было, очевидно, неловко; но для двух женщин казалось так естественно, что они плакали; казалось, они и не предполагали, чтобы могло иначе совершиться это свидание.
– Ah! chere!…Ah! Marieie!… – вдруг заговорили обе женщины и засмеялись. – J'ai reve сette nuit … – Vous ne nous attendez donc pas?… Ah! Marieie,vous avez maigri… – Et vous avez repris… [Ах, милая!… Ах, Мари!… – А я видела во сне. – Так вы нас не ожидали?… Ах, Мари, вы так похудели. – А вы так пополнели…]
– J'ai tout de suite reconnu madame la princesse, [Я тотчас узнала княгиню,] – вставила m lle Бурьен.
– Et moi qui ne me doutais pas!… – восклицала княжна Марья. – Ah! Andre, je ne vous voyais pas. [А я не подозревала!… Ах, Andre, я и не видела тебя.]
Князь Андрей поцеловался с сестрою рука в руку и сказал ей, что она такая же pleurienicheuse, [плакса,] как всегда была. Княжна Марья повернулась к брату, и сквозь слезы любовный, теплый и кроткий взгляд ее прекрасных в ту минуту, больших лучистых глаз остановился на лице князя Андрея.
Княгиня говорила без умолку. Короткая верхняя губка с усиками то и дело на мгновение слетала вниз, притрогивалась, где нужно было, к румяной нижней губке, и вновь открывалась блестевшая зубами и глазами улыбка. Княгиня рассказывала случай, который был с ними на Спасской горе, грозивший ей опасностию в ее положении, и сейчас же после этого сообщила, что она все платья свои оставила в Петербурге и здесь будет ходить Бог знает в чем, и что Андрей совсем переменился, и что Китти Одынцова вышла замуж за старика, и что есть жених для княжны Марьи pour tout de bon, [вполне серьезный,] но что об этом поговорим после. Княжна Марья все еще молча смотрела на брата, и в прекрасных глазах ее была и любовь и грусть. Видно было, что в ней установился теперь свой ход мысли, независимый от речей невестки. Она в середине ее рассказа о последнем празднике в Петербурге обратилась к брату:
– И ты решительно едешь на войну, Andre? – сказала oia, вздохнув.
Lise вздрогнула тоже.
– Даже завтра, – отвечал брат.
– II m'abandonne ici,et Du sait pourquoi, quand il aur pu avoir de l'avancement… [Он покидает меня здесь, и Бог знает зачем, тогда как он мог бы получить повышение…]
Княжна Марья не дослушала и, продолжая нить своих мыслей, обратилась к невестке, ласковыми глазами указывая на ее живот:
– Наверное? – сказала она.
Лицо княгини изменилось. Она вздохнула.
– Да, наверное, – сказала она. – Ах! Это очень страшно…
Губка Лизы опустилась. Она приблизила свое лицо к лицу золовки и опять неожиданно заплакала.
– Ей надо отдохнуть, – сказал князь Андрей, морщась. – Не правда ли, Лиза? Сведи ее к себе, а я пойду к батюшке. Что он, всё то же?
– То же, то же самое; не знаю, как на твои глаза, – отвечала радостно княжна.
– И те же часы, и по аллеям прогулки? Станок? – спрашивал князь Андрей с чуть заметною улыбкой, показывавшею, что несмотря на всю свою любовь и уважение к отцу, он понимал его слабости.
– Те же часы и станок, еще математика и мои уроки геометрии, – радостно отвечала княжна Марья, как будто ее уроки из геометрии были одним из самых радостных впечатлений ее жизни.
Когда прошли те двадцать минут, которые нужны были для срока вставанья старого князя, Тихон пришел звать молодого князя к отцу. Старик сделал исключение в своем образе жизни в честь приезда сына: он велел впустить его в свою половину во время одевания перед обедом. Князь ходил по старинному, в кафтане и пудре. И в то время как князь Андрей (не с тем брюзгливым выражением лица и манерами, которые он напускал на себя в гостиных, а с тем оживленным лицом, которое у него было, когда он разговаривал с Пьером) входил к отцу, старик сидел в уборной на широком, сафьяном обитом, кресле, в пудроманте, предоставляя свою голову рукам Тихона.