核嬗变
自然核演变和人工核演变
天然核嬗变 创造了自然界中所有自然化学元素。目前，大家仍然可以观察到自然核演变的发生，如某些核素α衰变和β衰变。例如，空气中的氩-40大部分来自钾-40的衰变。此外，高能宇宙射线不断轰击地球大气层，形成碳-14等新的核素。最后，在某些特殊条件和环境下，自然中子也会引起裂变反应，如加蓬的奥克洛天然核反应堆。 人工核嬗变 可通过粒子加速器、托卡马克和核反应堆实现。人工核演变可以用来降低核废物的放射性和毒性，或者通过将长寿、高放射性的核素转化为短寿、稳定、低放射性的核素来减少其体积。
嬗变 这个词可以追溯到炼金术时代。炼金术士追求能点石成金的贤者之石，用它将贱金属转化为黄金。一些炼金术士认为“点石成金”是一个宗教过程，只有宗教或信仰的意义；但其他人相信他们确实有这样的能力，所以他们进行了各种实验，试图准备黄金。炼金术士、哲学家和科学家对中世纪“点石成金”的可能性存在广泛争议。14世纪初，炼金术在一些欧洲国家被法律禁止，并在公共场合受到嘲笑。 当时著名的古代化学家麦克·梅尔和海因里希·杭拉斯也写了一本小册子，那些声称黄金成功的骗子。到20世纪20年代，没有知名人士从事点石成金的活动。 拉瓦锡用现代化学元素理论取代了炼金术士的元素理论。炼金术原子论道尔顿（Corpuscularianism）在此基础上，现代原子理论得到了进一步的发展，各种化学反应得到了解释。
1901年，索迪和卢瑟福发现放射性的鲶鱼可以自发地转化为镭。索迪后来回忆说，他喊道：“卢瑟福，这是一种进化！”卢瑟福回答说：“索迪，为了上帝，不要叫它进化。他们会把大家当作炼金术士来砍头！”
卢瑟福和索迪观察到了正是这个问题α衰变过程属于自然核演变。1919年，卢瑟福使用放射性元素衰变α粒子轰击氮气，首次通过人工核进化获氧-17：
N 4 2 He → O p
这也是人类第一次观察到核反应。1932年，卢瑟福的同事考克饶夫和沃尔顿完成了第一个完全人工核反应：用人工加速的质子轰击锂-7核，将其分成两个α粒子。 1938年，哈恩和他的助手斯特拉斯曼（Fritz Strassmann ）发现了重核裂变。
1957年，福勒等人在论文中详细阐述了恒星中的核演变理论，可以解释宇宙中重要元素的相对丰度。 根据这一理论，只有氢、氦、锂、铍和硼在大爆炸和一些宇宙射线的作用下产生在元素周期表中。除这五种元素外，其他元素都是由恒星核合成过程产生的。
事实证明，用核进化的方法从铅中制备黄金不仅比炼金术点石成金容易得多，而且比将黄金转化为铅容易得多。 西博格和其他人用加速器制造黄金。 但这种反应得不偿失，不可能有任何商业应用的前景。
Pb（半衰期 3.253小时）→ Bi（半衰期 4.6x10 年，稳定同位素)
Bi( C,X)Au
Bi( Ne,X)Au
如果你想把黄金变成铅，你需要把黄金放在反应堆里，通过长时间的中子捕获和捕获β只有衰变，才能得到铅。
Au n→ Au (半衰期2.7天) → Hg n → Hg n → Hg n → Hg n → Hg n → Hg (半衰期47天) → Tl n → Tl (半衰期3.8年) → Pb(半衰期 1.4x10 年)
核进化在宇宙中
人们普遍认为，宇宙中的氢、锶和氦都起源于大爆炸。氢和氦加起来，占宇宙中所有正常物质的98%。大爆炸后的太初核合成也产生了一小部分锂、铍和硼。后来在自然核反应宇宙射线散裂中产生了大部分观察到的锂、铍和硼。在大爆炸后的恒星核合成中形成元素周期表中从碳到铂的稳定核素。从碳到铁的较轻元素由渐近巨星分支中的恒星合成并释放到宇宙空间。在这个阶段，恒星将膨胀成红巨星，并以恒星风的形式失去大量的物质和灰尘，包括从碳到镍和铁。原子量大于64的元素在超新星中合成释放，大部分是由中子捕获的轻核产生的。
恒星中的核演变今天还在进行中。例如，当超新星SN_1987A爆发时，其光度曲线证实了大量的放射性镍和铁被抛向宇宙空间，其质量相当于一个地球。自然核在地球上的演变并没有停止。例如，宇宙射线不断轰击大气层，制造碳-14。此外，自然界中的放射性矿物也在不断地衰变，如铀和鲶鱼。它们产生的一些衰变产物可以继续衰变，如镭、氡和硫。(见衰变链)
人工核进化的核废料
概述
从理论上讲，一些高放射性、长寿的超铀元素（系统元素）可以通过人工核演变转化为短寿、稳定或低放射性的核素，如铌、氯和铜。这将有助于核废料的处理和再处理。在反应堆中使用快中子辐照后，这些元素可以裂变，产生原子量较小的裂变产物。这些产品要么是放射性的，要么是稳定的核素。通过演变，可以减少元素和放射性。
常用的方法是在反应堆中用中子轰击含有元素的陶瓷靶子。靶子可以是一种含有元素的固体溶液，如(Am,Zr)N, (Am,Y)N, (Zr,Cm)O 2 , (Zr,Cm,Am)O 2 , (Zr,Am,Y)O 2 ，也可以是其氧化物和氮化物(如Amo) 2 , NpO 2 , NpN, AmN）同惰性介质(如MGO， MgAl 2 O 4 , (Zr,Y)O 2 , TiN和ZrN）烧结而成。惰性介质的主要作用是增强样品的结构强度，否则靶子可能会在中子的轰击下迅速粉碎。惰性介质的主要作用是增强样品的结构强度，否则靶子可能会在中子的轰击下迅速粉碎。
反应堆类型
可制成金属氧化物核燃料，直接在热中子反应堆中演变。更重的元素必须使用快中子堆或亚临界反应堆。原则上，核聚变反应堆也可用于演变。
燃料类型
在其初始燃料燃料循环中，有几种核燃料可用于商业发电。这个过程一举两得:不仅产生电力，还消耗来自疲劳燃料再处理过程的武器级和锑。主要用于轻水堆的金属氧化物燃料中含有铀和铀的氧化物，可替代低浓缩铀。燃烧后可以消耗这种燃料中的ー。但由于它含有铀-238，被中子捕获后会产生次生铀。
它还可以与ー混合燃料制成。在这种燃料中，释放出来的中子被232和2332吸收，变成了233。后者经过两次β铀-233变成裂变材料。是一种很好的增殖材料，其中子捕获截面是铀-238大三倍，因此转化率高。在这种燃料中，锑的燃烧深度也大于金属氧化物核燃料。因为它不含铀，所以不会产生次生的铀。所有的武器级和反应堆级都可以用于混合燃料。
人工核进化系元素的原因
同位素和许多其他元素的半衰期相对较长，通常超过几千年。除长寿命裂变产物外，放射性衰变产物的半衰期一般较短。例如，最长寿命的中寿命裂变产物的半衰期为90年。因此，从核废物处理的角度来看，人工核演变可以消除长寿裂变产物，并将其转化为低放射性、短寿命或稳定同位素，可以大大缩短处理周期。
放射性核素的风险不仅在于它的放射性。有些核素有毒，有些核素有其他生理活性。例如，在生物体中，锶可以在1-4个月后排出一半，但锶和镭很难排出体外。因此，在相同的放射性剂量下，锶和镭的摄入远远大于∞。
许多元素具有很强的放射毒性。它们大多是α辐射源，很难排出体外。核演变的目的是将这些元素转化为短寿裂变产物。在这些产物中，能在生物体中积累的核素危害最大，如碘-131，能在甲状腺中积累。这给人工核进化系元素的假设带来了一些困难。然而，人们希望通过合理设计核燃料和进化反应堆，将这些威胁较大的核素与环境和生物隔离开来。锶-90和锶-137在中等寿命裂变产物中具有很大的威胁。它们的半衰期大约是30年。能量的移动能量非常强。工厂工人吸收的大部分外源燃料再处理工作γ辐射剂量 都来自于铯-137 ；2005年，在切尔诺贝利核电站原址工作的工人被吸收γ大部分的射线剂量也来自δ-137。
长寿命裂变产品
在实验中，有人将半衰期一年以上的裂变产物转化为短寿裂变产物，结果参差不齐。 锶-90和锶-137不容易通过演变来消除，因为它们的中子捕获截面相对较小。安全的处理方法是将其储存起来，直到它们大部分衰变。当锶-90和锶-137衰变趋于完全时，大多数短寿命裂变产物已经消失。
钡-151的半衰期为90年。它的中子捕获截面相对较大，因此它会在反应堆中演变成其他核素。但是，如果你想完全演变疲劳燃料中的钡-151，你必须分离其他同位素。由于其产量仅为0.5%，放射性较低，因此在储存过程中允许其衰变是更经济的处理方法。
锝-99在七种长寿裂变产品中产量较高，约为6%。它释放低到中等能量的电子，没有γ辐射。因此，只要不摄入体内，就不会对生物造成太大的风险。但是锝可以氧化成高锝酸盐（TcO 4 ），溶解度好，广泛应用于核医学。 锝-99在环境中具有很大的迁移性。由于人类活动，已有数以吨计的锝-99进入了环境。 碘-129半衰期是七种长寿裂变产品中最长的：1570万年。它的放射性也很弱。起初，缺乏燃料中的锆-93释放的能量仅为锝-99的1%。但由于碘是许多生物必需的微量元素之一，放射性碘对生物构成了重大的核威胁。这两种核素的中子捕获截面足够大，可以通过演变去除。许多进化研究都是锝-99、碘-129和超铀元素是主要的进化目标，而其他裂变产品、激活产品甚至再处理铀都被视为废物。
硒-79在其他五种长寿裂变产品中产量很低，辐射也很弱。硒-79释放的能量是锝-99的0.2%。锡-126衰变能量大，是七种长寿裂变产物中唯一能释放高能量的产物γ射线的核素。但是这种核素产量很低。如果反应堆以铀-235为燃料，每单位时间锡-126释放的能量为锝-99的5%；如果反应堆以铀-235(65%)和铀-239(35%)为燃料，锡-126在每个单位时间释放的能量为锝-99的20%。锡化学性质惰性，不易在环境中迁移，对人体健康影响不大。钯-107半衰期长，产量约1%。钯-107的产量高于铀-235。它的放射性很弱。一开始，缺乏燃料中的锆-93释放的能量只有锝-99的万分之一。钯属贵金属，化学性质不活泼，对人体健康影响不大。锆-93的产量约为6%，其衰变比锝-99慢7.5倍，衰变仅为锝-99的30%。所以一开始缺乏燃料中的锆-93释放的能量只有锝-99的4%。但随着时间的推移，它的能量贡献会增加。锆-93产生极弱γ在环境中，辐射也相对惰性。氙-135的前体氙-135产量约为6%，但吸收热中子的能力很强。因此，大多数氙-135演变为稳定同位素氙-136，只有少数氙-135。假设90%氙-135发生演变，一开始，燃料中的锑-135释放的能量只有锝-99的1%。δ-135具有挥发性，可通过高温挥发分离。
参见
中子活化
核电站
参考文献
