Радиоактивные ряды

РАДИОАКТИВНЫЕ РЯДЫ (радиоактивные семейства), группы генетически связанных радионуклидов, в к-рых каждый последующий возникает в результате а-или р-распада предыдущего (см. Радиоактивность). Каждый радиоактивный ряд имеет родоначальника - радионуклид с наибольшим для данного ряда периодом полураспада Т_1/2. Т. к. при испускании ядром a-частицы его массовое число уменьшается на 4 единицы, а при испускании b^--частицы остается неизменным, в каждом радиоактивном ряду массовые числа всех радионуклидов могут различаться на число, кратное 4. Если значения массовых чисел членов данного радиоактивного ряда делятся на 4 без остатка, то такие массовые числа можно выразить общей ф-лой 4n (n = 58 или 59); в тех случаях, когда при делении массового числа ядра на 4 в остатке будет 1, 2 или 3, общие ф-лы для массовых чисел членов таких радиоактивных рядов можно записать как 4n + 1, 4n + 2 или 4n + 3. В соответствии с этими ф-лами различают 4 радиоактивных ряда, родоначальниками к-рых являются ²³²Th (ряд 4n), ²³⁷Np (ряд 4n + 1), ²³⁸U (ряд 4n + 2) и ²³⁵U (ряд 4n + 3). Обычно их называют соотв. рядами тория, нептуния, урана-238 и ура-на-235. Ряд урана-238 часто наз. также рядом урана-радия (²²⁶Rа-наиб. устойчивый радионуклид радия), а ряд урана-235-рядом актиноурана (первонач. название ²³⁵U).

В природе существуют ряды тория, урана-радия и актиноурана (т.наз. естественные радиоактивные ряды). Это связано с тем, что периоды полураспада ²³²Th (1,405·10¹⁰ лет), ²³⁸U (4,468·10⁹ лет) и ²³⁵U (7,038·10⁸ лет) соизмеримы с возрастом Земли. Заканчиваются естественные радиоактивные ряды изотопами ²⁰⁸Рb, ²⁰⁶Рb и ²⁰⁷Рb, содержание к-рых в земной коре медленно возрастает. Для ²³⁷Np T_1/2 = 2,14·10⁶ лет, поэтому членов его радиоактивного ряда в природе нет все они полностью распались. В 40-50-х гг. 20 в. получены искусственно члены этого радиоактивного ряда (см. Ядерные реакции). Завершает радиоактивный ряд нептуния стабильный нуклид ²⁰⁹Bi.

Каждый радиоактивный ряд содержит как долгоживущие, так и коротко-живущие радионуклиды, для к-рых T_1/2 составляют минуты, секунды и доли секунды. Как бы ни был мал период полураспада радионуклида - члена естественного радиоактивного ряда, он обязательно присутствует в природе. Связано это с тем, что в каждом радиоактивном ряду с течением времени устанавливается т. наз. вековое равновесие. Время достижения векового равновесия равно ~10 Т_1/2 самого долгоживущего члена ряда (кроме родоначальника ряда). При вековом равновесии числа атомов N' и N: любых двух членов ряда и их периоды полураспада Т'_1/2 и Т:_1/2 связаны соотношением: N' Т'_1/2 = = N: T:_1/2. Поэтому чем меньше Т_1/2 к.-л. промежут. члена ряда, тем ниже его содержание в земной коре. Напр., на 1 т U в земной коре приходится ок. 0,34 г ²²⁶Ra (T_1/2 1600 лет) и всего 1,4·10^-9 г ²¹⁸Ро (T_1/2 3,05 мин). Содержание промежут. членов радиоактивных рядов в земной коре медленно снижается по мере распада родоначальника радиоактивного ряда, но за человеческую жизнь практически не изменяется. Благодаря вековому равновесию в земной коре постоянно содержатся нуклиды таких неустойчивых элементов, как Ро, At, Rn, Fr, Ra, Ac и Pa.

Мн. члены естественных радиоактивных рядов имеют исторически сложившиеся названия и символы. Так, ²³⁰Th наз. ионием (символ Io), ²²⁸Th-радиоторием (RdTh), ²²⁷Тh-радиоакти-нием (RdAc), ²²⁰Rn-Topoном (Tn), ²¹⁹Rn-aктионом (An), ²¹⁴Ро-радием-це-штрих (RaC), ²²⁸Ra-мезото-рием-один (MsTh₁). Эти назв. связаны с тем, что в прошлом каждый вновь открытый член радиоактивного ряда рассматривался как новый элемент (радиоэлемент; см. Радиохимия). Лишь с обнаружением изотопии стало ясно, что члены радиоактивных рядов - изотопы соответствующих хим. элементов.

Нек-рые члены радиоактивных рядов распадаются не по одному пути (a-или b-распад), а по двум (т. наз. вилка). Напр., член ряда актиноурана ²²⁷Ас в 988 случаях из 1000 претерпевает b^- -распад, а в 12 случаях-a-распад.

Исследования радиоактивных рядов имели важное значение для развития учения о радиоактивности, обнаружения новых радиоактивных элементов и их изотопов.

Лит. см. при статьях Радиоактивность, Радиохимия.

С. С. Бердоносов.