人工嬗變的用途

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介紹

人工嬗變是元素在人工衰變過程中轉變為另一種元素的過程。這種轉變可能是自然的或人工的。在人工嬗變中，透過用α粒子、質子、中子、氘核等基本粒子轟擊，將一種元素轉變為另一種元素。

不穩定的原子核會經歷自然嬗變過程，但在人工嬗變中，元素的原子會遇到基本粒子，並在衰變過程中形成新的元素。現在讓我們詳細瞭解本文中與人工嬗變相關的所有術語。

什麼是人工嬗變？

嬗變是透過衰變過程將一種元素轉化為另一種元素的過程。人工嬗變不是自然過程。它是在基本元素的幫助下，人工地將一種元素轉化為另一種元素的過程。因此，在這個轉換過程中產生了一種新的合成元素。

定義——當元素的穩定原子核受到一些亞原子粒子或基本元素的轟擊時，該原子核變得不穩定併發生衰變，從而形成新的原子核或新的元素。這可以用下面的圖表來理解

誰發現了人工嬗變？

歐內斯特·盧瑟福於1919年進行了第一次人工嬗變。在這個過程中，氮氣暴露於α粒子。這樣一些α粒子就被氮氣原子核吸收。氧氣作為人工嬗變過程中產生的第一種人工元素而產生。

人工嬗變的過程

在這個過程中，具有α粒子、氘核、質子等原子核的基本元素被投射到主要元素或目標元素上，從而形成新的合成元素。

我們主要使用中子作為人工嬗變中的基本粒子，因為它不帶電荷。在這個過程中，彈射粒子（中子）的速度決定了最終元素的形成。在核衰變中，慢中子更有效，也稱為熱中子。

如果彈射中子的轟擊速度慢，這意味著中子的速度慢，那麼它只會穿透主要元素的原子核。如果中子的速度快，那麼它就會穿過目標元素的原子核。在這個過程中，最終會形成一個新的合成元素。

人工嬗變的例子

• 透過用基本α粒子轟擊氮原子核，氮轉化為氧。

• 同樣，透過將鋁的原子核與α粒子（基本元素）結合，鋁原子轉變為磷，並且在這個人工嬗變的轉化過程中會產生中子。

• 當用中子轟擊鈾-238時，結果會形成鈾-239，它是一個非常不穩定的原子核，因此它也會衰變為錼原子核，在這個衰變過程中會產生β粒子。

人工嬗變方程式

人工嬗變方程式是一個表示一種元素轉化為另一種元素的方程式。方程式的左邊包含要與基本粒子一起轉換的目標元素，而方程式的右邊包含最終元素。

在人工嬗變方程式中遵循核子和電荷守恆。反應中左側電荷之和應等於右側電荷之和。

例如——當基本粒子中子轟擊鈾238時，它會轉化為鈾239。由於不穩定，它再次衰變為錼原子核並釋放β粒子。

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

另一個例子是α粒子（子彈）撞擊原始同位素鋁的目標原子核，從而產生磷和中子。

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

人工嬗變化學

嬗變過程中產生的放射性同位素稱為示蹤元素。這些元素在醫學領域用於研究對環境的影響。

可以使用嬗變過程來管理放射性廢物，從而減少核過程中放射性廢物的有害影響。具有顯著半衰期的原子核在快中子的幫助下發生核裂變反應。透過這種方式，我們可以減少半衰期為數千年的放射性物質同位素的半衰期。

人工嬗變與人工放射性的區別

序號	人工嬗變	人工放射性
1.	嬗變是化學過程，其中原子的結構發生變化。因此，一種化學元素轉化為另一種或不同的化學元素。	放射性是形成新元素的核衰變過程。在人工放射性中，穩定的非放射性材料轉化為不穩定的放射性材料。
2.	在嬗變中，會發射電子，稱為β粒子。	在人工放射性中，會發射中子、正電子等基本粒子。

表1：人工嬗變與人工放射性的區別

結論

在本文中，我們瞭解了人工嬗變的概念，其中一種元素在質子（H₁¹）、氘核（H₁²）、中子（n₀¹）和α粒子（He₂⁴）等基本粒子的幫助下轉化為另一種元素。在這些基本粒子中，中子是最好的彈射粒子，因為它不帶電荷。其他基本粒子具有帶正電的原子核，因此它們會排斥目標原子核，因此它們作為彈射粒子的效率較低。

第一次人工嬗變是用α粒子轟擊氮，使其轉化為氧。人工嬗變不同於自然嬗變，因為它以人工方式進行，我們最終也透過例子瞭解了人工嬗變過程。因此，可以透過其他原子與原子核或高速基本粒子的碰撞來創造新的原子。嬗變過程的最終粒子可以是穩定粒子或不穩定粒子。

常見問題

1. 可以發生多少種類型的嬗變？

有兩種型別的嬗變——一種是自然嬗變，其中會發射正電子、β粒子、α粒子。另一種是人工嬗變，其中我們用高能粒子轟擊原子核以進行改變，例如帶電粒子（如質子或α粒子）與目標原子核的碰撞，或中子撞擊目標原子核。

2. 人工嬗變的發生需要什麼條件？

每當元素受到基本粒子的撞擊時，就會發生人工嬗變過程。

3. 什麼是核衰變，它與人工嬗變有何不同？

核衰變是原子核自然衰變為其組成元素的過程。但人工嬗變是人工發生的過程。

4. 你對超鈾元素有什麼瞭解？

超鈾元素是人工創造的，而不是自然轉化的，這些元素的質子數大於92，自然界中不存在。

5. 放射性同位素是什麼意思？

放射性同位素是具有相同原子序數（相同元素）但質量不同的相同元素，其原子核不穩定，因此會自發地發射α、β和γ衰變。它們也稱為放射性核素和放射性核素。