Chemia bez granic

Akcelerator cząstek

Akcelerator cząstek jest urządzeniem wykorzystującym pole elektromagnetyczne do rozpędzania naładowanych cząstek do dużych prędkości w ściśle określonych wiązkach.

Akcelerator cząstek to urządzenie wykorzystujące pola elektromagnetyczne do rozpędzania naładowanych cząstek do dużych prędkości i zatrzymywania ich w dobrze zdefiniowanych wiązkach. Podczas gdy obecne akceleratory cząstek koncentrują się na rozbijaniu cząstek subatomowych, wczesne akceleratory cząstek rozbijały całe atomy, wywołując fuzję jądrową, a tym samym transmutację jądrową.

Transmutacja jądrowa to przemiana jednego pierwiastka chemicznego lub izotopu w inny. Innymi słowy, atomy jednego pierwiastka mogą być zmienione w atomy innego pierwiastka poprzez transmutację. Dzieje się to albo poprzez reakcje jądrowe, w których cząstka zewnętrzna reaguje z jądrem, co może być dostarczone przez akcelerator cząstek, albo poprzez rozpad radioaktywny, gdzie nie jest potrzebna żadna cząstka zewnętrzna.

Historia transmutacji jądrowej

Termin transmutacja wywodzi się z alchemii. Alchemicy poszukiwali kamienia filozoficznego, zdolnego do przemiany metali nieszlachetnych w złoto. Niemożliwość metalicznej transmutacji była dyskutowana wśród alchemików, filozofów i naukowców od czasów średniowiecza. W XVIII wieku Antoine Lavoisier zastąpił alchemiczną teorię pierwiastków nowoczesną teorią pierwiastków chemicznych, a później John Dalton dalej rozwijał pojęcie atomów, aby wyjaśnić różne procesy chemiczne. Rozpad atomów jest odrębnym procesem, w który zaangażowane są znacznie większe energie niż te, które mogliby osiągnąć alchemicy.

Transmutacja jądrowa została po raz pierwszy świadomie zastosowana we współczesnej fizyce przez Fredericka Soddy’ego, gdy wraz z Ernestem Rutherfordem odkrył w 1901 roku, że radioaktywny tor przekształca się w rad. W chwili uświadomienia sobie tego faktu, wspominał później Soddy, wykrzyknął: „Rutherford, to jest transmutacja!”. Rutherford odparł: „Na litość boską, Soddy, nie nazywaj tego transmutacją. Będą nas mieli za alchemików.”

Akceleratory cząstek

Istnieją dwie podstawowe klasy akceleratorów: akceleratory elektrostatyczne i akceleratory pola oscylacyjnego. Akceleratory elektrostatyczne wykorzystują statyczne pola elektryczne do przyspieszania cząstek. Małoskalowym przykładem tej klasy jest lampa kineskopowa w zwykłym, starym telewizorze. Inne przykłady to generator Cockcrofta-Waltona i generator Van de Graafa. Osiągalna energia kinetyczna cząstek w tych urządzeniach jest ograniczona przez przebicie elektryczne. Z kolei akceleratory z polem oscylującym wykorzystują pola elektromagnetyczne o częstotliwości radiowej, aby ominąć problem awarii. Klasa ta, której rozwój rozpoczął się w latach 20-tych XX wieku, stanowi podstawę wszystkich nowoczesnych koncepcji akceleratorów i obiektów wielkoskalowych. Rolf Widerøe, Gustav Ising, Leó Szilárd, Donald Kerst i Ernest Lawrence są uważani za pionierów w tej dziedzinie, którzy wymyślili i zbudowali pierwszy działający liniowy akcelerator cząstek, betatron i cyklotron.

Ponieważ zderzenia mogą dostarczyć dowodów na strukturę świata subatomowego, akceleratory były powszechnie nazywane w XX wieku rozbijaczami atomów. Pomimo faktu, że większość akceleratorów (z wyjątkiem urządzeń jonowych) faktycznie napędza cząstki subatomowe, termin ten utrzymuje się w powszechnym użyciu w odniesieniu do akceleratorów cząstek w ogóle.

Przewidywanie produktów transmutacji jest jak przewidywanie produktów rozpadu promieniotwórczego. Ważne jest, aby upewnić się, że całkowita masa atomowa i liczby atomowe obu stron równania pozostają równe.

Przewidywanie produktów transmutacji jest jak przewidywanie produktów rozpadu promieniotwórczego.