Радиоактивные ряды

Радиоактивные ряды, радиоактивные семейства, группы генетически связанных радиоактивных изотопов, в которых каждый последующий изотоп возникает в результате a- или b-распада предыдущего. Каждый радиоактивный ряд имеет родоначальника — изотоп с наибольшим периодом полураспада T1/2 . Завершают радиоактивные ряды стабильные изотопы.

  Если ядро испускает a-частицу, его заряд (Z) уменьшается на 2, а массовое число (А) — на 4. При испускании b-частицы Z увеличивается на 1, а А не изменяется. Следовательно, в каждом радиоактивным ряду массовые числа изотопов могут или быть одинаковыми, или различаться на число, кратное 4. Если значения массовых чисел членов данного радиоактивног ряда делятся на 4 без остатка, то такие массовые числа можно выразить общей формулой 4n (где n — некоторое целое число): в тех же случаях, когда при делении на 4 в остатке будет 1, 2 или 3, общие формулы для массовых чисел можно записать как 4n + 1, 4n + 2 или 4n + 3. В соответствии с этими формулами различают 4 радиоактивных ряда, родоначальниками которых являются  (ряд 4n);  (4n + 1); (4n + 2); (4n + 3). Сами радиоактивные ряды обычно называют по их родоначальникам. Поэтому говорят о радиоактивных рядах тория, нептуния, урана (238U) и актино-урана (235U). Иногда ряд 238U называют рядом урана-радия (наиболее устойчивый изотоп радия 226Ra — член этого радиоактивного ряда). Разумеется, радиоактивный изотоп может входить только в один какой-либо определённый радиоактивный ряд.

  В природе существуют ряды тория, актиноурана и урана-радия (естественные радиоактивные ряды). Это связано с тем, что периоды полураспада 232Th (T1/2 = 1,41×1010 лет), 235U (T1/2 = 7,13×108 лет) и 238U (T1/2 = 4,51×109 лет) соизмеримы с возрастом Земли (несколько миллиардов лет), и эти изотопы ещё не успели полностью распасться. Заканчиваются естественные радиоактивные ряды изотопами свинца 208Pb, 207Pb и 206Pb.

  Период полураспада 237Np составляет 2,14×106 лет. Поэтому нептуния и членов его радиоактивных ряда в природе нет; все они были получены в 40—50-х гг. 20 в. искусственно, с помощью ядерных реакций. Завершается ряд 237Np стабильным 209Bi. Каждый радиоактивный ряд содержит как долгоживущие, так и короткоживущие изотопы (см. рис.). Если изотоп принадлежит к естественному радиоактивному ряду, то он обязательно присутствует в природе, даже если скорость распада его ядер очень велика. Связано это с тем, что в радиоактивных рядах с течением времени устанавливается т. н. вековое равновесие. Время достижения такого равновесия во всём ряду приблизительно равно 10 периодам полураспада самого долгоживущего промежуточного члена ряда. При вековом равновесии скорости образования изотопа и его распада равны. Поэтому содержание такого изотопа остаётся практически неизменным в течение столетий. Оно с неизмеримо малой скоростью уменьшается лишь по мере распада родоначальника ряда.

  Установлением векового равновесия в естественных радиоактивных рядах объясняется присутствие в природе таких относительно малоустойчивых радиоактивных химических элементов, как протактиний, актиний, радий, франций, радон, астат и полоний. Содержание каждого из них в природе тем ниже, чем меньше T1/2 соответствующих изотопов — членов радиоактивных рядов. Так, на 1 т урана в природе приходится всего около 0,34 г изотопа 226Ra, имеющего T1/2 около 1600 лет.

  Большинство членов естественных радиоактивных рядов имеет специальные названия и символы (см. рис.). Например, изотоп 230Th называется ионием (символ Io); 214Po — радием-це-штрих (RaC'), a 228Ra — мезоторием-один (MsTh1). Эти названия возникли исторически ещё до появления понятия об изотопах.

  Некоторые изотопы — члены радиоактивных рядов — распадаются не по одному пути (a-, или b-распад), а по двум. Ядра таких изотопов в одних случаях испускают a-частицы, в других b-частицы. Например, 227Ac в ряду актиноурана в 988 случаях из 1000 претерпевает (a-распад, а в 12 случаях — b-распад. Вероятность распада по каждому пути (в процентах) указана числами около стрелок, соответствующих a- и b-распаду такого изотопа.

 

  Лит. см, при ст. Радиоактивность.

  С. С. Бердоносов.


ПраймКемикалсГрупп