Yadro almashinuvi

right|thumb| Deyteriy, geliy-3 va muntazam geliy-4 hosil qiluvchi vodoroddan proton-proton zanjiri tasviri.
Yadro transmutatsiyasi - bu bir kimyoviy element yoki izotopning boshqa kimyoviy elementga aylanishi. Yadro almashinuvi atom yadrosidagi protonlar yoki neytronlar soni o'zgargan har qanday jarayonda sodir bo'ladi.

Transmutatsiyaga yadroviy reaktsiyalar (tashqi zarracha yadro bilan reaksiyaga kirishishi) yoki tashqi sababga muhtoj bo'lmagan radioaktiv parchalanish orqali erishish mumkin.

O'tmishda yulduzlar nukleosintezi orqali tabiiy o'zgarishlar ma'lum bo'lgan mavjud koinotdagi og'irroq kimyoviy elementlarning ko'p qismini yaratdi va bugungi kungacha davom etib, koinotdagi eng keng tarqalgan elementlarning, jumladan geliy, kislorod va uglerodning aksariyat qismini yaratdi. Aksariyat yulduzlar vodorod va geliy ishtirokidagi termoyadroviy reaksiyalar orqali transmutatsiyani amalga oshiradilar, kattaroq yulduzlar esa evolyutsiyaning kech davrida og‘irroq elementlarni temirgacha birlashtirishga qodir.

Oltin yoki qo'rg'oshin kabi temirdan og'irroq elementlar o'ta yangi yulduzlarda tabiiy ravishda paydo bo'lishi mumkin bo'lgan elementar o'zgarishlar orqali yaratilgan. Alkimyoning bir maqsadi, ya'ni asosiy moddalarni oltinga aylantirish, hozirda ma'lumki, kimyoviy vositalar bilan mumkin emas, lekin jismoniy vositalar bilan mumkin. Yulduzlar og'irroq elementlarni birlashtira boshlaganda, har bir termoyadroviy reaktsiyadan sezilarli darajada kamroq energiya chiqariladi. Bu energiya sarflaydigan endotermik reaksiya natijasida hosil bo'lgan temirga yetguncha davom etadi. Bunday sharoitda og'irroq element ishlab chiqarilmaydi.

Oltin yoki qo'rg'oshin kabi temirdan og'irroq elementlar o'ta yangi yulduzlarda tabiiy ravishda paydo bo'lishi mumkin bo'lgan elementar o'zgarishlar orqali yaratilgan. Alkimyoning bir maqsadi, ya'ni asosiy moddalarni oltinga aylantirish, hozirda ma'lumki, kimyoviy vositalar bilan mumkin emas, lekin jismoniy vositalar bilan mumkin. Yulduzlar og'irroq elementlarni birlashtira boshlaganda, har bir termoyadroviy reaktsiyadan sezilarli darajada kamroq energiya chiqariladi. Bu energiya sarflaydigan endotermik reaksiya natijasida hosil bo'lgan temirga yetguncha davom etadi. Bunday sharoitda og'irroq element ishlab chiqarilmaydi.

Hozirgi vaqtda kuzatilishi mumkin bo'lgan tabiiy transmutatsiyaning bir turi tabiatda mavjud bo'lgan ba'zi radioaktiv elementlar alfa yoki beta parchalanishi kabi transmutatsiyaga olib keladigan jarayon orqali o'z-o'zidan parchalanganda sodir bo'ladi. Masalan, havodagi argonning ko'p qismini tashkil etuvchi kaliy-40 ning argon-40 ga tabiiy parchalanishi. Shuningdek, Yerda tabiiy yadro reaktsiyalarining turli mexanizmlaridan kelib chiqadigan tabiiy o'zgarishlar elementlarning kosmik nurlar bilan bombardimon qilinishi (masalan, uglerod-14 hosil qilish uchun), shuningdek, vaqti-vaqti bilan tabiiy neytron bombardimonlari (masalan, tabiiy yadroviy bo'linish reaktoriga qarang) tufayli sodir bo'ladi. ).

 Tarixi 

 Alkimyo 
Transmutatsiya atamasi alkimyoga borib taqaladi. Alkimyogarlar xrizopeyaga qodir bo'lgan faylasuf toshini – asosiy metallarni oltinga aylantirishga intilishdi. Alkimyogarlar xrizopeyani ko'pincha mistik yoki diniy jarayonning metaforasi sifatida tushunishgan bo'lsa-da, ba'zi amaliyotchilar so'zma-so'z talqinni qabul qildilar va fizik tajriba orqali oltin yasashga harakat qilishdi. Metall almashinuvining mumkin emasligi o'rta asrlardan beri alkimyogarlar, faylasuflar va olimlar o'rtasida muhokama qilingan. XIV asrdan boshlab psevdo-alkimyoviy transmutatsiya John Hines, II, R. F. Yeager. John Gower, Trilingual Poet: Language, Translation, and Tradition. Boydell & Brewer. 2010. p.170 taqiqlangan va omma oldida masxara qilingan. Maykl Mayer va Geynrix Xunrat kabi kimyogarlar oltin ishlab chiqarish bo'yicha soxta da'volarni fosh qiluvchi traktatlar yozdilar. 1720-yillarga kelib, moddalarni oltinga fizikaviy o'tkazishni ta'qib qiluvchi hurmatli shaxslar yo'q edi.Lawrence Principe. New Narratives in Eighteenth-Century Chemistry. Springer. 2007. p.8

Antuan Lavuazye 18-asrda elementlarning alkimyoviy nazariyasini kimyoviy elementlarning zamonaviy nazariyasi bilan almashtirdi va Jon Dalton turli kimyoviy jarayonlarni tushuntirish uchun atomlar (korpuskulalarning alkimyoviy nazariyasidan) tushunchasini yanada rivojlantirdi. Atomlarning parchalanishi o'ziga xos jarayon bo'lib, alkimyogarlar erisha oladigan energiyadan ancha katta energiyani o'z ichiga oladi.

 Zamonaviy fizika 
Uni birinchi marta zamonaviy fizikaga ongli ravishda Frederik Soddi 1901 yilda Ernest Ruterford bilan birgalikda radioaktiv toriyning o'zini radiyga aylantirayotganini aniqlaganida qo'llagan. Soddi keyinroq eslashini esladi, u baqirdi: "Ruterford, bu transmutatsiya!" Ruterford javob qaytardi: “Masih uchun, Soddi, buni transmutatsiya demang. Ular bizning boshimizni alkimyogar sifatida echib tashlashadi." Muriel Howorth, Pioneer Research on the Atom: The Life Story of Frederick Soddy, New World, London 1958, pp 83-84; Lawrence Badash, Radium, Radioactivity and the Popularity of Scientific Discovery, Proceedings of the American Philosophical Society 122,1978: 145-54; Thaddeus J. Trenn, The Self-Splitting Atom: The History of the Rutherford-Soddy Collaboration, Taylor & Francis, London, 1977, pp 42, 58-60, 111-17.

Rezerford va Soddi alfa-parchalanish tipidagi radioaktiv parchalanishning bir qismi sifatida tabiiy transmutatsiyani kuzatdilar. Birinchi sun'iy transmutatsiya 1925 yilda Ruterford qo'l ostida ishlagan tadqiqotchi Patrik Bleket tomonidan azot 14N + a → 17O + p ga yo'naltirilgan alfa zarralari yordamida azotni kislorodga aylantirish bilan amalga oshirildi. Ruterford 1919 yilda alfa bombardimon qilish tajribalarida proton (uni vodorod atomi deb atagan) chiqarilganligini ko'rsatdi, ammo qoldiq yadro haqida hech qanday ma'lumotga ega emas edi. Blekketning 1921-1924 yillardagi tajribalari sun'iy yadro almashinuvi reaktsiyasining birinchi eksperimental dalillarini taqdim etdi. Blekett asosiy integratsiya jarayonini va qoldiq yadroning kimligini to'g'ri aniqladi. 1932 yilda Rezerfordning hamkasblari Jon Kokkroft va Ernest Uolton yadroni ikkita alfa zarrachaga bo'lish uchun litiy-7 ga qarshi sun'iy tezlashtirilgan protonlardan foydalangan holda to'liq sun'iy yadro reaktsiyasi va yadro o'zgarishiga erishdilar. Bu jasorat 1938 yilda Otto Xan, Liz Meytner va ularning yordamchisi Frits Strasman tomonidan og'ir elementlarda kashf etilgan zamonaviy yadro bo'linish reaktsiyasi bo'lmasa-da, xalq orasida "atomning bo'linishi" nomi bilan mashhur edi. 1941 yilda Rubby Sherr, Kennet Beynbrijj va Gerbert Lourens Anderson simobning oltinga yadroviy aylanishi haqida xabar berishdi.