Семейство тория

Семейство актиноурана

Семейство урана

Известны три семейства естественных радионуклидов, встречающихся в природе.

РАДИОАКТИВНЫЙ РАСПАД ЯДЕР И ЕСТЕСТВЕННЫЕ ИСТОЧНИКИ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Многие нуклиды являются нестабильными, они всё время превращаются в другие нуклиды. Весь процесс самопроизвольного распада называется радиоактивным распадом, а сам такой нуклид – радионуклидом. Число распадов в секунду в радиоактивном образце называется его активностью, Единицу измерения активности в системе СИ назвали беккерелем (Бк) в честь ученого, открывшего явление радиоактивности; один беккерель равен одному распаду в секунду. Более ранняя единица – кюри. 1 Ku = 3.7·10¹⁰ распадов/с = 3.7·10¹⁰ Бк.

При альфа распаде из ядра вылетает альфа частица, состоящая из двух протонов и двух нейтронов (ядро гелия). Энергия альфа частиц различных радионуаклидов находится в диапазоне 4–9 МэВ. Пример такого распада (Вверху – массовое число, внизу атомный номер Z)

²¹⁰Po₈₄ → ²⁰⁶Pb₈₂ + ⁴He₂

При избытке нейтронов в ядре один из них превращается в протон, а ядро испускает электрон (β^--распад). Так, в ядре кобальта-60 нейтронов 33, протонов 27, их отношение 1,222. После β^- распада это отношение становится равным 1,14.

⁶⁰Со₂₇ → ⁶⁰Ni₂₈ + β^-

Часто нестабильный нуклид оказывается настолько возбужденным, что испускание частицы не приводит к полному снятию возбуждения; тогда он излучает дополнительную порцию энергии (квант), называемую гамма излучением

₉₂U²³⁸ → (α 4.5 млрд. лет) → ₉₀Th²³⁴ → (β 24 сут) → ₉₁Pa²³⁴ (протактиний) → (β 1.2 мин) → ₉₂U²³⁴ → (α 245 тыс. лет) → ₉₀Th²³⁰ → (α 80 тыс. лет) → ₈₈Ra²²⁶ → (α 1600 лет) → ₈₆Rn²²² → (α 3,8 сут) → ₈₄Po²¹⁸ → (α 3 мин) → ₈₂Pb²¹⁴ → (β 26.8 мин) → ₈₃Bi²¹⁴ (висмут) → (β 19,7 мин) → ₈₄Po²¹⁴ (α 0.00016 сек) → ₈₂Pb²¹⁰ → (β 22.3 лет) → ₈₃Bi²¹⁰ (висмут) → (β 5 сут) → ₈₄Po²¹⁰ (α 138 сут) → ₈₂Pb²⁰⁶ (стабильный)

₉₂U²³⁵ → (α 0.7 млрд. лет) → ₉₀Th²³¹ → (β 25.6 часа) → ₉₁Pa²³¹ (протактиний) → (α 34 тыс. лет) → ₈₉Ac²²⁷ → (α 22 года) → ₉₀Th²²⁷ → (α 18.6 дня) → ₈₈Ra²²³ → (α 11.2 дней) → ₈₆Em²¹⁹ → (α 3.9 c) → ₈₄Po²¹⁵ → (α 0,0018 c) → ₈₂Pb²¹¹ → (β 36,1 мин) → ₈₃Bi²¹¹ (висмут) → (β 2,17 мин) → ₈₄Po²¹¹ → (α 0,5 c) → ₈₁Tl²⁰⁷ → (β 4,8 c) → ₈₂Pb²⁰⁷ (стабильный)

₉₀Th²³¹ → (α 1,39·10¹⁰ лет) → ₈₈Ra²²⁸ → (β 6,7 года) → ₈₉Ac²²⁸ →(β 6,1 часа) → ₉₀Th²²⁸ → (α 1.9 года) → ₈₈Ra²²⁴ → (α 36 дней) → ₈₆Th²²⁰ (торон)→ (α 54 c) → ₈₄Po²¹⁶ → (α 0,15 c) → ₈₂Pb²¹² → (β 10,7 часа) → ₈₃Bi²¹² (висмут) → (α 0,3·10^-6 c) → ₈₁Tl²⁰⁸ → (β 3,1 мин) → ₈₂Pb²⁰⁸ (стабильный)

Это – первая группа радионуклидов, они вместе с ₄₀К наиболее распространены в природе и являются основным источником радиоактивности биосферы. Вторая группа – более многочисленная, но суммарная активность их значительно меньше активности первой группы. К ней относятся Ca-48, Zr-90, In-113, Sn-124, Te-130, La-138, Nd-150, Sm-152, La-176, W-180, Re-187, Bi-207 и др. Они редко встречаются или обладают большим периодом полураспада. Суммарный вклад их в дозу – невелик. Обе эти группы радионуклидов образовались с момента образования Земли. Третья группа – непрерывно возникающие в биосфере радионуклиды.

₇N¹⁴ + ₀n¹ → ₆C¹⁴ + ₁H¹ или

₇N¹⁴ + ₀n¹ → ₆C¹² + ₁H³

Период полураспада ₆C¹⁴(155 кэВ β частицы) составляет 5568 лет

Период полураспада ₁H³ (17.9 кэВ β частицы) составляет 12.2 года

Период полураспада К-40 (1.33 МэВ β частицы + 1.54 Мэв γ-кванты) составляет 12,2 года. Из естественной смеси нуклидов калия К-39 (93,08 %) К-41 (6,9 %) и К-40 (0.012 %) радиоактивным является только последний. К-40 после бета распада превращается в Са-40 (стабильный изотоп). Вероятность этого процесса в 8 раз выше, чем захват электрона с орбиты и образование радионуклида Ar-40. По соотношению К-40 и Ar-40 в породе определяется геологический возраст. На этом методе был оценен возраст Земли 5,3 млрд. лет. Потребность взрослого человека в калии ограничивается 2–3 мг на 1 кг веса, грудного ребенка – 12–13 мг/кг. Недостаточное содержание калия приводит к замедлению роста молодого организма.

Дата добавления: 2014-01-07