Transmutația nucleară este transformarea unui element chimic sau izotop în altul. Deoarece orice element (sau izotopul său) este determinat de numărul de protoni (și neutroni) din nucleul atomilor săi, transmutația nucleară este orice proces în care acest număr (masă sau sarcină) se modifică.
Transmutarea are loc fie prin reacții nucleare (în care particula exterioară reacţionează cu nucleul), fie prin descompunere radioactivă .
Transmutația naturală prin nucleosinteză stelar a creat cele mai multe dintre elementele chimice mai grele din universul existent în trecut și continuă până în zilele noastre, creând elemente comune precum heliul , oxigenul și carbonul . Majoritatea stelelor se transmută prin reacții de fuziune care implică hidrogen și heliu, în timp ce stelele mult mai mari sunt, de asemenea, capabile să fuzioneze elemente mai grele, până la fier , la sfârșitul evoluției lor. Cele mai grele elemente, inclusiv transuraniul , sunt obținute în cursul captărilor multiple de neutroni în timpul exploziilor supernovelor (formarea de nuclee mai grele decât fierul este nefavorabilă din punct de vedere energetic și nu are loc în timpul nucleosintezei stelare convenționale)
Un alt tip de transmutare naturală apare atunci când anumite elemente radioactive naturale se descompun spontan (desintegrare alfa sau beta ). Un exemplu este degradarea naturală a potasiului-40 la argon-40 , care formează cea mai mare parte a argonului din aer. Tot pe Pământ, transformările naturale apar ca urmare a diferitelor mecanisme ale reacțiilor nucleare naturale datorate bombardării elementelor de către razele cosmice (de exemplu, pentru a forma carbon-14 ) și, uneori, datorită bombardamentului natural cu neutroni .
Transmutația artificială poate apărea în dispozitive care au suficientă energie pentru a provoca modificări în structura nucleară a elementelor. Astfel de mașini includ acceleratoare de particule și reactoare tokamak . Reactoarele convenționale de putere cu fisiune provoacă și transmutație artificială, dar nu datorită accelerației artificiale a particulelor, ci datorită efectului asupra nucleelor neutronilor produși în timpul fisiunii ca urmare a unei reacții nucleare în lanț create artificial. De exemplu, atunci când un atom de uraniu este bombardat cu neutroni lenți, are loc fisiunea. Aceasta eliberează în medie trei neutroni pe act și o cantitate mare de energie. Neutronii eliberați determină apoi fisiunea altor atomi de uraniu până când tot uraniul disponibil este epuizat. Aceasta se numește reacție în lanț .
Transmutarea artificială a nucleelor este considerată ca un posibil mecanism de reducere a volumului și pericolului deșeurilor radioactive [1] . Dintre toate elementele transuraniului cu viață lungă și produsele de fisiune considerate candidați pentru transmutare, numai tehnețiul face posibilă obținerea unui produs final valoros, Ru-100 stabil [2] . Atunci când se realizează transmutarea nucleară a tehnețiului-99 în ruteniu-100, aspecte precum materialul țintă și spectrul neutronilor utilizate în procesul de transmutare sunt importante [3] .
Într-un sens, transmutația nucleară este o abordare științifică modernă a realizării ideii alchimiștilor despre transformarea elementelor (de exemplu, plumbul în aur). [1] Rusia a realizat cel mai mare progres în dezvoltarea proceselor de transmutare nucleară, unde această direcție se dezvoltă la nivelul creării de tehnologie [4] . În prezent, transmutația nucleară este considerată una dintre cele mai moderne metode de manipulare a produselor de fisiune cu viață lungă și a unor actinide [5] formate într-un ciclu închis al combustibilului nuclear [6] . Câteva probleme care ar trebui rezolvate pentru dezvoltarea cu succes a acestor tehnologii sunt luate în considerare în [7]