Ряды радиоактивных семейств урана и тория. Другие естественные радиоактивные элементы.

 

На рисунке приведена схема радиоактивных превращений се­мейства урана.

 

 

На рисунке приведена схема радиоактивных превращений се­мейства тория.

 

(На этих рисунках стрелками указана последовательность распада. Над стре­л­ками приведены типы излучений, сопровождающие распад, под стрел­ками – периоды полураспада в следующих единицах: л – годы (лет), д -дни, ч – часы, м – минуты, с – секунды.)

В настоящее время известно более 50 естествен­ных радиоак­тивных элементов. К ним относятся тяжелые элементы, входя­щие в состав радиоактивных семейств, и более легкие радиоактивные эле­мен­ты, распад которых ограничивается одним звеном превра­щений.

В число радиоактивных семейств входят элементы семейств урана U238, ак-тиноурана U236 и тория Th232. Представи­тели ряда актиноурана U236 в при­роде встречаются в малых количествах.

Распад этих семейств имеет много общего.

Родоначальники семейств характеризуются самыми большими массо­выми числами и относятся к наиболее долгоживущим. Во всех случаях в результате распада образуются все более легкие элементы. В первой полови­не цепи превращений каждого семей­ства распад сопровождается преимуще­ст­венно испусканием α-ча­стиц, во второй половине преобладает β-распад. В середине цепи превращений каждого семейства имеются радиоактивные газы — эманации ( в ряду урана это радон Rn220, в ряду тория – торон Tn220), отно­ся­щиеся к группе инертных. За эманациями следуют группы короткоживу­щих элементов, часть атомов которых распадается с испусканием α-частиц, а другая часть - β-частиц. Эти элементы образуют разветвления рядов - «вил­ки». Необходимо отметить, что α- и β-распады сопровождаются испусканием γ-квантов различных энергий. Конеч­ным продуктом распада этих двух семейств являются стабильные изотопы свинца РЬ206 и РЬ208.

По суммарной α-активности семейства урана и тория примерно оди­на­ковы, энергетические спектры α-частиц, испускаемых каждым семей­ством в целом, друг от друга существенно не отличаются, энергия α-частиц находит­ся в интервале 2 ÷ 8 Мэв. По суммарной интенсивности β-излучения семей­ства урана и тория существенно не различаются.

Основными γ-излучателями в семействе урана являются про­дукты рас­пада радия (Ra226) и радона (Rn222). Важ­ной особенностью этого семейства является то, что на долю про­дуктов распада урана, расположенных в цепи превращения до радия, приходится всего лишь около 2% от общего γ-излу­чения ряда. Вследствие этого при нарушении в горных по­родах радиоакти­в­ного равновесия между ураном и радием, при­водящего к недостатку радия, γ-активность горных пород резко снижается, и, наоборот, породы, обогащен­ные солями радия или радоном, даже при отсутствии в них урана являются γ-активными. В семействе тория основные γ-излучатели распределены относи­тельно равномерно. Ниже, в таблице, приведены сведения об основных γ-излучателях в рядах урана и тория.

 

Основные γ-излучатели в ряде урана
Изотоп Pb214 Pb214 Bi214 Bi214 Bi214 Bi214  
Е (Мэв) 0.295 0.352 0.609 1.112 1.764 2.204  
% выхода 10.0 19.4 22.3 7.8 8.4 2.6  
Основные γ-излучатели в ряде тория
Изотоп Pb212 Ac228 Tl208 Tl208 Ac228 Ac228 Tl208
Е (Мэв) 0.239 0.338 0.511 0.583 0.911 0.967 2.615
% выхода 22.5 6.2 4.5 15.0 14.5 11.5 17.9

 

Строка «% выхода» в таблице показывает процент γ-квантов данной энергии от суммарного количества γ-квантов, испускаемых всеми изотопами данного ряда в единицу времени. Необходимо отметить, что в обоих рядах излучается примерно по 50 γ-квантов различных энергий, значительная часть которых обла­дает энергией меньшей 250 Кэв. Максимальной энергией γ-квантов в ряде урана обладает Bi214 (2.204 Мэв), в ряде тория - Tl208 (2.615).

К числу радиоактивных элементов, не входящих в состав рас­смотрен­ных семейств, относятся изотопы калия (К40), рубидия (Rb87), индия (In ll5), самария (Sm l47), лютеция (Lu l76), рения (Re l87) и др. Основные характеристи­ки некоторых из этих изото­пов приведены в таблице.

Все одиночные радиоактивные изотопы характеризуются весьма боль­ши­ми периодами полураспада (Т >109 лет). За исключе­нием самария и вольф­ра­ма они распадаются путем К-захвата и β-распада, превращаясь в устойчивый изотоп нового элемента. Содержание в природе большинства из перечисленных радио­активных изотопов, как правило, очень мало. В ядерной геологии и геофизике наибольший интерес представляют радиоактивные изо­то­пы калия (К40) и рубидия (Rb87), распад которых исполь­зуется для опреде­ле­ния возраста пород.

Радиоактивные элементы, не входящие в ряды
Изотоп Продукт превращения Содержание изотопа, % Т, годы Тип распада
K40 Ca40 0.0119 1.3*109 К-захват, β-
Rb87 Sr87 27.8 5*1010 β-
Zr98 Nb98 2.8 6.2*1016 β-
In115 Sn115 95.8 6*1014 β-
Te130 I130 34.1 1.4*1021 β-
La138 Ba138 0.089 7*1010 К-захват
Sm147 Nd143 15.1 6.7*1011 α
Lu176 Hf176 2.6 2.4*1010 β-
W180 Hf176 0.126 2.2*1017 α
Re187 Os187 62.9 4*1012 β-

Наибольший интерес представляет изотоп K40, т.к. распространенность элемента Ca40 в природе огромно – этот элемент входит в состав породообра­зую­щих минералов (например кальцит, известняк, доломит и др.). Другие радиоактивные элементы, не входящие в ряды, за исключением вольфрама, относятся к группе редкоземельных, и их вклад в естественную радиоактив­ность пород ничтожен. В ядерной геофизике эти элементы используются при определении абсолютного возраста пород.

 








Дата добавления: 2015-12-22; просмотров: 2442;


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам перенёс пользу информационный материал, или помог в учебе – поделитесь этим сайтом с друзьями и знакомыми.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2024 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.009 сек.