Реакции, при которых заряд ядра z не меняется

Без изменения порядкового номера ядер облучаемого элемента протекают реакции типа (n,г), (г,n), (p,d),(n,2n), (d,p) и др. Например:

23Na(n, 2n) 22Na, 113Cd(n, г) 114Cd ,35Cl(d, p)36Cl

В результате таких реакций получаются некоторые нейтронодефицитные ядра, распадающиеся с испусканием позитронов:

22Na → 22Ne+ в+

Наиболее важными из перечисленных реакций являются реакции под действием нейтронов. Ядра всех элементов, за исключением реакции, при которых заряд ядра z не меняется - student2.ru Не, взаимодействуют с нейтронами с образованием многих нуклидов. Наиболее существенные реакции, идущие под действием тепловых нейтронов:

n + 14N реакции, при которых заряд ядра z не меняется - student2.ru 14C + р

n + 6Li реакции, при которых заряд ядра z не меняется - student2.ru 3H + реакции, при которых заряд ядра z не меняется - student2.ru

Источником нейтронов для осуществления ядерных реакций служат: урановый ядерный реактор, нейтронный генератор, циклотрон, лабораторные источники, основанные на реакциях (б, n), (g, n) и спонтанном делении ядер.

Самыми распространенными являются реакции радиационного захвата (n, g), которые особенно эффективно протекают на медленных и тепловых нейтронах и позволяют получить радиоактивные изотопы почти всех элементов Периодической системы Д. И. Менделеева.

Например:

реакции, при которых заряд ядра z не меняется - student2.ru Ca (n, реакции, при которых заряд ядра z не меняется - student2.ru ) реакции, при которых заряд ядра z не меняется - student2.ru Ca

При этом образуется изотоп исходного элемента мишени. Отделение образовавшегося радиоактивного изотопа от материала мишени возможно только в том случае, если воспользоваться эффектом отдачи, т.е. использовать для облучения сложные соединения типа солей кислородных кислот, комплексных или внутрикомплексных соединений, органических соединений, в которых радиоактивный изотоп после ядерной реакции находится в иной химической форме, чем исходный элемент в мишени.

Отделение возможно и в том случае, когда материнский и дочерние изотопы находятся после ядерного превращения в разных фазах. Например, материнский изотоп взят в виде суспензии, а дочерний оказывается в растворе или материнский осажден на ионите в виде комплекса, а дочерний появится в ионном состоянии и легко смывается с колонки.

При облучении ряда элементов медленными нейтронами образуются радиоактивные изотопы, которые в результате b реакции, при которых заряд ядра z не меняется - student2.ru - распада превращаются в радиоактивные изотопы следующего элемента за элементом мишени. Так при облучении платины реакции, при которых заряд ядра z не меняется - student2.ru Pt по реакции (n, g) образуется реакции, при которых заряд ядра z не меняется - student2.ru Pt, которая при b реакции, при которых заряд ядра z не меняется - student2.ru - распаде превращается в реакции, при которых заряд ядра z не меняется - student2.ru Au:

реакции, при которых заряд ядра z не меняется - student2.ru Pt (n, g) реакции, при которых заряд ядра z не меняется - student2.ru Pt реакции, при которых заряд ядра z не меняется - student2.ru реакции, при которых заряд ядра z не меняется - student2.ru Au

Описанный способ получения изотопов требует отделения дочернего радиоактивного изотопа от материала мишени, но позволяет выделить его без носителя или с высокой удельной радиоактивностью. При этом материнский изотоп удобно адсорбировать на хроматографической колонке, а дочерний вымывать из нее по мере накопления подходящим растворителем.

Производство изотопов с применением реакции (n, g) осуществляется только вядерных реакторах

Ядернымреактором называется устройство, в котором при определенных контролируемых условиях происходит регулируемая ядерная реакция.

Устройство реактора в значительной степени зависит от того, для каких целей он предназначен.

По своему назначению ядерные реакторы подразделяют на:

-реакторы для производства расщепляющихся материалов (плутония-239, урана-235 и др.);

-реакторы для производства радиоактивных изотопов;

-реакторы для получения ядерной энергии;

-реакторы для научно-исследовательских целей.

Существуют многоцелевые реакторы.

Нейтроны в ядерном реакторе получаются в процесседеления ядерурана 233,235U, 239Pu. В зависимости от типа реактора энергетический спектр нейтронов в них может быть различным. Плотность потока нейтронов в активной зоне реактора для производства изотопов составляет 2,5×1013- 8×1014 нейтронов/(см2×с).

В ядерных реакторах с помощью мощных потоков нейтронов были получены радиоактивные элементы с порядковыми номерами от 93 до 98.

Дальнейший синтез радиоактивных элементов по реакции(n, g) оказался невозможным, так как возникли проблемы, связанные с тем, что при удалении от урана время жизни элементов сокращается (ядро урана-238 живет миллиарды лет, ядра плутония-244 и кюрия-247 живут десятки миллионов лет, калифорний-251-–900 лет, а эйнштейний распадается уже за 471 день. Время жизни элемента с порядковым номером 100, фермий-257, имеет период полураспада чуть больше 3-х месяцев. Захватив нейтрон, фермий 257 становится фермием-258, который самопроизвольно делиться за 300 микросекунд. Это полностью закрывает дальнейшее продвижение вперед - столь мало живущий элемент никак не успеет захватить следующий нейтрон. Кроме того для осуществления реакции необходимо увеличивать мощность потока выше 1018 нейтронов/(см2×с), что может повлечь за собой взрыв.

Процессы образования новых элементов в реакторе и при взрыве одни и те же. Разница только во времени. Чтобы получить заметные количества далеких трансурановых элементов, нужно облучать нейтронами в реакторе исходную мишень очень длительное время, исчисляемое годами. При ядерном взрыве горючее сгорает сразу за миллионные доли секунды и общая мощность нейтронного потока составляет порядка 1028- 1030 нейтронов/(см2×с). Такая плотность потока эквивалентна десяткам миллионов лет облучения в ядерном реакторе.

Основным недостатком реакций (n, g) является то, что синтезируемый радиоактивный изотоп оказывается сильно разбавленным материнским изотопом.

Наши рекомендации