Vizualizare sursă pentru „Transmutație nucleară”

[[File:Sun in X-Ray.png|thumb|300px|[[Soare]]le este un reactor de fuziune natural, care transmută elemente ușoare în elemente mai grele prin nucleosinteză stelară, o formă de [[fuziune nucleară]].]]
'''Transmutația nucleară''' este conversia unui [[element chimic]] sau a unui [[izotop]] într-un alt element chimic.<ref name="transmutation">{{cite web|title=IAEA INIS|url=https://inis.iaea.org/search/search.aspx?orig_q=RN:31018687|website=inis.iaea.org|publisher=IAEA (en.)|accessdate=8 iunie 2018}}</ref> Deoarece orice element (sau izotop al unui element) este definit prin numărul de [[proton]]i (și [[neutron]]i) din [[nucleu atomic|nucleul său atomic]], transmutația nucleară are loc în orice proces în care se modifică numărul de protoni sau neutroni din nucleu.

O transmutație se poate realiza prin [[reacție nucleară|reacții nucleare]] (în care o particulă externă reacționează cu un nucleu) sau prin [[dezintegrare radioactivă]], în care nu este necesară nicio cauză externă.

Transmutația naturală prin [[nucleosinteză stelară]] a creat, în trecut, majoritatea elementelor chimice mai grele din universul existent cunoscut și continuă să aibă loc și în prezent, creând marea majoritate a celor mai obișnuite elemente din univers, între care se numără [[heliu]]l, [[oxigen]]ul și [[carbon]]ul. Majoritatea stelelor realizează transmutația prin reacții de fuziune a [[hidrogen]]ului și heliului, iar stelele mai mari pot fuziona și elemente mai grele precum [[fier]]ul în evoluția lor matură.

Elementele mai grele ca fierul, precum [[aur]]ul și [[plumb]]ul, sunt create prin transmutații elementale care pot avea loc numai în [[supernovă|supernove]] - pe măsură ce stelele încep să fuzioneze elemente mai grele, mult mai puțină energie este produsă din fiecare reacție de fuziune și fiecare reacție de fuziune care produce elemente mai grele ca fierul este de natură [[proces endoterm |endotermică]], iar stelele nu pot realiza acest lucru.

Un tip de transmutație naturală care se observă în prezent are loc atunci când anumite elemente [[radioactiv]]e din natură se dezintegrează spontan printr-un proces care produce transmutație, precum [[dezintegrare alfa]] sa [[dezintegrare beta]]. Un exemplu este dezintegrarea naturală a izotopului [[potasiu-40]] în [[argon-40]], care produce majoritatea [[argon]]ului din aer. Tot pe Pământ, transmutațiile naturale din diverse mecanisme ale ''[[reacție nucleară|reacțiilor nucleare]] naturale'' au loc, datorită bombardamentului cu [[raze cosmice]] al elementelor (de exemplu, pentru a forma [[carbon-14]]), și ocazional din bombardamentul natural cu neutroni (ca exemplu, vezi un [[Fenomenul Oklo|reactor natural de fisiune nucleară]]).

Transmutația artificială poate avea loc în echipamente care au suficientă energie pentru a modifica structura nucleară a elementelor. Printre aceste echipamente se numără [[accelerator de particule|acceleratoarele de particule]] și reactorii [[tokamak]]. Și [[Fisiune nucleară#Reactor de fisiune|reactorii de fisiune]] convenționali produc transmutație artificială, dar nu din puterea echipamentului, ci prin expunerea elementelor la [[neutron]]ii produși prin fisiunea dintr-o [[reacție nucleară în lanț]] produsă artificial. De exemplu, atunci când un atom de uraniu este bombardat cu neutroni lenți, are loc fisiunea. Acest lucru eliberează, în medie, 3 neutroni și o cantitate mare de energie. Neutronii eliberați produc apoi fisiunea altor atomi de uraniu, până când tot uraniul disponibil este consumat. Aceasta se numește [[reacție în lanț]].

Transmutația nucleară artificială este luată în considerare ca un mecanism posibil pentru a reduce volumul și pericolul [[Deșeu radioactiv|deșeurilor radioactive]].<ref>http://www.oecd-nea.org/trw/ „Transmutația deșeurilor radioactive”. Agenția pentru Energie Nucleară (en.). 3 februarie 2012.</ref>

==Istorie==
===Alchimie===
Termenul ''transmutație'' provine din [[alchimie]]. Alchimiștii au căutat [[piatră filozofală|piatra filozofală]], capabilă de [[crisopeia]] &ndash; transformarea [[Metal comun|metalelor comune]] în aur.<ref>{{citation |contribution=Alchimie |contribution-url=https://dexonline.ro/definitie/alchimie |title=DEXOnline.ro}}</ref> Alchimiștii înțelegeau crisopeia ca pe o metaforă pentru un proces msitic sau religios, însă unii practicieni au adoptat interpretarea literală și au încercat să producă aur prin experimentare fizică. Imposibilitatea transmutației metalice a fost dezbătută de alchimiști, filozofi și oameni de știință încă din Evul Mediu. Transmutația pseudo-alchimică a fost declarată ilegală<ref>John Hines, II, R. F. Yeager. ''John Gower, poetul trilingv: limbă, traducere și tradiție'' Boydell & Brewer (en.).  2010.  p. 170</ref> și ridiculizată public începând cu secolul al XIV-lea. Alchimiști ca [[Michael Maier]] și [[Heinrich Khunrath]] au scris tratate care expuneau falșii pretendenți ai producerii de aur. În anii 1720, nu mai erau personaje respectabile care să caute transmutația fizică a substanțelor în aur.<ref>Lawrence Principe. ''Noua poveste din chimia secolului optsprezece''. Springer (en.). 2007. p. 8</ref> [[Antoine Lavoisier]], în secolul al XVIII-lea, a înlocuit [[Element clasic|teoria alchimică a elementelor]] cu teoria modernă a elementelor chimice, iar [[John Dalton]] a continuat elaborarea noțiunii de atomi (din teoria alchimică a [[Corpuscularism|corpusculilor]]) pentru a explica diverse procese chimice. Dezintegrarea atomilor este un proces distinct la energii mult mai mari decât cele obținute de alchimiști.

===Fizica modernă===
A fost aplicată conștient în fizica modernă pentru prima dată de [[Frederick Soddy]] când el, împreună cu [[Ernest Rutherford]], au descoperit că [[thoriu]]l radioactiv se convertea singur în [[radiu]], în anul 1901. În momentul descoperirii, după cum Soddy și-a amintit ulterior, el a strigat: „Rutherford, asta este transmutația!” Rutherford s-a dat înapoi, „Doamne, Soddy, nu o numi ''transmutație''. Ne vor lua gâtul ca alchimiști.”<ref>Muriel Howorth, ''Cercetări de pioenierat ale atomului: povestea vieții lui Frederick Soddy'', Lumea Nouă (en.), Londra 1958, p. 83-84; Lawrence Badash, Radium, ''Radioactivitatea și popularitatea descoperirii științifice'', Lucrările Societății Americane de Filozofie 122 (en.), 1978: 145-54; Thaddeus J. Trenn, ''Atomul auto-destructiv: istoria colaborării Rutherford-Soddy'', Taylor & Francis (en.), Londra, 1977, p. 42, 58-60, 111-17.</ref>

Rutherford și Soddy studiau transmutația naturală ca parte a [[dezintegrare radioactivă|dezintegrării radioactive]] de tipul [[dezintegrare alfa]]. Totuși, în anul 1919, Rutherford a putut realiza transmutația azotului în [[Oxigen-17|oxigen]], folosind particule alfa îndreptate spre azot <sup>14</sup>N + α → [[Oxigen-17|<sup>17</sup>O]] + p.&nbsp; Aceasta a fost prima observare a unei [[reacție nucleară|reacții nucleare]], adică, o reacție în care particulele dintr-o dezintegrare sunt folosite la transformarea unui alt nucleu atomic. În anul 1932, o reacție nucleară complet artificială și transmutație nucleară au fost realizate de colegii lui Rutherford, [[John Cockcroft]] și [[Ernest Walton]], care au folosit protoni accelerați artificial către litiu-7 pentru spargerea nucleului în două particule alfa. Fenomenul a devenit cunoscut popular ca „spargerea atomului”, deși nu era reacția modernă de [[fisiune nucleară]] descoperită în anul 1938 de [[Otto Hahn]], [[Lise Meitner]] și asistentul lor [[Fritz Strassmann]] în elemente grele.<ref>[http://cerncourier.com/cws/article/cern/31864 Moștenirea subatomică a lui Cockcroft: spargerea atomului] (en.)</ref>

Ulterior, în secolul al XX-lea, transmutația elementelor în interiorul stelelor a fost elaborată, ținând cont de abundența relativă a elementelor mai grele din univers. Cu excepția primelor cinci elemente, care au fost produse în Big Bang și alte procese cu [[Radiație cosmică de fond|radiații cosmice]], nucleosintezei stelare i se datorează abundența tuturor elementelor mai grele ca [[bor]]ul. În articolul lor din anul 1957, ''[[Sinteza elementelor în stele]]'',<ref>William Alfred Fowler, Margaret Burbidge, Geoffrey Burbidge, și Fred Hoyle, 'Sinteza elementelor în stele', ''Analize ale Fizicii Moderne'' (en.), vol. 29, Ed. 4, p. 547–650</ref> [[William Alfred Fowler]], [[Margaret Burbidge]], [[Geoffrey Burbidge]], și [[Fred Hoyle]] au explicat cum abundența tuturor elementelor chimice, în afara celor mai ușoare, ar putea fi explicată prin procesul de [[nucleosinteză]] din stele.

S-a auzit că, în transmutația nucleară adevărată, este mult mai ușor să fie transformat aurul în plumb decât reacția inversă, cea pe care alchimiștii au căutat-o cu ardoare. Experimentele nucleare au reușit transmutarea plumbului în aur, dar cheltuiala depășește cu mult câștigul.<ref>Anne Marie Helmenstine, [http://chemistry.about.com/cs/generalchemistry/a/aa050601a.htm Cum să transformi plumbul în aur: este alchimia reală?] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20110717130203/http://chemistry.about.com/cs/generalchemistry/a/aa050601a.htm |date=2011-07-17 }}, About.com: Chimie (en.), Accesat în iunie 2018</ref> Ar fi mai ușoară convertirea plumbului în aur prin [[captură neutronică]] și [[dezintegrare beta]] lăsând plumbul într-un reactor nuclear pentru o perioadă mare de timp.

[[Glenn T. Seaborg|Glenn Seaborg a produs câteva mii de atomi de aur din bismut]], dar cu o pierdere netă.

Pentru mai multe informații privind sinteza aurului, vedeți [[Sinteza metalelor prețioase]].

<sup>197</sup>[[Aur|Au]] + [[captură neutronică|n]] → <sup>198</sup>Au ([[Perioadă de înjumătățire|timp de înjumătățire]] 2,7 zile) → <sup>198</sup>[[Mercur (element)|Hg]] + n → <sup>199</sup>Hg + n → <sup>200</sup>Hg + n → <sup>201</sup>Hg + n → <sup>202</sup>Hg + n → <sup>203</sup>Hg (timp de înjumătățire 47 zile) → <sup>203</sup>[[Taliu|Tl]] + n → <sup>204</sup>Tl (timp de înjumătățire 3,8 ani) → <sup>204</sup>[[Plumb|Pb]]

==Transmutație în univers==
{{main|Nucleosinteză}}
Se crede că [[Big Bang]]ul este la originea hidrogenului (inclusiv a [[deuteriu]]lui) și heliului din univers. Hidrogenul și heliul reprezintă împreună 98% din masa materiei obișnuite din univers, restul de 2% fiind constituit de celelalte. Big Bangul a mai produs și cantități mici de [[litiu]], [[beriliu]] și poate [[bor]]. Mai mult litiu, beriliu și bor au fost produse mai târziu, printr-o reacție nucleară naturală, spalația de raze cosmice.

[[Nucleosinteză|Nucleosinteza stelară]] este responsabilă de toate celelalte elemente care apar natural în univers sub formă de [[izotop stabil|izotopi stabili]] și [[nuclid primordial|nuclizi primordiali]], de la [[carbon]] până la [[uraniu]]. Acestea au apărut după Big Bang, în timpul formării stelelor. Unele elemente mai ușoare, de la carbon la fier au fost formate în stele și eliberate în spațiu prin stelele din [[ramura gigant asimptotică]] (AGB). Acestea sunt un tip de gigante roșii care își „pufăie” atmosfera exterioară, ce conține unele elemente, de la carbon până la nichel și fier. Toate elementele cu [[masă atomică relativă|masă atomică]] mai mare de 64 [[unitate atomice de masă|unități atomice de masă]] sunt produse în stelele [[supernovă]] prin intermediul [[captură neutronică|capturii neutronice]], care se împarte în două procese: [[proces-r]] și [[proces-s]].

Se crede că [[Sistemul Solar]] s-a condensat acum 4,6 miliarde de ani, dintr-un nor de hidrogen și heliu cu conținut de elemente mai grele în fire de praf formate anterior de multe asemenea stele. Aceste fire conținând elementele mai grele s-au format prin transmutație mai devreme în istoria universului.

Toate aceste procese naturale de transmutație din stele continuă și astăzi, atât în galaxia noastră cât și în altele. Stelele fuzionează hidrogenul și heliul în elemente tot mai grele pentru a produce energie. De exemplu, curbele luminoase observate la stelele supernovă precum [[SN 1987A]] arată că acestea expulzează mari cantități (comparabile cu masa Pământului) de nichel și cobalt radioactiv în spațiu. Totuși, prea puține din aceste materiale ajung pe Pământ. Majoritatea transmutațiilor naturale de pe Pământ din prezent sunt mediate de [[raze cosmice]] (precum producția de [[carbon-14]]) și de dezintegrarea radioactivă a [[nuclid primordial|nuclizilor primordiali]] radioactivi rămași de la formarea inițială a sistemului solar (precum [[potasiu-40]], uraniu și thoriu), plus dezintegrarea radioactivă a produșilor acestor nuclizi (radiu, radon, poloniu, etc.). Vezi [[lanț de dezintegrare]].

=={{Anchor|Deșeu nuclear}}Transmutația artificială a deșeurilor nucleare==

===Introducere===
Transmutația [[Element transuranian|elementelor transuraniene]] (TRU, adică [[actinide]]le minus domeniul de la [[actiniu]] până la [[uraniu]]), precum [[izotop]]ii [[plutoniu]]lui (cam 1% procente de masă din [[combustibil nuclear|combustibilul nuclear]] (UNF) folosit dintr-un [[reactor cu apă ușoară]]) sau actinidele minore (MA, adică [[neptuniu]], [[americiu]], și [[curiu]], cam 0,1% procente de masă fiecare în UNF-ul din LWR) are potențialul de a ajuta la rezolvarea unor probleme puse de managementul [[deșeu radioactiv|deșeurilor radioactive]] prin reducerea proporției izotopilor cu timp de înjumătățire mare pe care îi conține. Când sunt iradiați cu [[neutron raid|neutroni rapizi]] într-un [[reactor nuclear]], acești izotopi pot [[fisiune nucleară|fisiona]], distrugând izotopul [[actinide|actinidic]] original și producând o serie de [[produs de fisiune|produși de fisiune]] radioactivi și neradioactivi.

===Tipuri de reactori===
Ca exemplu, plutoniul poate fi reprocesat în [[combustibil MOX]] și transmutat în reactori standard. Elementele mai grele pot fi transmutate în [[reactor rapid|reactori rapizi]], sau în reactori subcritici cunoscuți și ca amplificator de energie, concepuți de [[Carlo Rubbia]]. [[Sursă de neutroni|Sursele de neutroni]] pentru [[Fuziune nucleară|fuziune]] au fost propuse ca fiind adecvate.<ref>Rita Plukiene, ''[http://irfu.cea.fr/Phocea/file.php?class=std&file=Doc/Publications/Archives/dapnia-03-12-T.pdf Evoluția compoziției izotopice transuraniene în reactoarele de energie mare și sisteme nucleare inovative pentru transmutație]'', Teza de doctorat, Universitatea Vytautas Magnus (en.), 2003</ref><ref>Takibayev A., Saito M., Artisyuk V., și Sagara H., '[http://cat.inist.fr/?aModele=afficheN&cpsidt=17035603 Transmutația pe bază de fuziune a unor produși longevivi de fisiune] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20120114110518/http://cat.inist.fr/?aModele=afficheN&cpsidt=17035603 |date=2012-01-14 }}', ''Progres în energie nucleară'' (en.),  Vol. 47, 2005.</ref><ref>{{Citat web |url=http://aries.ucsd.edu/LIB/MEETINGS/0103-TRANSMUT/gohar/Gohar-present.pdf |accessdate=2018-06-08 |titlu=Transmutația elementelor transuraniene și a produșilor longevivi de fisiune în dispozitive de fuziune, Y. Gohar, Laboratorul Național Argonne |archive-date=2011-07-19 |archive-url=https://web.archive.org/web/20110719154045/http://aries.ucsd.edu/LIB/MEETINGS/0103-TRANSMUT/gohar/Gohar-present.pdf |dead-url=yes }}</ref>

==Vezi și==
*[[Activare cu neutroni]]
*[[Energie nucleară]]
*[[Tehnologii de tratare a deșeurilor nucleare]]
*[[Sinteza metalelor prețioase]]

== Legături externe ==
* [http://www.bibnum.education.fr/sites/default/files/Rutherford-analyse-english.pdf „Schimbarea radioactivă”], articolul lui Rutherford și Soddy (1903), analizat de ''Pierre Radyanyi, CNRS''. Bibnum <small>(en.)</small>.

==Note==
<references/>

{{DEFAULTSORT:Transmutație nucleară}}
[[Categorie:Fizică nucleară]]
[[Categorie:Chimie nucleară]]
[[Categorie:Radioactivitate]]
[[Categorie:Radiații]]