Kjernekjemi

Kjernekjemi er den delen av kjemien som handler om kjemiske aspekter ved radioaktivitet og andre fenomener som berører atomkjerner. Kjernekjemien kan deles inn i tre hovedområder: radiokjemi, strålingskjemi og isotopkjemi.

CERN-senteret i Sveits/Frankrike er ett av verdens største sentre for forskning på atomkjerner. Her drives også kjernekjemisk forskning

Radiokjemi

Radiokjemien utnytter egenskaper hos radioaktive isotoper for å studere kjemiske prosesser. Her følger noen eksempler på radiokjemiske teknikker og deres anvendelse:

• Bestemmelse av utbyttet ved en bestemt kjemisk reaksjon gjennom merking av en av reaktantene med en radioaktiv isotop og siden sammenlikne radioaktiviteten som registreres i produktene med den som fantes i reaktanten.
• Studier av reaksjonsmekanismer og reaksjonsveier i biokjemi. Her er det ofte snakk om kompliserte kjeder av reaksjoner, og ved å merke et metabolsk aktivt stoff med en radioaktiv isotop og siden måle radioaktiviteten i aktuelle sluttprodukter og mellomprodukter kan en fastlegge hvilke reaksjoner som skjer og hvor de skjer. Denne teknikken – ofte kalt tracing-teknikk – brukes mye for å undersøke omsetning og nedbrytning av legemidler i kroppen – enten direkte in vivo eller in vitro.
• Studier av grunnstoffenes kretsløp i naturen. Her er det oftest snakk om å benytte seg av naturlig forekommende radioaktive isotoper, dannet i atmosfæren ved kosmisk stråling. Slike studier er blant annet utgangspunkt for karbondatering og isotopgeokjemi. Det sistnevnte fagfeltet kan gi verdifulle opplysninger om jordas historie og om dannelse av viktige ressurser som kull, olje og naturgass, men også om miljøproblemer som global oppvarming.

Strålingskjemi

Otto Hahn og Lise Meitner var de første til å gjennomføre en kjernespaltning

Strålingskjemien studerer hvordan ulike stoffer, materialer og biokjemiske systemer påvirkes kjemisk av ioniserende stråling. Et viktig område innenfor strålingskjemien er studier av strålingens virkning på levende celler. Eksempler på anvendelse av strålingskjemi finner vi blant annet på disse feltene:

• Bruk av radiofarmaka ved behandling av kreft. For å kunne velge riktig stoff og dosere det riktig, kreves grundige forstudier av stoffenes vandring i organismen, deres biokjemiske omsetning og av deres virkning på ulike celletyper.
• Sterilisering av matvarer og utstyr ved bestråling. På grunn av usikkerheten omkring hvilke skadelige reaksjonsprodukter som kan oppstå, er det strenge restriksjoner på strålebehandling av næringsmidler, men det er tillatt for eksempel på krydder.
• Utarbeidelse av medisinsk beredskap mot stråleskader ved ukontrollerte utslipp av radioaktive stoffer for eksempel ved reaktoruhell.

Isotopkjemi

Isotopkjemien handler om de kjemiske forskjellene mellom ulike isotoper av ett og samme grunnstoff. Generelt oppfører de ulike isotopene av et grunnstoff seg svært likt kjemisk. Men det vil blant annet på grunn av atomenes masseforskjell, være små forskjeller i for eksempel reaksjonshastigheter. Isotopeffektene er størst for de letteste grunnstoffene. Her står hydrogen i en særstilling, idet et atom av isotopen deuterium er om lag dobbelt så tungt som ett av den vanligste isotopen protium. Dette gjenspeiler seg i egenskapene til tungtvann, som inneholder deuterium, i forhold vanlig vann. Selv om masseforskjellen prosentvis er meget lavere for disse to utgavene av vann enn den er for det rene grunnstoffet, er den tilstrekkelig til å gi seg utslag i kokepunktet, slik at de to typene vann kan atskilles ved destillering. Et alternativ til kjemisk separasjon av tungtvann fra vanlig vann er sentrifugering.

Kjemiske strålingsdetektorer

Også ved deteksjon av radioaktiv stråling kan kjemiske metoder anvendes. Et eksempel er den såkalte Frickedetektoren, som baserer seg på kjemisk oksidasjon av Fe²⁺ til Fe³⁺.

Kilder

• (no) «Kjernekjemi» i Store norske leksikon