3. Методы получения радионуклидов.

Взаимодействие атомного ядра с элементарной частицей или с другим ядром элемента, в результате которого это ядро превращается в ядро другого элемента, называется ядерной реакцией. Ядерные реакции позволяют получить из одних химических элементов другие элементы путём воздействия на ядро атома. Эффективным средством такого воздействия оказалось бомбардировка ядер частицами высоких энергий. Впервые ядерную реакцию осуществил Резерфорд в 1919 году. При бомбардировке ядер азота α-частицами, образующимися при распаде радия, происходило превращение ядер азота в ядра изотопа кислорода с выбрасыванием протонов: .

Краткая запись реакции: .

Основным правилом при составлении уравнения ядерной реакции является равенство в обеих его частях суммы верхних (массовых чисел) и нижних (атомных номеров) индексов. Это является выражением законов сохранения массы и зарядов частиц, участвующих в реакциях.

Сокращённая запись состоит из четырёх символов: исходное ядро (ядро-мишень), в скобках бомбардирующая частица и другая образующаяся частица (или частицы), за скобками ставится символ ядра – продукта реакции (атомный номер элемента обычно не ставится).

Первоначально в качестве бомбардирующих частиц использовались α-частицы радиоактивного излучения. В 1932 году английским физиком Д. Чедвиком был открыт нейтрон. Нейтрон – стабильная, нейтральная частица, однако в свободном состоянии он долго не существует. При столкновении с ядром какого-либо элемента нейтрон поглощается им и вызывает ядерную реакцию. Например: или .

Ядерные реакции под действием нейтронов имеют наибольшую вероятность. Не имея электрического заряда, нейтроны свободно пролетают электрические оболочки атомов и, соударяясь с ядрами, чаще вызывают ядерные реакции.

В дальнейшем стали использовать и другие заряженные частицы, предварительно сообщая им большую скорость (кинетическую энергию) в специальных ускорителях, например, в циклотронах.

Все ядерные реакции сопровождаются испусканием тех или иных элементарных частиц (в том числе и γ-фотонов). Продукты многих ядерных реакций являются радиоактивными, их называют искусственными радиоактивными изотопами (радионуклидами). Явление искусственной радиоактивности было открыто в 1934 году известными физиками Фредериком и Ирен Жолио-Кюри.

Примером получения радиоактивных изотопов (радионуклидов) может служить реакция захвата нейтронов фосфором . При этом захвате излучается γ-фотон и образуется радиоактивный изотоп фосфора: .

Распад ядра полученного изотопа сопровождается испусканием β^-частицы (одновременно с ней испускается антинейтрино) и образованием стабильного изотопа серы:

.

Как и естественным радиоактивным элементам, искусственным изотопам свойственны α-, β- и γ-распады.

Радиоактивные изотопы в небольших количествах получаются в ускорителях (например, циклотронах) с помощью дейтронов (ядер тяжёлого водорода).

В промышленном масштабе искусственные радиоактивные изотопы получаются путём облучения (главным образом нейтронного) соответствующих химических элементов в ядерном реакторе.

Кроме облучения нейтронами, радиоактивные изотопы получаются в реакторах путём выделения их из продуктов деления ядер урана. Таким образом получается, например, широко применяемый в медицине радиоактивный йод .

В настоящее время получено по несколько радиоактивных изотопов для каждого химического элемента, их общее число превышает 1500. Многие из них широко применяются в качестве меченых атомов в различных отраслях человеческой деятельности, в том числе и в медицине.