基本介紹
- 中文名：核嬗變
- 外文名：transmutation
- 概念：轉化為另一種同位素
- 分類：天然核嬗變和人工核嬗變
- 歷史：鍊金術時代
簡介,天然核嬗變和人工核嬗變,歷史,宇宙中的核嬗變,核廢料的人工核嬗變,概述,反應堆類型,燃料類型,人工核嬗變錒系元素的原因,參見,
簡介
核嬗變是一種化學元素轉化成另外一種元素，或一種化學元素的某種同位素轉化為另一種同位素的過程。能夠引發核嬗變的核反應包括一個或多個粒子（如質子、中子以及原子核）與原子核發生碰撞後引發的反應，也包括原子核的自發衰變。 但反過來說，原子核的自發衰變或者與其他粒子的碰撞並不一定都導致核嬗變。比如，γ衰變以及同它有關的內轉換過程就不會導致核嬗變。核嬗變既可以自然發生，也可以人工引發。
天然核嬗變和人工核嬗變
天然核嬗變創造了自然界所有天然存在的化學元素。目前我們仍然能夠觀察到天然核嬗變的發生，比如某些核素的α衰變和β衰變。一個例子是空氣中的氬-40大部分來自鉀-40的衰變。另外，高能宇宙射線一直在不停的轟擊地球的大氣層，形成一些新的核素，比如碳-14。最後，在某些特殊的條件下和環境中，自然中子亦可以引發裂變反應，比如在加彭的奧克洛天然核反應堆。人工核嬗變可以通過粒子加速器、托卡馬克和核反應堆來實現。通過把長壽、高放射性的核素轉變為短壽或者穩定、低放射性的核素，人工核嬗變也許可以用來降低核廢料的放射性和毒性，或縮減其體積。
歷史
嬗變一詞可以追溯到鍊金術時代。鍊金術士追求能夠點石成金的賢者之石，用它將賤金屬轉化為黃金。一些鍊金術士認為“點石成金”是一種宗教過程，僅具有宗教或信仰的含義；但另一些卻篤信確實有這樣的能力存在，於是開展各種各樣的實驗，試圖製備黃金。在中世紀，“點石成金”的可能性在鍊金術士、哲學家和科學家之中受到廣泛爭議。到了14世紀初，鍊金術在歐洲一些國家被法律禁止，並在公共場合受到嘲笑。當時有名的古代化學家麥克·梅爾和海因里希·杭拉斯還寫過小冊子，曝光那些聲稱點金成功的騙子。到18世紀20年代，已經沒有知名人士在從事點石成金的活動。拉瓦錫以現代化學元素理論代替了鍊金術士的元素理論。道爾頓在鍊金術原子論（Corpuscularianism）的基礎上進一步發展了現代原子理論，並用該理論來解釋各種各樣的化學反應。
宇宙中的核嬗變
主條目：核合成
核廢料的人工核嬗變
概述
理論上，某些高放射性並長壽的超鈾元素（錒系元素），比如鈽、鎿、鎇和鋦等可以通過人工核嬗變的方式轉化為或者短壽或者穩定或者具有較低放射性的核素。這將有助於核廢料的處理和再處理。在反應堆中用快中子輻照後，這些元素能夠裂變，產生原子量較小的裂變產物。這些產物或者具有放射性，或者是穩定核素。通過嬗變，就達到了減少錒系元素、並降低放射性的目的。
常用的方法是將含有錒系元素的陶瓷靶子放在反應堆中用中子轟擊。靶子可以是含有錒系元素的固體溶液，比如(Am,Zr)N, (Am,Y)N, (Zr,Cm)O2, (Zr,Cm,Am)O2, (Zr,Am,Y)O2，也可以是其氧化物和氮化物（如AmO2, NpO2, NpN, AmN）同惰性介質（像MgO, MgAl2O4, (Zr,Y)O2, TiN和ZrN）燒結而成。惰性介質的主要作用是增強樣品結構強度，否則靶子在中子的轟擊下可能很快粉碎。
反應堆類型
燃料類型
有幾種核燃料可以在其初始燃料燃料循環中使用鈽，用於商業發電。這個過程一舉兩得：不但產生電力，還可以消耗武器級的鈽以及來自乏燃料再處理過程的鈽。金屬氧化物燃料包含鈾和鈽的氧化物，可以替代低濃縮鈾，主要用於輕水堆。這種燃料里的鈽可以經過燃燒而消耗。但因為其含有鈾-238，經過中子俘獲後會產生次生的鈽。
釷也可以和鈽一起製成混合燃料。在這種燃料中，鈽裂變釋放出的中子被釷-232吸收，嬗變為釷-233。後者經過兩次β衰變後變成裂變材料鈾-233。釷-232是一種很好的增殖性材料，其中子俘獲截面比鈾-238大三倍，所以轉化率高。此燃料中鈽的燃燒深度也大於金屬氧化物核燃料。因為其中不含鈾，不會產生次生的鈽。武器級鈽和反應堆級鈽皆可以用於釷-鈽混合燃料。
人工核嬗變錒系元素的原因
鈽的同位素和其他許多錒系元素的半衰期比較長，一般都在幾千年以上。而放射性衰變產物除長壽命裂變產物外，一般半衰期比較短。比如最長壽的中等壽命裂變產物釤-151半衰期為90年。因此從處理核廢料的角度講，人工核嬗變能消除長壽裂變產物，把它們轉換成低放射性和短壽或穩定同位素，可以大大縮短處理周期。
