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: 2435;