Kjernekjemi, den delen av kjemien som omhandler radioaktive atomer. Betegnelsen radiokjemi benyttes også om de deler av feltet som beskjeftiger seg med bruk av radioaktivitet til å løse kjemiske problemstillinger og de deler som dreier seg om kjemiske egenskaper hos grunnstoffer som bare forekommer på radioaktiv form. Grensen for hva som kalles radiokjemi er flytende. Det er heller ingen skarp grense mellom kjernekjemi og kjernefysikk, og man bruker derfor ofte fellesbetegnelsen kjerneforskning. Se også kjernefysikk.

De radioaktive grunnstoffene uran, U, og thorium, Th, som forekommer i store mengder i naturen, hadde allerede lenge vært kjent da A. H. Becquerel oppdaget radioaktiv stråling i 1896. De første arbeider innen kjernekjemi/radiokjemi var Marie og Pierre Curies isolasjon av polonium, Po, og radium, Ra, i 1898.

Grunnstoffene etter uran i grunnstoffenes periodesystem kalles for transuranene. De to første av disse, neptunium, Np og plutonium, Pu, ble oppdaget i Berkeley, California i 1940. De tunge grunnstoffene, nr. 107–112 er alle påvist i eksperimenter med det såkalte hastighetsfilteret ved Gesellschaft für Schwerionenforschung, GSI, i Darmstadt, under ledelse av S. Hofmann, G. Münzenberg og P. Armbruster. Grunnstoff nr. 112, ble oppdaget i 1996 og er det tyngste hvor man har rapportert alfahenfall til kjente kjerner.

Klarlegging av de kjemiske egenskapene av de tunge grunnstoffene er et viktig kjemisk grunnforskningsfelt fordi man kan vente seg spesielle relativistiske effekter i dette området. De tyngste grunnstoffene (fra Z = 113) er kun observert, men ikke undersøkt kjemisk. For de aller tyngste er det ikke observert mer enn 2–3 atomer av hvert. Se også grunnstoff og radioaktivegrunnstoffer.

Radiokjemiske metoder har stor anvendelse i forbindelse med mange andre kjemiske fagfelter. Nøytronaktiveringsanalyse er den mest følsomme analysemetode som finnes for mange sporstoffer, og en av de få som muliggjør bestemmelse av grunnstoffer uavhengig av deres kjemiske tilstand. Også protoner og andre partikler kan brukes til aktiveringsanalyse.

Betegnelsen radioanalytisk kjemi brukes både om aktiveringsanalyse og om kjemiske metoder som tar sikte på å bestemme små mengder radioaktive forbindelser i ulike prøver. Radio-økologi er læren om hvorledes radioaktive forbindelser, både naturlige og kunstig fremstilte, transporteres og opptas i øko-systemer og om de kjemiske prosesser som finner sted i forbindelse med dette.

Ulike typer kjernekjemiske metoder brukes for øvrig innen mange ulike felter, fra karakterisering av DNA til målinger av asfalttykkelse.

Radiologisk datering er en spesiell kjernekjemisk teknikk. F.eks. anvendes karbonisotopen 14C (halveringstid 5730 år) til datering av arkeologisk materiale, mens 40K (halveringstid 1,28 milliarder år) og 87Rb (halveringstid 50 milliarder år) kan brukes til geologiske dateringer. (Se aldersbestemmelse.)

Tracermetoder har stor utbredelse innen flere fagfelter, særlig kjemi, biologi og medisin. Ved slike metoder tilsettes kontrollert en egnet radioaktiv forbindelse, som gjør det mulig å følge en prosess ved radioaktivitetsmålinger gjennom ulike stadier.

Tracermetoder brukes f.eks. ved oljeutvinning, der man kan skaffe informasjon om strømningsforholdene i et oljereservoar ved å tilsette en sterk radioaktiv forbindelse i ett borehull og måle innholdet av radioaktivitet i olje som kommer opp fra et annet borehull. Tracere brukes også i meget stor utstrekning til studier av kjemiske reaksjonsmekanismer. En annen meget viktig bruk av tracere er radioaktive forbindelser til medisinsk diagnostikk og til biokjemiske analyser i medisinske laboratorier.

Kjernekjemien overlapper således også med medisinen, og dette grensefeltet kalles nukleærmedisin.

Fremstilling av radioaktive kjemiske forbindelser har muligens blitt det viktigste delfeltet av kjernekjemien. Ofte må man benytte spesielle arbeidsteknikker, særlig hvis det arbeides med såkalte bærerfrie aktiviteter, dvs. at det bare eller nesten bare er radioaktive atomer av et bestemt grunnstoff til stede.

Hot-atom-kjemi er betegnelsen på kjemiske forandringer som inntreffer på grunn av kjerneprosesser. Denne typen prosesser ble først oppdaget av Szilard og Chalmers i 1934, da de fant fritt radioaktivt jod i metyljodid som var bestrålt med nøytroner. Denne typen hot-atom-kjemi har etter hvert fått mindre betydning. En annen form for hot-atom-kjemi kan finne sted ved radioaktiv desintegrasjon. Når et atom forandrer seg fra ett grunnstoff til et annet, kan denne prosessen ofte føre til så store forstyrrelser at kjemiske bindinger brytes. Det gjelder særlig dersom desintegrasjonen fører til drastiske forandringer i elektronskallet rundt atomet. Denne typen hot-atom-kjemi er særlig viktig i forbindelse med mulig fremtidig bruk av radioaktive forbindelser i kreftterapi, og studeres for tiden intenst flere steder.

Kjernekjemi er viktig for mange problemstillinger knyttet til kjernekraft og kjernereaktorer, der det ofte arbeides med svært sterke kilder, f.eks. brukt reaktorbrensel. Utvikling av rutiner for opparbeiding og sikker forvaring av reaktoravfall er betydningsfullt i denne sammenhengen. Det arbeides også mer langsiktig med utvikling av metoder for nedbrytning av slikt avfall. Håndtering av sterke kilder krever automatiserte rutiner og spesiallaboratorier, av og til med såkalte hot-celler, der arbeidet utføres ved hjelp av fjernstyrte manipulatorer og den som utfører arbeidet er fysisk atskilt fra kilden.

Kjemiske metoder spiller også en viktig rolle i mange eksperimenter som tar sikte på å kartlegge kjerners egenskaper. Mye av dette ligger i grenselandet mot kjernefysikk. Studier av ustabile kjerner med halveringstider ned til noen millisekunder er en viktig del av dagens kjerneforskning, og raske kjemiske prosesser er av vesentlig betydning i fremstillingen av disse kortlivede kjernene. Slike eksperimenter foregår stort sett i store internasjonale spesiallaboratorier. På grunn av utviklingen av moderne detektorsystemer har kjemiske metoder i dag mindre betydning enn tidligere i studier av kjernereaksjoner, der rent fysiske målemetoder nå stort sett har tatt over.

Foreslå endringer i tekst

Foreslå bilder til artikkelen

Kommentarer

Har du spørsmål til artikkelen? Skriv her, så får du svar fra fagansvarlig eller redaktør.

Du må være logget inn for å kommentere.