Plik chemia jądrowa Jest to badanie zmian materii i jej właściwości w wyniku zjawisk zachodzących w jądrach jej atomów; nie bada sposobu, w jaki jego elektrony oddziałują na siebie ani ich wiązań z innymi atomami tego samego lub innego pierwiastka.
Ta gałąź chemii koncentruje się następnie na jądrach i energiach uwalnianych, gdy dodają lub stracą część swoich cząstek; które nazywane są nukleonami i które ze względów chemicznych zasadniczo składają się z protonów i neutronów.
Wiele reakcji jądrowych polega na zmianie liczby protonów i / lub neutronów, co w konsekwencji prowadzi do przemiany jednego pierwiastka w inny; starożytne marzenie alchemików, którzy na próżno próbowali zamienić metal ołowiu w złoto.
To chyba najbardziej zaskakująca cecha reakcji jądrowych. Jednak takie przemiany uwalniają ogromne ilości energii, a także przyspieszone cząsteczki, które w zależności od związanej z nimi energii potrafią przeniknąć i zniszczyć otaczającą je materię (taką jak DNA naszych komórek)..
Oznacza to, że w reakcji jądrowej uwalniane są różne rodzaje promieniowania, a kiedy atom lub izotop wyzwala promieniowanie, mówi się, że jest radioaktywne (radionuklidy). Niektóre rodzaje promieniowania mogą być nieszkodliwe, a nawet łagodne, wykorzystywane do zwalczania komórek rakowych lub badania farmakologicznego działania niektórych leków poprzez znakowanie radioaktywne.
Z drugiej strony inne promieniowanie są niszczące i zabójcze przy minimalnym kontakcie. Niestety, kilka z najgorszych katastrof w historii nosi ze sobą symbol radioaktywności (radioaktywna koniczyna, górne zdjęcie).
Od broni jądrowej po epizody w Czarnobylu i nieszczęścia związane z odpadami radioaktywnymi i ich wpływem na dziką przyrodę - istnieje wiele katastrof spowodowanych energią jądrową. Ale z drugiej strony energia jądrowa gwarantowałaby niezależność od innych źródeł energii i powodowanych przez nie problemów związanych z zanieczyszczeniami..
Byłaby to (prawdopodobnie) czysta energia, zdolna zasilać miasta na wieczność, a technologia przekroczyłaby swoje ziemskie ograniczenia.
Aby to wszystko osiągnąć najniższym kosztem ludzkim (i planetarnym), potrzebne są programy i wysiłki naukowe, technologiczne, ekologiczne i polityczne w celu „ujarzmienia” i „naśladowania” energii jądrowej w sposób bezpieczny i korzystny dla ludzkości i jej wzrostu energetycznego.
Indeks artykułów
Pozostawiając alchemików i ich kamień filozoficzny w przeszłości (chociaż ich wysiłki przyniosły owoce o żywotnym znaczeniu dla zrozumienia chemii), chemia jądrowa narodziła się, gdy po raz pierwszy wykryto to, co jest znane jako radioaktywność..
Wszystko zaczęło się od odkrycia promieni rentgenowskich przez Wilhelma Conrada Röntgena (1895) na Uniwersytecie w Wurzburgu. Badał promienie katodowe, kiedy zauważył, że wytwarzają one dziwną fluorescencję, nawet przy wyłączonym urządzeniu, zdolną do penetracji nieprzezroczystego czarnego papieru pokrywającego rurki, w których prowadzono eksperymenty..
Henri Becquerel, zmotywowany odkryciami promieni rentgenowskich, zaprojektował własne eksperymenty, aby zbadać je z soli fluorescencyjnych, które przyciemniały klisze fotograficzne, chronione czarnym papierem, gdy były pod wpływem światła słonecznego..
Okazało się przypadkowo (ponieważ pogoda w Paryżu była wówczas pochmurna), że sole uranu zasłaniały płyty fotograficzne, niezależnie od padającego na nie źródła światła. Następnie doszedł do wniosku, że znalazł nowy rodzaj promieniowania: radioaktywność.
Praca Becquerela posłużyła jako źródło inspiracji dla Marie Curie i Pierre'a Curie do zgłębienia zjawiska radioaktywności (termin ukuty przez Marie Curie).
W związku z tym poszukiwali innych minerałów (oprócz uranu), które również wykazywały tę właściwość, stwierdzając, że minerał blendy smołowej jest jeszcze bardziej radioaktywny, a zatem musi zawierać inne substancje radioaktywne. W jaki sposób? Porównując prądy elektryczne generowane przez jonizację cząsteczek gazu wokół próbek.
Po latach żmudnej ekstrakcji i pomiarów radiometrycznych wydobył radioaktywne pierwiastki rad (100 mg z próbki 2000 kg) i polon z mineralnej blendy smolistej. Curie określił również radioaktywność pierwiastka toru.
Niestety, do tego czasu zaczęto odkrywać szkodliwe skutki takiego promieniowania..
Pomiary radioaktywności zostały ułatwione dzięki opracowaniu licznika Geigera (mając Hansa Geigera jako współtwórcę artefaktu).
Ernest Rutherford zauważył, że każdy radioizotop miał swój własny czas rozpadu, niezależny od temperatury i zmieniał się wraz ze stężeniem i właściwościami jąder..
Wykazał również, że te rozpady radioaktywne są zgodne z kinetyką pierwszego rzędu, której okresy półtrwania (t1/2), są nadal bardzo przydatne. Tak więc każda substancja, która emituje radioaktywność, jest inna t1/2, który waha się od sekund, dni do milionów lat.
Oprócz wszystkich powyższych, zaproponował model atomowy oparty na wynikach swoich eksperymentów naświetlania bardzo cienkiej warstwy złota cząstkami alfa (jądra helu). Pracując ponownie z cząstkami alfa, osiągnął transmutację atomów azotu w atomy tlenu; to znaczy, udało mu się przekształcić jeden element w inny.
W ten sposób od razu wykazano, że atom nie jest niepodzielny, a tym bardziej, gdy był bombardowany przez przyspieszone cząstki i „wolne” neutrony..
Osoby, które zdecydują się zostać specjalistami chemii jądrowej, mogą wybierać spośród różnych kierunków studiów lub badań, a także różnych dziedzin pracy. Podobnie jak wiele dziedzin nauki, mogą oni poświęcić się praktyce lub teorii (lub obu jednocześnie) w odpowiednich dziedzinach..
Filmowy przykład można zobaczyć w filmach o superbohaterach, w których naukowcy nakłaniają osobę do nabycia super mocy (takich jak Hulk, fantastyczna czwórka, Spiderman i Doctor Manhattan).
W prawdziwym życiu (przynajmniej powierzchownie) chemicy jądrowi starają się zamiast tego zaprojektować nowe materiały zdolne wytrzymać olbrzymią odporność na promieniowanie jądrowe..
Materiały te, podobnie jak oprzyrządowanie, muszą być wystarczająco niezniszczalne i specjalne, aby odizolować emisję promieniowania i ogromne temperatury wyzwalane podczas inicjowania reakcji jądrowych; zwłaszcza te związane z syntezą jądrową.
W teorii mogą zaprojektować symulacje, aby najpierw oszacować wykonalność niektórych projektów i jak je ulepszyć przy najniższych kosztach i negatywnym wpływie; lub modele matematyczne, które pozwalają rozwikłać nierozwiązane tajemnice jądra.
Badają również i proponują sposoby przechowywania i / lub przetwarzania odpadów radioaktywnych, ponieważ rozkładanie trwa miliardy lat i powoduje duże zanieczyszczenie..
Oto krótka lista typowych prac, które może wykonywać chemik nuklearny:
-Prowadź badania w laboratoriach rządowych, przemysłowych lub akademickich.
-Przetwarzaj setki danych za pomocą pakietów statystycznych i analizy wielowymiarowej.
-Nauczają na uniwersytetach.
-Opracowują bezpieczne źródła radioaktywności do różnych zastosowań z udziałem ogółu społeczeństwa lub do użytku w urządzeniach lotniczych.
-Projektowanie technik i urządzeń wykrywających i monitorujących promieniotwórczość w środowisku.
-Gwarantują optymalne warunki laboratoryjne do obsługi materiałów radioaktywnych; którym udaje im się manipulować nawet za pomocą robotycznych ramion.
-Jako technicy konserwują dozymetry i zbierają próbki radioaktywne.
W poprzednim rozdziale opisaliśmy ogólnie, jakie są zadania chemika jądrowego w jego miejscu pracy. Teraz trochę więcej jest sprecyzowanych na temat różnych dziedzin, w których obecne jest wykorzystanie lub badanie reakcji jądrowych..
W radiochemii bada się sam proces promieniowania. Oznacza to, że bierze pod uwagę wszystkie radioizotopy dogłębnie, jak również ich czas rozpadu, uwalniane przez nie promieniowanie (alfa, beta lub gamma), ich zachowanie w różnych środowiskach i ich możliwe zastosowania..
Jest to prawdopodobnie obszar chemii jądrowej, który rozwinął się obecnie najbardziej w porównaniu z innymi. Zajmował się inteligentnym i przyjaznym wykorzystaniem radioizotopów i umiarkowanych dawek promieniowania.
W tej dziedzinie chemicy jądrowi wraz z badaczami z innych specjalności badają i projektują bezpieczne i dające się kontrolować metody wykorzystania energii jądrowej wytwarzanej przez rozszczepienie jąder atomowych; to znaczy jego frakcjonowania.
Podobnie proponuje się zrobić to samo z reakcjami syntezy jądrowej, na przykład w przypadku tych, którzy chcieliby ujarzmić małe gwiazdy, które dostarczają im energii; z przeszkodą, że warunki są przytłaczające i nie ma fizycznego materiału, który byłby w stanie im się oprzeć (wyobraź sobie zamknięcie słońca w klatce, która nie topi się z powodu intensywnego ciepła).
Energia jądrowa może być wykorzystywana do celów charytatywnych lub wojennych, przy opracowywaniu większej ilości broni..
Problem związany z odpadami jądrowymi jest bardzo poważny i groźny. Z tego powodu na tym obszarze zajmują się opracowywaniem strategii „uwięzienia ich” w taki sposób, aby promieniowanie, które emitują, nie przedostało się do ich skorupy zabezpieczającej; powłoka, która musi być w stanie wytrzymać trzęsienia ziemi, powodzie, wysokie ciśnienie i temperaturę itp..
Wszystkie pierwiastki transuranowe są radioaktywne. Zostały zsyntetyzowane przy użyciu różnych technik, w tym: bombardowania jąder neutronami lub innymi przyspieszonymi cząstkami.
W tym celu wykorzystano akceleratory liniowe lub cyklotrony (które mają kształt litery D). Wewnątrz nich cząsteczki są przyspieszane do prędkości zbliżonych do prędkości światła (300 000 km / s), a następnie zderzają się z celem.
W ten sposób narodziło się kilka sztucznych, radioaktywnych pierwiastków, a ich liczebność na Ziemi wynosi zero (chociaż mogą naturalnie występować w regionach Kosmosu).
W niektórych akceleratorach siła zderzeń jest taka, że następuje rozpad materii. Analizując fragmenty, które są trudne do wykrycia ze względu na ich krótką żywotność, można było dowiedzieć się więcej o kompendium cząstek atomowych..
Powyższy obrazek przedstawia dwie chłodnice charakterystyczne dla elektrowni jądrowych, których elektrownia może zaopatrywać całe miasto w energię elektryczną; na przykład fabryka Springfield, w której pracuje Homer Simpson i która jest własnością pana Burnsa.
Tak więc elektrownie jądrowe wykorzystują energię uwolnioną z reaktorów jądrowych do zaspokojenia zapotrzebowania na energię. To idealne i obiecujące zastosowanie chemii jądrowej: nieograniczona energia.
W całym artykule wspominano pośrednio o licznych zastosowaniach chemii jądrowej. Poniżej przedstawiono inne aplikacje, które nie są tak oczywiste, ale są obecne w życiu codziennym.
Jedną z technik sterylizacji materiału chirurgicznego jest naświetlanie go promieniowaniem gamma. To całkowicie niszczy mikroorganizmy, które mogą być siedliskiem. Proces jest zimny, więc niektóre materiały biologiczne, wrażliwe na wysokie temperatury, również mogą być narażone na te dawki promieniowania..
Działanie farmakologiczne, dystrybucję i eliminację nowych leków ocenia się za pomocą radioizotopów. Dzięki detektorowi emitowanego promieniowania można uzyskać rzeczywisty obraz rozkładu leku w organizmie.
Ten obraz pozwala określić, jak długo lek działa na określoną tkankę; jeśli nie wchłania się prawidłowo lub jeśli pozostaje w pomieszczeniu dłużej niż jest to wystarczające.
Podobnie przechowywana żywność może być napromieniowana umiarkowaną dawką promieniowania gamma. Odpowiada za eliminację i niszczenie bakterii, dzięki czemu żywność pozostaje zdatna do spożycia przez dłuższy czas.
Na przykład opakowanie truskawek można zachować świeżość nawet po 15 dniach przechowywania przy użyciu tej techniki. Promieniowanie jest tak słabe, że nie przenika przez powierzchnię truskawek; i dlatego nie są skażone ani nie stają się „radioaktywnymi truskawkami”.
W detektorach dymu jest tylko kilka miligramów ameryku (241JESTEM). Ten radioaktywny metal w tych ilościach wykazuje promieniowanie nieszkodliwe dla ludzi przebywających pod dachami..
Plik 241Am emituje cząstki alfa i niskoenergetyczne promienie gamma, które są zdolne do ucieczki z detektora. Cząsteczki alfa jonizują cząsteczki tlenu i azotu w powietrzu. Wewnątrz detektora różnica napięcia zbiera i porządkuje jony, wytwarzając niewielki prąd elektryczny..
Jony trafiają do różnych elektrod. Kiedy dym dostaje się do wewnętrznej komory czujki, pochłania cząsteczki alfa i zaburza jonizację powietrza. W konsekwencji prąd elektryczny zostaje zatrzymany i aktywowany jest alarm.
W rolnictwie do zabijania niepożądanych owadów na uprawach stosowano umiarkowane promieniowanie. W ten sposób unika się stosowania silnie zanieczyszczających insektycydów. Zmniejsza to negatywny wpływ na gleby, wody gruntowe i same uprawy..
Za pomocą radioizotopów można określić wiek niektórych obiektów. W badaniach archeologicznych jest to bardzo interesujące, ponieważ pozwala na rozdzielenie próbek i umieszczenie ich w odpowiednim czasie. Radioizotopem używanym w tym zastosowaniu jest par excellence węgiel 14 (14DO). Jego t1/2 Ma 5700 lat, a próbki można datować nawet na 50 000 lat.
Rozpad 14C był używany szczególnie do próbek biologicznych, kości, skamieniałości itp. Inne radioizotopy, takie jak 248U, masz t1/2 milionów lat. Następnie mierząc stężenia 248W próbce meteorytów, osadów i minerałów można określić, czy jest to ten sam wiek co Ziemia.
Jeszcze bez komentarzy