Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Естественные радиоактивные ряды

В природе существуют три ряда (семейства) радиоактивных ве­ществ: ряд урана-238, ряд тория-232 и ряд урана-235. В каждом ряду с течением времени атомы претерпевают последовательные радио­активные распады, испуская на каждой ступени либо a-, либо b-частицы (с сопровождающим g-излучением или без него) и превра­щаясь в атомы других химических элементов. Испускание a-частицы, представляющей собой ядро гелия (тесный комплекс из двух протонов и двух нейтронов), уменьшает число частиц в ядре (массовое число А) на четыре и число положительно заряженных частиц в ядре (атомный номер Z)на две. Испускание b-частицы оставляет общее число ча­стиц в ядре неизменным, но атомный номер возрастает на единицу, так как этот процесс представляет собой, в сущности, превращение нейтрона в протон и электрон, причем последний вылетает из ядра. Поскольку химическая природа атома определяется атомным но­мером, то при испускании частицы он превращается в атом сосед­него элемента.

Существование в природе этих трех рядов определяется нали­чием в каждом случае родоначального вещества, период полураспада которого сравним с возрастом Земли (~4´10⁹ лет). В ряду урана-238 родоначальником является изотоп урана с массовым числом 238 (²³⁸U) и периодом полураспада 4,51´10⁹ лет; уран ²³⁵U, имеющий период полураспада 7,13´10⁸ лет, служит родона­чальником своего ряда, торий (²³²Th) с периодом полураспада 1,39´10¹⁰ лет является исходным элементом в ториевом ряду. Стабильными конечными продуктами в каждом ряду превращений являются изотопы свинца, соответственно ²⁰⁶РЬ, ²⁰⁷РЬ и ²⁰⁸РЬ.

В каждом из трех рядов встречаются изотопы элемента с Z =86 (благородного газа радона). Эти изотопы распадаются в так называемые “радиоактивные осадки” соответственно тория, радия и актиния, которые состоят из после­довательных короткоживущих дочерних продуктов. Здесь не учиты­ваются продукты, получающиеся в результате распада по слабой ветви. В частности, атомы ближайшего дочернего продукта распада радона (²¹⁶Po, ²¹⁸Po и ²¹⁹Po) оказываются ионизирован­ными, несут положительный заряд и поэтому могут быть собраны на отрицательно заряженный проводник (коллектор), введенный в газ вблизи радиоактивного источника. Это позволяет по распаду этого изотопа построить полную последовательность распада радио­активного осадка; но, конечно, при указанном способе собира­ния ионов на коллектор попадет также некоторая часть дальнейших продуктов распада.

В каждом радиоактивном семействе имеется долгоживущий член, который можно посредством соответствующей химической обработки перевести в форму, удобную для получения радиоактивных осадков. Обычно для этой цели используются Тh²²⁸, Rа²²⁶ и Ас²²⁷. Они обычно находятся в закрытых металлических сосудах, в которые могут быть введены металлические проволочки, пластинки или диски, находящиеся под отрицательным потенциалом, для отбора активного осадка. Для получения значительных актив­ностей коллектор должен выдерживаться в сосуде в течение време­ни, большого по сравнению с периодом полураспада наиболее долгоживущего компонента осадка.

Отметим (см. табл. 1 и 3), что периоды полураспада ²¹⁵Po и ²¹⁶Po столь малы, что за время, затрачиваемое на удаление коллектора из сосуда, эти продукты почти полностью распадаются; в результате активный осадок, по существу, содержит лишь смесь продуктов их дальнейшего распада в переходном равновесии (см. далее). В случае радия (см. табл. 2) уже через полчаса количество ²¹⁸Po становится пренебрежимо малым. Затем этот активный осадок, в отличие от двух других, распадается последовательно на три долгоживущих вещества ²¹⁰Pb, ²¹⁰Bi и ²¹⁰Po, активность которых составляет лишь ~ 3´10^-6 от актив­ности первоначального осадка. В конце концов все эти вещества ряда исчезают с периодом ²¹⁰Pb, а именно около 20 лет.

Из сказанного выше и из приводимых далее схем распада (рис. 2 - 3) можно видеть, что массовые числа членов любого семейства изменяются только при испускании a-частицы. Они могут быть представлены выражением (4 n + 2) для ряда ²³⁸U, (4 n +3) – для ряда ²³⁵U и (4 n) – для ряда тория, где n – целое число. Ряд (4 n + 1) в естественных условиях не встречается. Он был получен искусственно и назван рядом нептуния по имени наиболее долгоживущего его члена – Nр²³⁷, который, между прочим, не является родоначальником этого ряда. Период, полураспада нептуния 2,2´10⁶ лет, что значительно меньше, чем у родоначаль­ников других рядов; по-видимому, этот ряд когда-то существовал на Земле, но в настоящее время практически полностью распался. Эта точка зрения подтверждается обнаружением одного из более ранних членов ряда (4 n + 1) в уранините в концентрации 10^-12. Стабильным конечным продуктом в этом семействе является не сви­нец, а изотоп висмута (Bi²⁰⁹).