Ядерная химия, устанавливает взаимосвязь
между физ.-хим. и ядерными свойствами вещества. Иногда ядерную химию неправильно отождествляют
с радиохимией.
Можно выделить след. основные направления
ядерной химии: исследование ядерных реакций и хим. последствий ядерных превращений;
химия "новых атомов"; эффект Мёссбауэра; поиск новых элементов и радионуклидов,
новых видов радиоактивного распада. Для решения этих задач в ядерной химии используют
радиохим. методы, ионизационные и, в последнее время, масс-спектрометрические,
а также применяют толстослойные фотоэмульсии (см. Эмульсий).
Важнейшая задача ядерной химии выделение и идентификация
радиохим. методами продуктов ядерных реакций. Особую роль эти методы играют
при исследовании ядерных реакций. в которых образуется сложная смесь нуклидов
разл. элементов. Для их выделения применяют радиохим. варианты методов
осаждения, экстракции, ионообменной хроматографии. электролиза и дистилляции
(см. Изотопов разделение). Идентифицируют нуклиды по характеру излучения,
измерением энергии и периода полураспада (см. Активационный анализ)или методом масс-спектрометрии. Для этой цели используют многоканальные
и спектрометры,
разл. типы счетчиков. Изучение механизма ядерных превращений позволило
понять процессы, протекающие в космосе, происхождение и распространение
хим. элементов, объяснить аномалии в изотопном составе разл. природных
объектов, получить радиоактивные изотопы почти всех хим. элементов и синтезировать
новые элементы периодич. системы, в т. ч. актиноиды и трансактиноиды. Для
определения периода полураспада короткоживущих нуклидов (Т1/2
< 1 мин) используют спец. технику измерения времени жизни нуклида
от момента его образования до распада непосредственно на детекторе.
К числу проблем ядерной химии относится исследование
химии горячих атомов, возникающих при разл. ядерных превращениях.
Горячие атомы в результате радиоактивного распада имеют избыточную (по
сравнению с обычными атомами среды) кинетич. энергию, формально соответствующую
т-рам 104-107 К и превышающую энергию активации многих
хим. реакций. При столкновениях с атомами и молекулами среды горячие атомы
способны стабилизироваться в соединениях, отличных от исходных (эффект
Сциларда - Чалмерса; 1934). Этот эффект и используют в ядерной химии для исследования
механизма реакций горячих атомов со средой, синтеза меченых соединений.
разделения
изотопов и др.
Методами ядерной химии с использованием "новых
атомов", и прежде всего позитрония (Ps) и мюония (Мu), изучают превращения
атомов в разл. хим. системах (см. Мезонная химия). Атомы Ps и Мu
водородоподобны, но крайне неустойчивы. Составляющие Ps электрон и позитрон
аннигилируют за время 10-7-10-9 с, с испусканием
двух или трех квантов.
Ядро мюония - -мюон
распадается за 10-6 с на позитрон и два нейтрона.
Время жизни и механизм гибели Ps, а также
остаточная поляризация-мюона
в момент его распада сильно зависят от состава и хим. свойств вещества и существенно
различаются в металлах. сплавах. полупроводниках и диэлектриках. Ps и Мu
применяют для изучения распределения электронной плотности. структурных
особенностей молекул, механизма и кинетики быстрых и сверхбыстрых физ.-хим.
процессов, фазовых переходов. диффузии в газах и конденсир. средах.
Для исследования строения электронных
оболочек атомов и молекул используют резонансное испускание и поглощение
квантов атомными ядрами в твердых телах без потери части энергии на отдачу
ядра (см. Мёссбауэровская спектроскопия). Измеряя интенсивность
прошедшего через поглотитель излучения
в зависимости от скорости перемещения источника излучения (или поглощения),
получают мёссбауэровский спектр, характеристиками которого являются положение
линий, их число, относит. интенсивность, форма и площадь. Зависимость вероятности
эффекта Мёссбауэра от температуры и давления используют для установления координационных чисел, наблюдения фазовых переходов. определения дефектов в кристаллических решетках, возникающих вследствие радиац. повреждений, легирования, мех.
воздействий. По величинам площадей спектральных линий определяют концентрации
исследуемых атомов в образце при фиксированной температуре в аналит. химии и при
фазовом анализе веществ в геохимии. По величине хим. сдвига резонансных линий
в спектрах устанавливают степень окисления элемента в данном соед., конфигурацию
валентных электронных оболочек, степень ковалентности хим. связей.
Создание мёссбауэровской спектроскопии
- одно из важнейших достижений ядерной химии, поскольку открывает широкие методич.
возможности для структурной и радиационной химии, хим. кинетики, химии
поверхностных явлений, геохимии и аналит. химии.
Методы ядерной химии с успехом использовались
для открытия новых видов распада ядер легких и тяжелых элементов -двухпротонной
радиоактивности и распада с испусканием нуклонных кластеров (ядер 14С
и 24Ne).
Зарождение ядерной химии связано с открытием радиоактивности
урана (А. Беккерель, 1896), Th и продуктов его распада - новых, радиоактивных
элементов Ро и Ra (М. Склодовская-Кюри и П. Кюри, 1898). Дальнейшее развитие ядерной химии было определено открытием искусственного ядерного превращения (Э. Резерфорд,
1919), изомерии атомных ядер естеств. радионуклидов (О. Ган, 1921) и изомерии
искусств. атомных ядер (И. В. Курчатов и др., 1935), деления ядер U под
действием нейтронов (О. Ган, Ф. Штрасман, 1938), спонтанного деления U
(Г. Н. Флёров и К. А. Петржак, 1940). Создание ядерных реакторов (Э. Ферми,
1942) и ускорителей частиц (Дж. Кокрофт и Э. Уолтон, 1932) открыло возможность
изучения процессов, происходящих при взаимод. частиц высокой энергии со
сложными ядрами, позволило синтезировать искусств. радионуклиды и новые
элементы.
Лит.: Ядерная химия, под ред. В.
И. Гольданского, А. К. Лаврухиной, М., 1965; Фридлендер Г., Кеннеди Дж.,
Миллер Дж., Ядерная химия и радиохимия, пер. с англ., М., 1967; Чоппин
Г., Ридберг Я., Ядерная химия. Основы теории и применения, пер. с англ.,
М., 1984.