Ядерная химия

Я́дерная хи́мия — раздел физической химии и — изучает (ядерные реакции) и сопутствующие им физико-химические процессы, устанавливает взаимосвязь между физико-химическими и ядерными свойствами вещества. Важнейшей задачей ядерной химии является выделение и идентификация радиохимическими методами продуктов ядерных реакций. В тематику исследований также входит химии горячих атомов, возникающих при ядерном распаде и имеющих избыточную кинетическую энергию, формально соответствующую температурам 10⁴—10⁷ К^[⇨]. Исследования в области ядерной химии послужили основой для (Мёсбауэровской спектроскопии), как метода, широко используемого в (структурной) и (радиационной химии), (аналитической химии), химической кинетике, геохимии. Методами ядерной химии с использованием «новых атомов», и прежде всего (позитрония) (Ps) и мюония (Мu), изучают превращения атомов в различных химических системах — . Часто термин «ядерная химия» считают синонимом терминов «(радиохимии») и «(радиационной химии»), что неверно.

История возникновения

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.

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 (Т_1/2 < 1 мин) используют специальную технику измерения времени жизни нуклида от момента его образования до распада непосредственно на детекторе.

Горячие атомы

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.

Литература

• Химическая энциклопедия : [рус.] : в 5 т. / под ред. Н. С. Зефирова. — М. : Большая российская энциклопедия, 1999. — Т. 5. — 783 с. — .
• Фридлендер Г., Кеннеди Дж., Миллер Дж., Ядерная химия и радиохимия, пер. с англ., М., 1967;
• Чоппин Г., Ридберг Я., Ядерная химия. Основы теории и применения, пер. с англ., М., 1984;
• Modern Nuclear Chemistry by Walter D. Loveland

Примечания

1. Химическая Энциклопедия, 1999, Т. 5, с. 512–513.