Лайнус Полінг, Пітер Полінг — Хімія
Стійкі атоми можна перетворити на радіоактивні шляхом бомбардування їх частинками, що рухаються з високими швидкостями. У ранніх експериментальних роботах такими швидкими частинками слугували альфа-частинки, які випускають ядра 214Bi (цей ізотоп називали радієм C). Першою ядерною реакцією, проведеною в лабораторних умовах, була реакція між альфа-частинками й азотом; цю реакцію здійснив 1919 р. Резерфорд зі співробітниками в Кавендишській лабораторії в Кембриджі. При бомбардуванні азоту альфа-частинками відбувається така ядерна реакція:
$${}^{14}_{7}\mathrm{N} + {}^{4}_{2}\mathrm{He} \longrightarrow {}^{17}_{8}\mathrm{O} + {}^{1}_{1}\mathrm{H}$$
У цій реакції ядро Нітрогену реагує з ядром Гелію, що має значну кінетичну енергію; внаслідок зіткнення утворюються два нових ядра — ядро 17O і протон.
Ядро 17O стійке, і тому розглядувана ядерна реакція не призводить до виникнення штучної радіоактивності. Проте багато інших елементів, що зазнають аналогічних реакцій, утворюють нестійкі ядра, які згодом зазнають радіоактивного розпаду.
Багато ядерних реакцій є результатом взаємодії між ядрами та нейтронами. У перших експериментах з нейтронами користувалися сумішшю радону й металічного берилію. При цьому альфа-частинки, що їх випускає радон, реагували з ізотопом Берилію 9Be, даючи нейтрони відповідно до таких реакцій:
$${}^{9}_{4}\mathrm{Be} + {}^{4}_{2}\mathrm{He} \longrightarrow {}^{12}_{6}\mathrm{C} + {}^{1}_{0}n$$
$${}^{9}_{4}\mathrm{Be} + {}^{4}_{2}\mathrm{He} \longrightarrow 3\,{}^{4}_{2}\mathrm{He} + {}^{1}_{0}n$$
Джерелами нейтронів є також ядерні реакції на циклотронах і в уранових ядерних реакторах.
Добування трансуранових елементів
Першим із трансуранових елементів було одержано ізотоп Нептунію 239Np. Цей нуклід вдалося одержати 1940 р. Е. М. Макміллану і П. Х. Абелсону бомбардуванням урану дейтронами високої енергії
$${}^{238}_{92}\mathrm{U} + {}^{2}_{1}\mathrm{H} \longrightarrow {}^{239}_{92}\mathrm{U} + {}^{1}_{1}\mathrm{H}$$
$${}^{239}_{92}\mathrm{U} \longrightarrow {}^{239}_{93}\mathrm{Np} + e^{-}$$
Перший ізотоп Плутонію 238Pu було одержано в результаті таких реакцій:
$${}^{238}_{92}\mathrm{U} + {}^{2}_{1}\mathrm{H} \longrightarrow {}^{238}_{93}\mathrm{Np} + 2\,{}^{1}_{0}n$$
$${}^{238}_{93}\mathrm{Np} \longrightarrow {}^{238}_{94}\mathrm{Pu} + e^{-}$$
Ізотоп 238Np мимовільно розпадається з випусканням електрона. Період піврозпаду цього ізотопу дорівнює 2,0 доби.
У період Другої світової війни та в наступні роки було вироблено приблизно мільйон кілограмів ізотопу 239Pu. Цей нуклід досить стійкий; період його піврозпаду становить приблизно 24 000 років. Ядра 239Pu повільно розпадаються з випусканням альфа-частинок. Цей ізотоп одержують реакцією між головним ізотопом Урану 238U і нейтронами, що відбувається з утворенням 239U, який потім мимовільно розпадається з випусканням електрона й перетворюється на ізотоп 239Np, а той, у свою чергу, мимовільно випускаючи електрони, перетворюється на 239Pu
$${}^{238}_{92}\mathrm{U} + {}^{1}_{0}n \longrightarrow {}^{239}_{92}\mathrm{U}$$
$${}^{239}_{92}\mathrm{U} \longrightarrow {}^{239}_{93}\mathrm{Np} + e^{-}$$
$${}^{239}_{93}\mathrm{Np} \longrightarrow {}^{239}_{94}\mathrm{Pu} + e^{-}$$
Плутоній і чотири наступні трансуранові елементи — Америцій, Кюрій, Берклій і Каліфорній — були відкриті Г. Т. Сіборгом зі співробітниками в Каліфорнійському університеті в Берклі. Америцій було одержано у вигляді ізотопу 241Am таким чином:
$${}^{238}_{92}\mathrm{U} + {}^{4}_{2}\mathrm{He} \longrightarrow {}^{241}_{94}\mathrm{Pu} + {}^{1}_{0}n$$
$${}^{241}_{94}\mathrm{Pu} \longrightarrow {}^{241}_{95}\mathrm{Am} + e^{-}$$
Ядра цього ізотопу зазнають повільного радіоактивного розпаду з випусканням альфа-частинок. Період піврозпаду дорівнює 500 рокам. Кюрій одержано в результаті бомбардування Плутонію-239 іонами Гелію, прискореними в циклотроні
$${}^{239}_{94}\mathrm{Pu} + {}^{4}_{2}\mathrm{He} \longrightarrow {}^{242}_{96}\mathrm{Cm} + {}^{1}_{0}n$$
Нуклід 242Cm випускає альфа-частинки; період піврозпаду становить приблизно 5 міс. Одержано також інші нукліди Кюрію. Один із них, 240Cm, утворюється при бомбардуванні 239Pu прискореними іонами Гелію
$${}^{239}_{94}\mathrm{Pu} + {}^{4}_{2}\mathrm{He} \longrightarrow {}^{240}_{96}\mathrm{Cm} + 3\,{}^{1}_{0}n$$
Сіборг і його співробітники, користуючись дуже малими кількостями речовин, зуміли здобути значну інформацію про хімічні властивості трансуранових елементів. Вони встановили, що, тоді як Уран за властивостями подібний до Вольфраму, оскільки виявляє яскраво виражену тенденцію давати сполуки зі ступенем окиснення +6, наступні трансуранові елементи не схожі на Реній, Осмій, Іридій і Платину; вони виявляють дедалі більшу схильність до утворення іонних сполук, у яких їхній ступінь окиснення дорівнює +3. Така поведінка аналогічна поведінці рідкісноземельних металів.