Transmutation oder Kerntransmutation ist ein Prozess, bei dem der Kern eines Atoms verändert wird. Wenn sich die Anzahl der Protonen im Kern eines Atoms ändert, ändert sich die Identität dieses Atoms, wenn es in ein anderes Element oder Isotop umgewandelt wird. Dieser Transmutationsprozess kann entweder natürlich oder künstlich sein.

Natürliche Transmutation

Natürliche oder spontane Transmutation tritt bei instabilen, radioaktiven Elementen auf. Diese Elemente werden über eine Reihe von Zerfällen oder eine Zerfallskette in ein stabiles Element umgewandelt. Beispielsweise wandelt sich Uran-238 durch eine Reihe von Schritten spontan in Blei-206 um. Kerntransmutationen können während des spontanen radioaktiven Zerfalls von natürlich vorkommendem Thorium und Uran auftreten.

Künstliche Transmutation

Künstliche oder induzierte Transmutation tritt auf, wenn Atome eines Elements mit Teilchen in einem Linearbeschleuniger, Zyklotron oder Synchrotron getroffen werden. Diese Kollision bewirkt, dass das Atom in irgendeiner Weise verändert wird. Alle Elemente mit Ordnungszahlen größer als 92 – wie Plutonium – sind künstliche Elemente, die durch Transmutation erzeugt werden. Die meisten Kernreaktionen beinhalten die künstliche Transmutation von Elementen, obwohl sie im Allgemeinen spezifischer als „Spaltung“, „Fusion“ oder „Bestrahlung“ bezeichnet werden, anstatt allgemein als Transmutation bezeichnet zu werden. Künstliche Transmutation kann durch die Verwendung von Teilchenbeschleunigern erreicht werden, die Elemente mit Alphateilchen, Deuteronen oder kleinen Kernen treffen. Bei diesem Prozess werden einige der Protonen aus den bombardierenden Teilchen im Zielkern eingelagert, was die Transmutation in ein anderes Element fördert. In einem Kernreaktor wird der Zielkern mit Neutronen getroffen, was zur Spaltung von Kernen führt.

In frühen Experimenten wurden Hochgeschwindigkeits-Alphateilchen von 214Bi verwendet, um einen Kern zu treffen. 1919 führte Rutherford die erste Kernreaktion zwischen diesen Alphateilchen und Stickstoff durch. Bei dieser Reaktion reagierte ein Stickstoffkern mit einem Hochgeschwindigkeits-Heliumkern, um zwei neue Kerne und ein Proton zu bilden. Dies zeigte die Möglichkeit, Elemente umzuwandeln.Dies führte dazu, dass Rutherford, ein Physiker, 1908 den Nobelpreis für Chemie erhielt, weil er im Wesentlichen Alchemie durchführte. Wie sich herausstellte, verwandelte die Alchemie Blei nicht in Gold, wie so viele Jahrhunderte Alchemisten gehofft hatten, sondern ermöglichte die Umwandlung einiger Elemente in andere Elemente.

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