Chimie fără limite

Accelerator de particule

Un accelerator de particule este un dispozitiv care utilizează câmpuri electromagnetice pentru a propulsa particule încărcate la viteze mari în cadrul unor fascicule bine definite.

Un accelerator de particule este un dispozitiv care utilizează câmpuri electromagnetice pentru a propulsa particule încărcate la viteze mari și pentru a le conține în fascicule bine definite. În timp ce acceleratoarele de particule actuale se concentrează pe zdrobirea particulelor subatomice între ele, primele acceleratoare de particule ar fi zdrobit atomi întregi, inducând fuziunea nucleară și, prin urmare, transmutația nucleară.

Transmutația nucleară este conversia unui element chimic sau izotop în altul. Cu alte cuvinte, atomii unui element pot fi transformați în atomi ai altui element prin transmutare. Aceasta are loc fie prin reacții nucleare în care o particulă exterioară reacționează cu un nucleu, care poate fi furnizat de un accelerator de particule, fie prin dezintegrare radioactivă, unde nu este nevoie de nicio particulă exterioară.

Istoria transmutației nucleare

Termenul transmutație datează încă din alchimie. Alchimiștii urmăreau piatra filozofală, capabilă să transforme metalele de bază în aur. Imposibilitatea transmutației metalice a fost dezbătută între alchimiști, filosofi și oameni de știință încă din Evul Mediu. În secolul al XVIII-lea, Antoine Lavoisier a înlocuit teoria alchimică a elementelor cu teoria modernă a elementelor chimice, iar mai târziu John Dalton a dezvoltat în continuare noțiunea de atomi pentru a explica diverse procese chimice. Dezintegrarea atomilor este un proces distinct care implică energii mult mai mari decât cele pe care le puteau obține alchimiștii.

Transmutația nucleară a fost aplicată pentru prima dată în mod conștient în fizica modernă de către Frederick Soddy când, împreună cu Ernest Rutherford, a descoperit că thoriul radioactiv se transforma singur în radiu în 1901. În momentul în care și-a dat seama, și-a amintit mai târziu Soddy, a strigat: „Rutherford, aceasta este transmutație!” Rutherford a ripostat: „Pentru numele lui Dumnezeu, Soddy, nu-i spune transmutare. Ne vor tăia capetele ca pe niște alchimiști.”

Acceleratoare de particule

Există două clase de bază de acceleratoare: acceleratoarele electrostatice și cele cu câmpuri oscilante. Acceleratoarele electrostatice folosesc câmpuri electrice statice pentru a accelera particulele. Un exemplu la scară mică al acestei clase este tubul catodic dintr-un televizor obișnuit și vechi. Alte exemple sunt generatorul Cockcroft-Walton și generatorul Van de Graaf. Energia cinetică pe care o pot obține particulele în aceste dispozitive este limitată de defecțiunea electrică. Pe de altă parte, acceleratoarele cu câmp oscilant utilizează câmpuri electromagnetice de frecvență radio pentru a evita problema defecțiunilor. Această clasă, a cărei dezvoltare a început în anii 1920, stă la baza tuturor conceptelor moderne de acceleratoare și a instalațiilor de mari dimensiuni. Rolf Widerøe, Gustav Ising, Leó Szilárd, Donald Kerst și Ernest Lawrence sunt considerați pionieri în acest domeniu, concepând și construind primul accelerator de particule liniar operațional, betatronul și ciclotronul.

Din moment ce acceleratoarele de coliziuni pot oferi dovezi cu privire la structura lumii subatomice, în secolul al XX-lea, acceleratoarele au fost denumite în mod obișnuit „spărgătoare de atomi”. În ciuda faptului că majoritatea acceleratoarelor (cu excepția instalațiilor ionice) propulsează de fapt particule subatomice, termenul persistă în uzul popular atunci când se referă la acceleratoarele de particule în general.

Predicerea produselor transmutației este ca și cum ai prezice produsele de dezintegrare radioactivă. Este important să ne asigurăm că masa atomică totală și numerele atomice din ambele părți ale ecuației rămân egale.

.