Transmutaatio

Transmutaatio on prosessi, jossa yhden alkuaineen ydin muuttuu toiseen alkuaineeksi. Tämä voi tapahtua luonnollisesti, kuten tähtien ydinreaktioissa, tai ihmisen aiheuttamana ydinreaktiona laboratorio-olosuhteissa. Kemialliset reaktiot eivät muuta alkuaineita ytimeen saakka, mutta ydinreaktiot voivat muuttaa protonien määrän ja siten alkuaineen identiteetin.

Mekanismin mukaan transmutaatio voi toteutua useilla tavoin. Neutronien tai muiden hiukkasten iskut voivat muuttaa ydinrakennetta, beta- tai alfa-hajoaminen voivat muuttaa protonilukua, ja erilaiset ydinreaktioihin liittyvät reitit voivat tuottaa uusia isotooppeja. Tähtisynteesissä nämä prosessit tuottavat uusia elementtejä; laboratorioissa niitä tehdään ydinreaktoreissa ja hiukkaskiihdyttimillä, joissa isotooppeja voidaan valmistaa lääketieteellisiin ja teollisiin käyttötarkoituksiin.

Historiallisesti transmutaatio liittyy alkemiaan, mutta modernin ymmärryksen perusta muodostui 1900-luvun ydinfysiikasta. Ensimmäinen keinotekoinen transmutaatio osoitettiin vuonna 1919, kun Ernest Rutherford osoitti, että ydinreaktioiden avulla alkuaineita voidaan muuttaa toisiin. 1930-luvulla neutronien hyödyntäminen johti useiden isotooppien tuottoon ja kiihdyttimien sekä ydinreaktoreiden kehitykseen.

Nykyään transmutaatio on tärkeä työkalu lääketieteessä, teollisuudessa ja tutkimuksessa. Sillä tuotetaan radioisotooppia diagnostisiin ja terapeuttisiin sovelluksiin, se mahdollistaa aktivointianalyysin sekä materiaalien tutkimuksen ja auttaa tutkimusta muun muassa ydinjätteen hallinnassa ja pitkäikäisen haitallisuuden pienentämisessä. Tutkimus-ala keskittyy myös keinoihin muuttaa pitkäikäisiä radioisotooppeja lyhytaikaisemmiksi.