Искусственное вызывание радиоактивности: открытие и применение.

Введение

Процесс превращения стабильных элементов в радиоактивные

Индуцированная радиоактивность, также называемая искусственной радиоактивностью или радиоактивностью, созданной человеком, – это процесс использования излучения для превращения ранее стабильного материала в радиоактивный. Ирен Жолио-Кюри и Фредерик Жолио-Кюри открыли индуцированную радиоактивность в 1934 году и разделили Нобелевскую премию по химии за это открытие в 1935 году. Ирен Кюри начала свои исследования вместе с родителями, Мари Кюри и Пьером Кюри, изучая естественную радиоактивность, обнаруженную в радиоактивных изотопах. Ирен отделилась от семьи Кюри, чтобы изучить превращение стабильных изотопов в радиоактивные путем бомбардировки стабильного материала альфа-частицами (обозначаемыми α). Жолио-Кюри показали, что когда легкие элементы, такие как бор и алюминий, подвергаются бомбардировке α-частицами, они продолжают испускать излучение даже после удаления α-источника. Они показали, что это излучение состоит из частиц, несущих один положительный заряд и имеющих массу, равную массе электрона, теперь известных как позитроны. Нейтронная активация является основной формой индуцированной радиоактивности. Она возникает, когда атомное ядро захватывает один или несколько свободных нейтронов. Этот новый, более тяжелый изотоп может быть либо стабильным, либо нестабильным (радиоактивным), в зависимости от химического элемента. Поскольку нейтроны распадаются в течение нескольких минут вне атомного ядра, свободные нейтроны можно получить только из ядерного распада, ядерной реакции и высокоэнергетических взаимодействий, таких как космическое излучение или излучение ускорителей частиц. Нейтроны, замедленные с помощью нейтронного замедлителя (тепловые нейтроны), с большей вероятностью захватываются ядрами, чем быстрые нейтроны. Менее распространенная форма индуцированной радиоактивности возникает при удалении нейтрона посредством фотораспада. В этой реакции высокоэнергетический фотон (гамма-луч) сталкивается с ядром с энергией, превышающей энергию связи ядра, что приводит к высвобождению нейтрона. Эта реакция имеет минимальный порог в 2 МэВ (для дейтерия) и около 10 МэВ для большинства тяжелых ядер. Многие радионуклиды не производят гамма-лучей с достаточной энергией для инициирования этой реакции. Изотопы, используемые для облучения пищевых продуктов (кобальт-60, цезий-137), имеют энергетические пики ниже этого порога и, следовательно, не могут вызывать радиоактивность в пище. Условия внутри определенных типов ядерных реакторов с высоким нейтронным потоком могут вызывать радиоактивность. Компоненты этих реакторов могут стать сильно радиоактивными из-за воздействия на них излучения. Индуцированная радиоактивность увеличивает количество ядерных отходов, которые в конечном итоге необходимо утилизировать, но она не считается радиоактивным загрязнением, если оно не является неконтролируемым. Последующие исследования, первоначально проведенные Ирен и Фредериком Жолио-Кюри, привели к современным методам лечения различных видов рака.

Induced radioactivity, also called artificial radioactivity or man made radioactivity, is the process of using radiation to make a previously stable material radioactive. The husband and wife team of Irène Joliot Curie and Frédéric Joliot Curie discovered induced radioactivity in 1934, and they shared the 1935 Nobel Prize in Chemistry for this discovery. Irène Curie began her research with her parents, Marie Curie and Pierre Curie, studying the natural radioactivity found in radioactive isotopes. Irene branched off from the Curies to study turning stable isotopes into radioactive isotopes by bombarding the stable material with alpha particles (denoted α). The Joliot Curies showed that when lighter elements, such as boron and aluminium, were bombarded with α particles, the lighter elements continued to emit radiation even after the α−source was removed. They showed that this radiation consisted of particles carrying one unit positive charge with mass equal to that of an electron, now known as a positron. Neutron activation is the main form of induced radioactivity. It occurs when an atomic nucleus captures one or more free neutrons. This new, heavier isotope may be either stable or unstable (radioactive), depending on the chemical element involved. Because neutrons disintegrate within minutes outside of an atomic nucleus, free neutrons can be obtained only from nuclear decay, nuclear reaction, and high energy interaction, such as cosmic radiation or particle accelerator emissions. Neutrons that have been slowed through a neutron moderator (thermal neutrons) are more likely to be captured by nuclei than fast neutrons. A less common form of induced radioactivity results from removing a neutron by photodisintegration. In this reaction, a high energy photon (a gamma ray) strikes a nucleus with an energy greater than the binding energy of the nucleus, which releases a neutron. This reaction has a minimum cutoff of 2 MeV (for deuterium) and around 10 MeV for most heavy nuclei. Many radionuclides do not produce gamma rays with energy high enough to induce this reaction. The isotopes used in food irradiation (cobalt 60, caesium 137) both have energy peaks below this cutoff and thus cannot induce radioactivity in the food. The conditions inside certain types of nuclear reactors with high neutron flux can induce radioactivity. The components in those reactors may become highly radioactive from the radiation to which they are exposed. Induced radioactivity increases the amount of nuclear waste that must eventually be disposed, but it is not referred to as radioactive contamination unless it is uncontrolled. Further research originally done by Irene and Frederic Joliot Curie has led to modern techniques to treat various types of cancers.

Работы Стефании Марчанеану

После Первой мировой войны, при поддержке Константина Кирицеску, Стефания Марачиняну получила стипендию, которая позволила ей поехать в Париж для продолжения обучения. В 1919 году она посещала курс по радиоактивности в Сорбонне под руководством Марии Кюри. После этого она проводила исследования с Кюри в Институте радия до 1926 года и получила степень доктора философии. В институте Марачиняну исследовала период полураспада полония и разработала методы измерения альфа-распада. Эта работа привела её к убеждению, что радиоактивные изотопы могут образовываться из атомов в результате воздействия альфа-лучей полония – наблюдение, которое впоследствии привело к присуждению Нобелевской премии супругам Жолио-Кюри в 1935 году. В 1935 году Фредерик и Ирен Жолио-Кюри (дочь ученых Пьера и Марии Кюри) получили Нобелевскую премию за открытие искусственной радиоактивности, хотя все данные свидетельствуют о том, что Марачиняну сделала это открытие первой. Более того, Стефания Марачиняну выразила своё недовольство тем, что Ирен Жолио-Кюри использовала значительную часть её работ и наблюдений, касающихся искусственной радиоактивности, без какого-либо упоминания об этом. Марачиняну публично заявляла, что обнаружила искусственную радиоактивность в ходе своих исследований в Париже, что подтверждается её докторской диссертацией, представленной более чем за 10 лет до этого. В книге «Отданность науке: женщины-пионеры радиоактивности» упоминается, что «Марачиняну написала Лизе Майтнер в 1936 году, выражая своё разочарование тем, что Ирен Жолио-Кюри, без её ведома, использовала в своей работе большую часть её исследований, особенно в области искусственной радиоактивности».