Может ли современная наука синтезировать химические элементы?
Например, взять протонов и нейтронов, а затем каким-нибудь способом "слить" их в ядро атома какого-нибудь вещества. Как вообще происходит слияние легких элементарных частиц в тяжелое ядро? Почему ядро не распадается? Я так упрощенно понимаю, что их надо как-то сильно сжать чтобы между ними образовалась сила притяжения. Почему при образовании Вселенной, после Большого взрыва образовывались ядра? Это из-за того что взрыв был такой мощный, что придал легким частицам такую скорость, что при столкновении они образовывали ядро?
Ответы (3):
Все это уже давно сделано. В начале научились делить ядра и из одного большого получать парочку более мелких. На это способны атомы изотопов Урана Тория и Плутония.
А потом научились и соединять атомы. Но чтобы соединить несоединимое нужны огромные энергии. Для мелких ядер используется очень высокая температура атомного взрыва. А в качестве горючего используют гидрид лития или точнее дейтерид лития. Дейтерий это тоже водород, но тяжелый с лишним нейтроном. Этим веществом заполнен заряд водородной бомбы. В начале взрывают атомную бомбу. Поток нейтронов "разрывает" литий на дейтерий и тритий (это тоже изотоп водорода но с двумя нейтронами), а затем, за счет температуры в миллионы градусов они соединяются и превращаются в гелий, выделяя огромную энергию. Пишу примитивно в соответствие с заданным вопросом. Поэтому на мелкие неточности прошу внимания не обращать.
Кроме того тяжелые ядра на специальных ускорителях разгоняют до релятивистских скоростей и бросают на мишень.Таким образом получают единицы атомов нового вещества. Когда их удается химически идентифицировать, им дают названия. Многие трансурановые изотопы получены именно таким путем. Умеют ученые и, например, из ртути получать золото. Делают это тоже на ускорителях. Но промышленного значения это не имеет, дорого и используется только в научных целях.
Вы правильно представляете себе механизм образования тяжёлых элементов.
Да, при Большом взрыве поначалу образовались только самые лёгкие ядра - водород и гелий.
"Почему образовались ядра" - ну "патаму што у них судба такой". Как только Вселенная чуток расширилась и её температура соответственно чуток снизилась, кварки получили возможность слиться в адроны - в протоны и нейтроны. В самые первые мгновения после Большого Взрыва средняя энергия теплового движения первичной материи была ещё слишком большой, чтоб даже такие совсем простые частицы оставались стабильными.
Это и были первые ядра, хотя до образования нейтральных атомов понадобилось ещё 380 тысяч лет - Вселенная должны была остыть.
Все остальные элементы образовались уже сильно после, в процессе эволюции звёзд. Да, чтобы получить ядра тяжелее гелия, да даже и само ядро гелия из четырёх ядер водорода, эти ядра нужно сжать. Подходящие условия создаются в недрах звёзд. Лишь при температурах в десятки миллионов градусов тепловая энергия отдельных протонов становится достаточной для преодоления кулоновского барьера, и они сближаются на расстояние, при котором в дело вступает сильное взаимодействие. Оно-то и склеивает протоны и нейтроны в единое тяжёлое ядро.
В искусственных условиях принцип синтеза новых ядер из "старых" примерно тот же: сообщить им большую энергию. Это достигается либо так же, как в звёздах (водородная бомба или термоядерный реактор), либо на ускорителях, где частицы разгоняются не повышением температуры вещества, а электрическим полем. Энергия, которую они при этом приобретают, тоже эквивалентна температуре в десятки и даже сотни миилионов градусов, так что преодолеть кулоновский барьер оказывается возможным даже для тяжёлых ядер.
В промышленност итакой нуклеосинтез применяется для получения нестабильных радиоактивных изотопов, которые нужны в самых разных областях, от медицины до дефектоскопии и даже для противопожарной техники: обычные бытовые датчики дыма содержат америций-241 или, иногда, плутоний-239. Ну и сам плутоний, которого для ядерных арсеналов наработано уже немерено тонн, - это ж тоже искусственно полученный элемент.
Да, наука (вернее, ученые с помощью науки) умеют синтезировать химические элементы. Они это делают с 1919 года, когда Резерфорд впервые превратил искусственно один химический элемент в другой: он превратил ядра азота в ядра кислорода. И почти три десятка последних известных элементов были именно синтезированы искусственно, и в природе они не встречаются. То же можно сказать про элемент № 43 - технеций.