1919年卢塞福(Rutherford,E.1871~1937)首次进行了人工核反应。他成功地用镭放射出的高速α粒子轰击氮-14而得到氧-17。
(14)(7)N+(4)(2)He→(17)(8)O+(1)(1)H
进行人工核反应,首先要有轰击粒子去轰击靶子物质或称靶核。通常用作轰击粒子的有质子、中子、氘核(21H),α粒子和B、C、N和O核。
当轰击粒子是带正电荷,它必须有很高的动能才能克服它们与靶核之间的静电排斥。要使带电荷的粒子得到必需的能量,就要使用回旋加速器,其原理见图24-2,加速器内有两个空心的D形电极。带电荷的轰击粒子进入回旋加速器的真空室内中心。高频交流电源使两个D形电极不断变换符号而使粒子加速。磁铁放在加速器D形电极的上面和下面,以保持粒子按螺旋轨道运动,最后引出回旋加速器并轰击靶子物质。粒子加速器主要用于探测核结构和合成重的元素。
使用加速器进行核反应的一些例子如下:
(24)(12)Mg+(1)(1)H→(21)(11)Na+(4)(2)He
(7)(3)Li+(2)(1)H→(8)(4)Be+(1)(0)n
(106)(46)Pd+(4)(2)He→(109)(47)Ag+(1)(1)H
因为中子不带电荷,不会被轰击的核所排斥,因此,中子不必要在进行核反应之前加速到高能量。这样包含中子的核反应要比那些要求带正电荷粒子的核反应进行得容易些,也便宜一些。
虽然中子轰击反应常常是在核反应堆中进行,它们也可以在小型实验室中用中子源很方便地完成。中子源常常是包括α发射体(如22286Rn)和被α轰击后能产生中子的元素(如Be)的混合物
(9)(4)Be+(4)(2)He→(12)(6)C+(1)(0)n
人工核反应已经应用于制备原子序数为93以后的元素。这些元素称超铀元素,1940年以前,只知道天然存在的元素。1940年,[美]西博格(Seaborg,G.T.1912~)首次合成93号元素Np,它是用中子轰击23892U而制得的:
(238)(92)U+(1)(0)n→(239)(92)U
(239)(92)U→(239)(93)Np+(0)(-1)e
原子核俘获中子,当然增高n:p值,假定按照以下过程降低n:p值。
(1)(0)n→(1)(1)H+(0)(-1)e
中子转变为质子和电子,质子留在原子核中,电子放射为β粒子。
自从1940年以来,从Z=93到Z=106所有的元素都用人工方法制得。近几年曾报导:1981年发现107号元素,1982年发现109号元素,1984年发现108号元素例如Z=105元素的一种同位素,在1970年[美]乔索(Ghiorso,A.1915~)等用157N核轰击24998Cf而制得
(249)(98)Cf+(15)(7)N→(260)(105)Na+4(1)(0)n
我们有理由相信将会合成更多的元素。