人工嬗变的用途

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介绍

人工嬗变是元素在人工衰变过程中转变为另一种元素的过程。这种转变可能是自然的或人工的。在人工嬗变中，通过用α粒子、质子、中子、氘核等基本粒子轰击，将一种元素转变为另一种元素。

不稳定的原子核会经历自然嬗变过程，但在人工嬗变中，元素的原子会遇到基本粒子，并在衰变过程中形成新的元素。现在让我们详细了解本文中与人工嬗变相关的所有术语。

什么是人工嬗变？

嬗变是通过衰变过程将一种元素转化为另一种元素的过程。人工嬗变不是自然过程。它是在基本元素的帮助下，人工地将一种元素转化为另一种元素的过程。因此，在这个转换过程中产生了一种新的合成元素。

定义——当元素的稳定原子核受到一些亚原子粒子或基本元素的轰击时，该原子核变得不稳定并发生衰变，从而形成新的原子核或新的元素。这可以用下面的图表来理解

谁发现了人工嬗变？

欧内斯特·卢瑟福于1919年进行了第一次人工嬗变。在这个过程中，氮气暴露于α粒子。这样一些α粒子就被氮气原子核吸收。氧气作为人工嬗变过程中产生的第一种人工元素而产生。

人工嬗变的过程

在这个过程中，具有α粒子、氘核、质子等原子核的基本元素被投射到主要元素或目标元素上，从而形成新的合成元素。

我们主要使用中子作为人工嬗变中的基本粒子，因为它不带电荷。在这个过程中，弹射粒子（中子）的速度决定了最终元素的形成。在核衰变中，慢中子更有效，也称为热中子。

如果弹射中子的轰击速度慢，这意味着中子的速度慢，那么它只会穿透主要元素的原子核。如果中子的速度快，那么它就会穿过目标元素的原子核。在这个过程中，最终会形成一个新的合成元素。

人工嬗变的例子

• 通过用基本α粒子轰击氮原子核，氮转化为氧。

• 同样，通过将铝的原子核与α粒子（基本元素）结合，铝原子转变为磷，并且在这个人工嬗变的转化过程中会产生中子。

• 当用中子轰击铀-238时，结果会形成铀-239，它是一个非常不稳定的原子核，因此它也会衰变为镎原子核，在这个衰变过程中会产生β粒子。

人工嬗变方程式

人工嬗变方程式是一个表示一种元素转化为另一种元素的方程式。方程式的左边包含要与基本粒子一起转换的目标元素，而方程式的右边包含最终元素。

在人工嬗变方程式中遵循核子和电荷守恒。反应中左侧电荷之和应等于右侧电荷之和。

例如——当基本粒子中子轰击铀238时，它会转化为铀239。由于不稳定，它再次衰变为镎原子核并释放β粒子。

$$\mathrm{U_{92}^{238}+n_0^1→U_{92}^{239}→Np_{93}^{239}+n_{-1}^0}$$

另一个例子是α粒子（子弹）撞击原始同位素铝的目标原子核，从而产生磷和中子。

$$\mathrm{Al_{13}^{27}+He_{2}^{4}→P_{15}^{30}+n_{0}^{1}}$$

人工嬗变化学

嬗变过程中产生的放射性同位素称为示踪元素。这些元素在医学领域用于研究对环境的影响。

可以使用嬗变过程来管理放射性废物，从而减少核过程中放射性废物的有害影响。具有显著半衰期的原子核在快中子的帮助下发生核裂变反应。通过这种方式，我们可以减少半衰期为数千年的放射性物质同位素的半衰期。

人工嬗变与人工放射性的区别

序号	人工嬗变	人工放射性
1.	嬗变是化学过程，其中原子的结构发生变化。因此，一种化学元素转化为另一种或不同的化学元素。	放射性是形成新元素的核衰变过程。在人工放射性中，稳定的非放射性材料转化为不稳定的放射性材料。
2.	在嬗变中，会发射电子，称为β粒子。	在人工放射性中，会发射中子、正电子等基本粒子。

表1：人工嬗变与人工放射性的区别

结论

在本文中，我们了解了人工嬗变的概念，其中一种元素在质子（H₁¹）、氘核（H₁²）、中子（n₀¹）和α粒子（He₂⁴）等基本粒子的帮助下转化为另一种元素。在这些基本粒子中，中子是最好的弹射粒子，因为它不带电荷。其他基本粒子具有带正电的原子核，因此它们会排斥目标原子核，因此它们作为弹射粒子的效率较低。

第一次人工嬗变是用α粒子轰击氮，使其转化为氧。人工嬗变不同于自然嬗变，因为它以人工方式进行，我们最终也通过例子了解了人工嬗变过程。因此，可以通过其他原子与原子核或高速基本粒子的碰撞来创造新的原子。嬗变过程的最终粒子可以是稳定粒子或不稳定粒子。

常见问题

1. 可以发生多少种类型的嬗变？

有两种类型的嬗变——一种是自然嬗变，其中会发射正电子、β粒子、α粒子。另一种是人工嬗变，其中我们用高能粒子轰击原子核以进行改变，例如带电粒子（如质子或α粒子）与目标原子核的碰撞，或中子撞击目标原子核。

2. 人工嬗变的发生需要什么条件？

每当元素受到基本粒子的撞击时，就会发生人工嬗变过程。

3. 什么是核衰变，它与人工嬗变有何不同？

核衰变是原子核自然衰变为其组成元素的过程。但人工嬗变是人工发生的过程。

4. 你对超铀元素有什么了解？

超铀元素是人工创造的，而不是自然转化的，这些元素的质子数大于92，自然界中不存在。

5. 放射性同位素是什么意思？

放射性同位素是具有相同原子序数（相同元素）但质量不同的相同元素，其原子核不稳定，因此会自发地发射α、β和γ衰变。它们也称为放射性核素和放射性核素。