핵 화학 제품 특성의 변화를 연구하는 학문이다 의 문제 현상은 원자의 핵에서 발생; 그것은 전자가 동일하거나 다른 원소의 다른 원자와 상호 작용하거나 결합하는 방식을 연구하지 않습니다.
이 화학 분야는 핵과 입자의 일부를 추가하거나 잃을 때 방출되는 에너지에 초점을 맞 춥니 다. 핵 종이라고 불리며 화학적 목적을 위해 본질적으로 양성자와 중성자로 구성됩니다.
방사성 클로버. 출처 : Pixabay.
많은 핵 반응은 양성자 및 / 또는 중성자의 수의 변화로 구성되며 결과적으로 한 요소가 다른 요소로 변환됩니다. 납 금속을 금으로 바꾸려고 헛된 시도를 한 연금술사의 고대 꿈.
이것은 아마도 핵반응의 가장 놀라운 특징 일 것입니다. 그러나 이러한 변형은 엄청난 양의 에너지를 방출 할뿐만 아니라 관련 에너지에 따라 주변 물질 (예 : 세포의 DNA)을 침투하고 파괴하는 가속 입자를 방출합니다.
즉, 핵반응에서는 여러 종류의 방사선이 방출되고 원 자나 동위 원소가 방사선을 방출하면 방사성 (라디오 핵화물)이라고합니다. 일부 방사선은 암세포와 싸우거나 방사성 표지를 통해 특정 약물의 약리학 적 효과를 연구하는 데 사용되는 무해하고 양성일 수도 있습니다.
반면에 다른 방사선은 최소한의 접촉에서 파괴적이고 치명적입니다. 불행히도 역사상 최악의 재앙 중 몇 가지는 방사능의 상징 (방사능 클로버, 상단 이미지)을 지니고 있습니다.
핵무기에서 체르노빌 사건과 방사성 폐기물의 불행과 야생 생물에 미치는 영향에 이르기까지 원자력에 의해 촉발되는 많은 재난이 있습니다. 그러나 다른 한편으로 원자력은 다른 에너지 원과 그로 인한 오염 문제로부터의 독립성을 보장 할 것입니다.
그것은 (아마도) 청정 에너지이고, 도시에 영원 토록 전력을 공급할 수 있고, 기술은 지상 한계를 초과 할 것입니다.
이 모든 것을 가장 낮은 인간 (및 행성) 비용으로 달성하기 위해서는 인류와 그 성장을 위해 안전하고 유익한 방식으로 원자력 에너지를 "길들여" "모방"하기위한 과학적, 기술적, 생태적, 정치적 프로그램과 노력이 필요합니다. 정력적.
핵 화학의 역사
새벽
과거에 연금술사와 철학자의 돌을 떠나 (그들의 노력이 화학을 이해하는 데 매우 중요한 결실을 맺었지만) 방사능이라고 알려진 것이 처음 발견되었을 때 핵 화학이 탄생했습니다.
이 모든 것은 뷔르츠부르크 대학의 빌헬름 콘라드 뢴트겐 (1895)이 X 선을 발견하면서 시작되었습니다. 그는 음극선을 연구하고 있었는데, 실험이 수행 된 튜브를 덮고있는 불투명 한 검은 종이를 뚫을 수있는 장치가 꺼진 상태에서도 이상한 형광이 발생하는 것을 발견했습니다.
X 선 발견에 동기를 부여한 Henri Becquerel은 형광 염을 사용하여 연구하기 위해 자신의 실험을 설계했습니다. 형광 염은 햇빛에 의해 흥분되었을 때 검은 종이로 보호 된 사진 판을 어둡게했습니다.
우라늄 염이 사진 판에 떨어 졌던 광원에 관계없이 사진 판을 가리는 것이 우연히 발견되었습니다 (당시 파리의 날씨가 흐려서). 그런 다음 그는 새로운 유형의 방사선, 즉 방사능을 발견했다고 결론지었습니다.
퀴리 배우자의 직업
Becquerel의 작업은 Marie Curie와 Pierre Curie가 방사능 현상 (Marie Curie가 만든 용어)을 탐구하는 데 영감을주는 원천이되었습니다.
따라서 그들은이 특성을 나타내는 다른 광물 (우라늄 외에)을 찾았고, 광물 피치블렌드가 훨씬 더 방사성이므로 다른 방사성 물질이 있어야 함을 발견했습니다. 어떻게? 샘플 주변의 가스 분자 이온화에 의해 생성 된 전류를 비교합니다.
수년간의 고된 추출 작업과 방사능 측정 후 그는 광물 피치블렌드에서 방사성 원소 라듐 (2000kg 샘플에서 100mg)과 폴로늄을 추출했습니다. 또한 Curie는 토륨 원소의 방사능을 측정했습니다.
불행히도 그때까지 그러한 방사선의 해로운 영향이 발견되기 시작했습니다.
방사능 측정은 가이거 계수기 (한스 가이거를 인공물 공동 발명자)의 개발로 촉진되었습니다.
핵 분별
Ernest Rutherford는 각 방사성 동위 원소가 온도와 무관하게 자체 붕괴 시간을 갖고 있으며 핵의 농도와 특성에 따라 달라진다는 것을 관찰했습니다.
또한 이러한 방사성 붕괴는 반감기 (t 1/2 )가 오늘날에도 여전히 매우 유용한 1 차 동역학을 따릅니다 . 따라서 방사능을 방출하는 각 물질 은 초, 일, 수백만 년에 이르는 다양한 t 1/2을 갖습니다 .
위의 모든 것 외에도 그는 매우 얇은 금판에 알파 입자 (헬륨 핵)를 조사한 결과로 원자 모델을 제안했습니다. 알파 입자로 다시 작업하면서 그는 질소 원자를 산소 원자로 변환했습니다. 즉, 그는 한 요소를 다른 요소로 변환 할 수있었습니다.
그렇게함으로써 원자가 나눌 수 없다는 것이 단번에 입증되었으며, 가속 된 입자와 "느린"중성자에 의해 충격을 받았을 때 훨씬 적었다.
연구 분야
실천과 이론
핵 화학 전문가의 일원이되기로 결정한 사람들은 여러 분야의 연구 또는 연구뿐만 아니라 다양한 분야에서 선택할 수 있습니다. 많은 과학 분야와 마찬가지로, 그들은 해당 분야에서 실천 또는 이론 (또는 동시에 둘 다)에 전념 할 수 있습니다.
슈퍼 히어로 영화에서 영화 같은 예를 볼 수 있습니다. 과학자들은 개인이 슈퍼 파워를 획득하도록합니다 (예 : 헐크, 환상적인 포, 스파이더 맨, 닥터 맨해튼).
실제 생활에서 (적어도 표면적으로는) 핵 화학자들은 막대한 핵 저항을 견딜 수있는 새로운 물질을 대신 설계하려고합니다.
기기와 같은 이러한 물질은 파괴 할 수없고 핵 반응을 시작할 때 방출되는 엄청난 온도와 방사선 방출을 격리 할 수있을만큼 특수해야합니다. 특히 핵융합의 경우.
이론적으로 그들은 시뮬레이션을 설계하여 특정 프로젝트의 타당성을 먼저 추정하고 가장 낮은 비용과 부정적인 영향으로 개선하는 방법을 예측할 수 있습니다. 또는 핵의 미스터리를 풀 수있는 수학적 모델.
마찬가지로 그들은 분해하는 데 수십억 년이 걸리고 오염이 심하기 때문에 핵 폐기물을 저장 및 / 또는 처리하는 방법을 연구하고 제안합니다.
일반적인 직업
다음은 핵 화학자가 할 수있는 일반적인 작업의 짧은 목록입니다.
-정부, 산업 또는 학술 실험실에서 직접 연구.
-통계 패키지 및 다변량 분석을 통해 수백 개의 데이터를 처리합니다.
-그들은 대학에서 수업을 가르칩니다.
-일반 대중을 포함하는 다양한 응용 프로그램 또는 항공 우주 장치에 사용하기위한 안전한 방사능 소스를 개발합니다.
-환경에서 방사능을 감지하고 모니터링하는 기술 및 장치를 설계합니다.
-실험실 조건이 방사성 물질 취급에 최적임을 보장합니다. 로봇 팔을 사용하여 조작하기도합니다.
-기술자로서 선량계를 유지하고 방사성 샘플을 수집합니다.
지역
이전 섹션에서는 직장에서 핵 화학자의 임무가 무엇인지 일반적인 용어로 설명했습니다. 이제 핵 반응의 사용 또는 연구가 존재하는 여러 영역에 대해 조금 더 자세히 설명합니다.
방사 화학
방사 화학에서는 방사선 과정 자체가 연구됩니다. 즉, 모든 방사성 동위 원소는 붕괴 시간, 방출되는 방사능 (알파, 베타 또는 감마), 다양한 환경에서의 행동 및 가능한 응용 분야뿐만 아니라 모든 방사성 동위 원소를 심도있게 고려합니다.
이것은 아마도 다른 분야에 비해 오늘날 가장 발전한 핵 화학 분야 일 것입니다. 그는 지능적이고 친근한 방식으로 방사성 동위 원소와 적당한 선량의 방사선을 사용하는 일을 담당했습니다.
원자력 에너지
이 분야에서 핵 화학자들은 다른 전문 분야의 연구자들과 함께 핵분열로 생성 된 핵 에너지를 활용하기 위해 안전하고 제어 가능한 방법을 연구하고 설계합니다. 즉, 분별입니다.
마찬가지로, 에너지를 제공하는 작은 별을 길들이려는 사람들과 같은 핵융합 반응에 대해서도 똑같이 할 것을 제안합니다. 조건이 압도적이며 저항 할 수있는 물리적 물질이 없다는 장애물이 있습니다 (강렬한 열로 인해 녹지 않는 새장에 태양을 둘러싸고 있다고 상상해보십시오).
원자력은 더 많은 무기를 개발하는 데 자선 목적이나 전쟁 목적으로 잘 사용될 수 있습니다.
저장 및 폐기물
핵 폐기물이 나타내는 문제는 매우 심각하고 위협적입니다. 이러한 이유로 그들은이 지역에서 그들이 방출하는 방사선이 그들의 격리 쉘을 관통하지 않는 방식으로 그들을 "감금"하는 전략을 고안하는데 전념하고 있습니다. 지진, 홍수, 고압 및 온도 등을 견딜 수 있어야합니다.
인공 방사능
모든 초우 란 원소는 방사성입니다. 그들은 중성자 또는 기타 가속 입자로 핵을 폭격하는 것을 포함하여 다양한 기술을 사용하여 합성되었습니다.
이를 위해 선형 가속기 또는 사이클로트론 (D 자형)이 사용되었습니다. 내부에서 입자는 빛의 속도 (300,000km / s)에 가까운 속도로 가속 된 다음 목표물과 충돌합니다.
따라서 몇 가지 인공 방사성 요소가 태어 났으며 지구상에서 그것들의 풍부함은 없습니다 (우주 지역에 자연적으로 존재할 수 있음에도 불구하고).
일부 가속기에서 충돌의 힘은 물질의 분해가 발생합니다. 수명이 짧아 감지하기 어려운 파편을 분석함으로써 원자 입자의 개요에 대해 더 많이 알 수있게되었다.
응용
원자력 발전소의 냉각탑. 출처 : Pixabay.
위의 이미지는 원자력 발전소의 특징 인 두 개의 냉각탑을 보여줍니다. 발전소는 도시 전체에 전기를 공급할 수 있습니다. 예를 들어, Homer Simpson이 일하고 Mr. Burns가 소유하고있는 Springfield 공장이 있습니다.
그런 다음 원자력 발전소는 원자로에서 방출 된 에너지를 사용하여 필요한 에너지를 공급합니다. 이것은 핵 화학의 이상적이고 유망한 응용, 즉 무제한 에너지입니다.
기사 전반에 걸쳐 핵 화학의 수많은 응용에 대해 암시 적으로 언급했습니다. 그다지 명확하지는 않지만 일상 생활에 존재하는 다른 응용 프로그램은 다음과 같습니다.
약
수술 용 재료를 살균하는 한 가지 기술은 감마선을 조사하는 것입니다. 이것은 그들이 품고있을 수있는 미생물을 완전히 파괴합니다. 공정은 차갑기 때문에 고온에 민감한 특정 생물학적 물질도 이러한 방사선 량을받을 수 있습니다.
신약의 약리학 적 효과, 분포 및 제거는 방사성 동위 원소 사용을 통해 평가됩니다. 방출 된 방사선 검출기를 사용하면 신체 내 약물 분포에 대한 실제 사진을 볼 수 있습니다.
이 이미지를 사용하면 약물이 특정 조직에 얼마나 오래 작용하는지 확인할 수 있습니다. 제대로 흡수되지 않거나 충분한 시간 이상 실내에 남아있는 경우.
음식 보존
유사하게, 저장된 식품은 적당한 양의 감마선을 조사 할 수 있습니다. 이것은 박테리아를 제거하고 파괴하여 음식을 더 오래 먹을 수 있도록 유지합니다.
예를 들어, 딸기 패키지는이 기술을 사용하여 15 일 보관 후에도 신선하게 보관할 수 있습니다. 방사능은 너무 약해서 딸기 표면을 통과하지 못합니다. 따라서 그들은 오염되지 않으며 "방사성 딸기"가되지도 않습니다.
연기 감지기
연기 감지기 내부에는 수 밀리그램의 아메리슘 ( 241 Am) 만 있습니다. 이 양의 방사성 금속은 지붕 아래에있는 사람들에게 무해한 방사선을 나타냅니다.
241 오전 저에너지 알파 입자 및 감마선 검출기를 탈출 할 수있는 이들의 광선을 방출한다. 알파 입자는 공기 중의 산소와 질소 분자를 이온화합니다. 검출기 내부에서 전압 차이가 이온을 수집하고 명령하여 약간의 전류를 생성합니다.
이온은 다른 전극에서 끝납니다. 연기가 감지기의 내부 챔버로 들어가면 알파 입자를 흡수하고 공기의 이온화가 중단됩니다. 결과적으로 전류가 중지되고 경보가 활성화됩니다.
해충 제거
농업에서는 작물에서 바람직하지 않은 곤충을 죽이기 위해 적당한 방사선이 사용되었습니다. 따라서 오염도가 높은 살충제의 사용을 피합니다. 이것은 토양, 지하수 및 작물 자체에 대한 부정적인 영향을 줄입니다.
데이트
방사성 동위 원소의 도움으로 특정 물체의 나이를 결정할 수 있습니다. 고고학 연구에서 이것은 샘플을 분리하여 해당 시간에 배치 할 수 있기 때문에 매우 중요합니다. 본 출원에 사용되는 방사성 동위 원소는 탄소 -14이다 ( 14 C) 뛰어나게 . t 1/2 은 5700 년이며 샘플은 최대 50,000 년까지 사용 가능합니다.
감쇠의 14 C 등은 특히 생물학적 샘플 골격 화석에 사용 된 248 U 와 같은 다른 방사성 동위 원소 는 1/2 백만년 된 것입니다. 다음의 농도를 측정하여 (248) 는 어스 같은 나이 경우 운석 퇴적물 광물 샘플의 U를 판정 할 수있다.
참고 문헌
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