基本介紹
- 中文名：核化學
- 外文名： nuclear chemistry
- 用途：材料科學、環境科學、生物學等
- 起源：居里夫婦對釙和鐳的分離和鑑定
- 研究對象：核性質、核結構等的規律等
發展歷程,用途廣泛,
發展歷程
核化學起始於1898年居里夫婦對釙和鐳的分離和鑑定。後來30年左右的時間內，通過大量化學上的分離和鑑定，以及物理上探測α、β和γ射線等技術的發展，確定了鈾、釷和錒的三個天然放射性衰變系，指數衰變定律，母子體生長衰變性質，明確了一個元素可能具有不止一個核素的同位素概念，以及同一核素的不同能態等事實。此外，還陸續找到了其他十幾種天然放射性元素。
1919年盧瑟福等發現由天然放射性核素髮射的α粒子引起的原子核反應，導致1934年小居里夫婦製備出第一個人工放射性核素—磷30。由於中子的發現和粒子加速器的發展，通過核反應產生的人工放射性核素的數目逐年增加，而1938年哈恩等發現原子核裂變更加速了這種趨勢，並且為後來的核能利用開闢了道路。
此外，核譜學的工作也有相應的發展。由於粒子加速器、反應堆、各種類型的探測器和分析器、質譜儀、同位素分離器及計算機技術等的發展，核化學研究的範圍和成果還在繼續擴展和增加，如質量大於氦核的重離子引起的深度非彈性散射反應研究，107、108、109號元素的合成，雙質子放射性和碳放射性的發現等。另外，核化學與核技術套用於化學、生物學、醫學、地學、天文學和環境科學等方面，已取得了令人矚目的進展。
核化學主要研究核性質、核結構、核轉變的規律以及核轉變的化學效應、奇特原子化學，同時還包括有關研究成果在各個領域的套用。核化學、放射化學和核物理，在內容上既有區別卻又緊密地聯繫和交織在一起。
核有不穩定和穩定之分，前者又稱放射性核，放射性核經過衰變(如發射氦核、電子、光子、中子或質子，俘獲電子和自發裂變等)最終成為穩定核。任何衰變過程必須遵從能量守恆、動量守恆、角動量守恆和量子力學方面的一些規則。核的不穩定性有程度上的差別，它表現為壽命或半衰期的長短，壽命越短，不穩定性越高，反之亦然。
除了衰變方式和穩定性外，核的其他性質有電荷、質量(包括能量)、半徑、自旋、磁矩、電四極矩、宇稱和統計性質等。另外，核不僅可處於相對穩定的基態，還可以處於能量稍高的激發態。處於激發態的核也有以上各種性質，一般以發射光子的方式到達基態。核性質反映了核的結構，通過對核性質的研究，可以更深入地認識原子核的本質。
核的轉變包括原子核在其他原子核或粒子作用下發生的各種變化(即核反應)和不穩定的原子核自發發生的核衰變。核反應是取得新核的主要途徑。
反應堆產生的中子引起的核反應是新核的一個重要來源，它主要包括中子俘獲反應和中子裂變反應。這些反應產生的裂片核(包括目前尚未發現的新核)都處於β穩定線的豐中子的一面，並以發射電子，或隨後再發射一個中子的方式衰變。
新核還可以用各類加速器所產生的不同能量的離子和電子，以及由核反應所產生的次級粒子轟擊各種靶核來產生。根據轟擊粒子的不同可將核反應分為中子核反應帶電粒子核反應、光核反應和重離子核反應等。按轟擊粒子的能量又可將它們分為高、中和低能核反應。
目前每個核子的能量高於一百億電子伏的粒子稱為高能粒子，高於一億電子伏的為中能粒子，低於一億電子伏以下的為低能粒子。但是，這類規定並不絕對，對於各種轟擊粒子如重離子、電子和次級粒子，能量高低的含義有所不同。
根據以上兩種途徑，現已找到2000多種不穩定核素，但仍有很多尚待發現。它們的壽命極短，需要產物核的快速傳輸、快速化學分離和線上同位素分離技術才能鑑定它們。重離子核反應是發現新元素的主要途徑。
此外，對核反應的研究還包括測量各種核反應截面及其與轟擊粒子的能量的關係(稱激發函式)，測量出射粒子和產物核的質量、電荷、能量和角度(方向)的分布情況，並由此探索核反應的機理。這是深入了解核力和核子在核內運動和相互作用規律的重要方法。
在核轉變中，產物核由於動量守恆獲得反衝動能，這一能量足以使起始核所屬原子與周圍原子之間的化學鍵斷裂，從而形成脫離原來分子的具有一定動能的熱原子。在核衰變中，有時會因電子震脫或空穴級聯而引起化學變化。核轉變過程中產生的熱原了與周圍介質之間所起的化學變化就是熱原子化學研究的內容。
核化學研究成果已廣泛套用於各個領域。例如利用測定由中子俘獲反應的中子活化分析，可較準確地測定樣品中50種以上元素的含量，並且靈敏度一般很高。該法已廣泛套用於材料科學、環境科學、生物學、醫學、地學、宇宙化學、考古學和法醫學等領域。
一些短壽命(特別是發射正電子)核素的放射性標記化合物廣泛套用於醫學。熱原子化學方法可用於製備某些標記化合物。正電子湮沒技術已用於材料科學及化學動力學等方面的研究。
