Радиоактивные ряды
Радиоакти́вные ряды́ (семейства) — группы изотопов, связанных друг с другом цепочкой радиоактивных превращений.
Выделяют три естественных радиоактивных ряда и один искусственный.
Естественные ряды:
- ряд тория (4n) — начинается с нуклида Th-232;
- ряд радия (4n + 2) — начинается с U-238;
- ряд актиния (4n + 3) — начинается с U-235.
Искусственный ряд (вымерший в природе):
- ряд нептуния (4n + 1) — начинается с Np-237.
После альфа- и бета-радиоактивных превращений ряды заканчиваются образованием стабильных изотопов.
Активности тех членов ряда, путь к которым от родительского изотопа не проходит через ветвления, при наступлении векового равновесия равны. Так, активность радия-224 в ториевых образцах через несколько десятков лет после изготовления становится практически равной активности тория-232, тогда как активность таллия-208 (образующегося в этом же ряду при α-распаде висмута-212 с коэффициентом ветвления 0,3594) стремится к 35,94 % от активности тория-232. Характерное время прихода к вековому равновесию в ряде равно нескольким периодам полураспада наиболее долгоживущего (среди дочерних) члена семейства. Вековое равновесие в ряду тория наступает достаточно быстро, за десятки лет, так как периоды полураспадов всех членов ряда (кроме родительского нуклида) не превышают нескольких лет (максимальный период полураспада T1/2 = 5,7 лет — у радия-228). В ряду урана-235 равновесие восстанавливается примерно за сто тысяч лет (наиболее долгоживущий дочерний член ряда — протактиний-231, T1/2 = 32 760 лет), в ряду урана-238 — примерно за миллион лет (определяется ураном-234, T1/2 = 245 500 лет).
Типы рядов
[править | править код]Тремя наиболее распространёнными видами радиоактивного распада являются α-распад, β±-распад и изомерный переход. В результате альфа-распада массовое число ядер всегда уменьшается на четыре, тогда как в результате бета-распадов и изомерных переходов массовое число ядра не меняется. Это приводит к тому, что все нуклиды делятся на четыре группы (ряда) в зависимости от остатка целочисленного деления массового числа нуклида на четыре (то есть родительский нуклид и его дочерний нуклид, образовавшийся в результате альфа-распада, будут принадлежать к одной группе). Во всех рядах происходит образование гелия (из альфа-частиц).
Три основных радиоактивных ряда, наблюдающихся в природе, обычно называются рядом тория, рядом радия и рядом актиния. Каждый из этих рядов заканчивается образованием различных стабильных изотопов свинца. Массовый номер каждого из нуклидов в этих рядах может быть представлен в виде A = 4n, A = 4n + 2 и A = 4n + 3, соответственно.
Ряд тория
[править | править код]![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/73/Decay_chain%284n%2CThorium_series%29.svg/350px-Decay_chain%284n%2CThorium_series%29.svg.png)
Радиоактивный ряд нуклидов с массовым числом, представимым в виде 4n, называется рядом тория. Ряд начинается с встречающегося в природе тория-232 и завершается образованием стабильного свинца-208.
Нуклид | Историческое обозначение | Историческое название | Вид распада | Период полураспада | Выделяемая энергия, МэВ | Продукт распада |
---|---|---|---|---|---|---|
252Cf | α | 2,645 года | 6,1181 | 248Cm | ||
248Cm | α | 3,4⋅105 лет | 6,260 | 244Pu | ||
244Pu | α | 8⋅107 лет | 4,589 | 240U | ||
240U | β− | 14,1 ч | 0,39 | 240Np | ||
240Np | β− | 1,032 ч | 2,2 | 240Pu | ||
240Pu | α | 6561 год | 5,1683 | 236U | ||
236U | α | 2,3⋅107 лет | 4,494 | 232Th | ||
232Th | Th | Торий | α | 1,405⋅1010 лет | 4,081 | 228Ra |
228Ra | MsTh1 | Мезоторий 1 | β− | 5,75 лет | 0,046 | 228Ac |
228Ac | MsTh2 | Мезоторий 2 | β− | 6,15 ч | 2,124 | 228Th |
228Th | RdTh | Радиоторий | α | 1,9116 года | 5,520 | 224Ra |
224Ra | ThX | Торий X | α | 3,66 дня | 5,789 | 220Rn |
220Rn | Tn (ThEm) | Торон (эманация тория) | α | 55,6 с | 6,404 | 216Po |
216Po | ThA | Торий A | α | 0,145 с | 6,906 | 212Pb |
212Pb | ThB | Торий B | β− | 10,64 ч | 0,570 | 212Bi |
212Bi | ThC | Торий C | β− 64,06 % α 35,94 % |
60,55 мин | 2,252 6,208 |
212Po 208Tl |
212Po | ThC′ | Торий C′ | α | 299 нс | 8,955 | 208Pb |
208Tl | ThC′′ | Торий C′′ | β− | 3,053 мин | 4,999 | 208Pb |
208Pb | ThD | Торий D, ториевый свинец | стабильный |
Ряд нептуния
[править | править код]![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/9/93/Decay_chain%284n%2B1%2CNeptunium_series%29-ru.svg/350px-Decay_chain%284n%2B1%2CNeptunium_series%29-ru.svg.png)
Радиоактивный ряд нуклидов с массовым числом, представимым в виде 4n + 1, называется рядом нептуния. Ряд начинается с нептуния-237 и завершается образованием стабильного таллия-205. В этой серии только два нуклида встречаются в природе — чрезвычайно долгоживущий висмут-209 (период полураспада в миллиард раз превышает возраст Вселенной) и стабильный таллий-205. Однако с развитием ядерных технологий в результате ядерных испытаний и радиационных аварий в окружающую среду попали радионуклиды, такие как плутоний-241 и америций-241, которые также могут быть отнесены по массовому числу к началу ряда нептуния. Так как этот ряд был изучен недавно, его изотопы не имеют исторических названий. Слабая альфа-активность висмута-209 была обнаружена лишь в 2003 году, поэтому в более ранних работах он называется конечным (и единственным сохранившимся в природе) нуклидом ряда.
Нуклид | Вид распада | Период полураспада | Выделяемая энергия, МэВ | Продукт распада |
---|---|---|---|---|
249Cf | α | 351 год | 5,813 + 0,388 | 245Cm |
245Cm | α | 8500 лет | 5,362 + 0,175 | 241Pu |
241Pu | β− | 14,4 года | 0,021 | 241Am |
241Am | α | 432,7 года | 5,638 | 237Np |
237Np | α | 2,14⋅106 лет | 4,959 | 233Pa |
233Pa | β− | 27,0 д | 0,571 | 233U |
233U | α | 1,592⋅105 лет | 4,909 | 229Th |
229Th | α | 7340 лет | 5,168 | 225Ra |
225Ra | β− | 14,9 д | 0,36 | 225Ac |
225Ac | α | 10,0 д | 5,935 | 221Fr |
221Fr | α | 4,8 мин | 6,3 | 217At |
217At | α | 32 мс | 7,0 | 213Bi |
213Bi | β− 97,80 % α 2,20 % |
46,5 мин | 1,423 5,87 |
213Po 209Tl |
213Po | α | 3,72 мкс | 8,536 | 209Pb |
209Tl | β− | 2,2 мин | 3,99 | 209Pb |
209Pb | β− | 3,25 ч | 0,644 | 209Bi |
209Bi | α | 1,9⋅1019 лет | 3,14 | 205Tl |
205Tl | стабильный |
Ряд радия
[править | править код]![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/d/de/Decay_chain%284n%2B2%2C_Uranium_series%29-ru.svg/350px-Decay_chain%284n%2B2%2C_Uranium_series%29-ru.svg.png)
Радиоактивный ряд нуклидов с массовым числом, представимым в виде 4n + 2, называется рядом радия (иногда называют рядом урана или урана-радия). Ряд начинается с урана-238 (встречается в природе) и завершается образованием стабильного свинца-206.
Нуклид | Историческое обозначение | Историческое название | Вид распада | Период полураспада | Выделяемая энергия, МэВ | Продукт распада |
---|---|---|---|---|---|---|
238U | UI | Уран I | α | 4,468⋅109 лет | 4,270 | 234Th |
234Th | UX1 | Уран X1 | β− | 24,10 сут | 0,273 | 234Pam |
234Pam | UX2 | Уран X2, бревий | β− 99,84 % изомерный переход 0,16 % |
1,16 мин | 2,271 0,074 |
234U 234Pa |
234Pa | UZ | Уран Z | β− | 6,70 ч | 2,197 | 234U |
234U | UII | Уран II | α | 245500 лет | 4,859 | 230Th |
230Th | Io | Ионий | α | 75380 лет | 4,770 | 226Ra |
226Ra | Ra | Радий | α | 1602 года | 4,871 | 222Rn |
222Rn | Rn (RaEm) | Радон (эманация радия) | α | 3,8235 д | 5,590 | 218Po |
218Po | RaA | Радий A | α 99,98 % β− 0,02 % |
3,10 мин | 6,115 0,265 |
214Pb 218At |
218At | RaAt | Астат | α 99,90 % β− 0,10 % |
1,5 с | 6,874 2,883 |
214Bi 218Rn |
218Rn | AtEm | эманация астата | α | 35 мс | 7,263 | 214Po |
214Pb | RaB | Радий B | β− | 26,8 мин | 1,024 | 214Bi |
214Bi | RaC | Радий C | β− 99,98 % α 0,02 % |
19,9 мин | 3,272 5,617 |
214Po 210Tl |
214Po | RaC′ | Радий C′ | α | 0,1643 мс | 7,883 | 210Pb |
210Tl | RaC′′ | Радий C′′ | β− | 1,30 мин | 5,484 | 210Pb |
210Pb | RaD | Радий D | β− | 22,3 года | 0,064 | 210Bi |
210Bi | RaE | Радий E | β− 99,99987 % α 0,00013 % |
5,013 сут | 1,426 5,982 |
210Po 206Tl |
210Po | RaF | Радий F, полоний | α | 138,376 сут | 5,407 | 206Pb |
206Tl | RaE′′ | Радий E′′ | β− | 4,199 мин | 1,533 | 206Pb |
206Pb | RaG | Радий G, урановый свинец | - | стабильный | - | - |
Ряд актиния
[править | править код]![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/5/50/Decay_chain%284n%2B3%2C_Actinium_series%29-ru.svg/350px-Decay_chain%284n%2B3%2C_Actinium_series%29-ru.svg.png)
Радиоактивный ряд нуклидов с массовым числом, представимым в виде 4n + 3, называется рядом актиния или урана-актиния. Ряд начинается с урана-235 и завершается образованием стабильного свинца-207.
Нуклид | Историческое обозначение | Историческое название | Вид распада | Период полураспада | Выделяемая энергия, МэВ | Продукт распада |
---|---|---|---|---|---|---|
239Pu | α | 2,41⋅104 лет | 5,244 | 235U | ||
235U | AcU | Актиноуран | α | 7,04⋅108 лет | 4,678 | 231Th |
231Th | UY | Уран Y | β− | 25,52 ч | 0,391 | 231Pa |
231Pa | Pa | Протактиний | α | 32760 лет | 5,150 | 227Ac |
227Ac | Ac | Актиний | β− 98,62 % α 1,38 % |
21,772 года | 0,045 5,042 |
227Th 223Fr |
227Th | RdAc | Радиоактиний | α | 18,68 сут | 6,147 | 223Ra |
223Fr | AcK | Актиний K | β− 99,994 % α 0,006 % |
22,00 мин | 1,149 5,340 |
223Ra 219At |
223Ra | AcX | Актиний X | α | 11,43 сут | 5,979 | 219Rn |
219At | AcAtI | Актиноастат I | α 97,00 % β− 3,00 % |
56 с | 6,275 1,700 |
215Bi 219Rn |
219Rn | An (AcEm) | Актинон (эманация актиния) | α | 3,96 с | 6,946 | 215Po |
215Bi | β− | 7,6 мин | 2,250 | 215Po | ||
215Po | AcA | Актиний A | α 99,99977 % β− 0,00023 % |
1,781 мс | 7,527 0,715 |
211Pb 215At |
215At | AcAtII | Актиноастат II | α | 0,1 мс | 8,178 | 211Bi |
211Pb | AcB | Актиний B | β− | 36,1 мин | 1,367 | 211Bi |
211Bi | AcC | Актиний C | α 99,724 % β− 0,276 % |
2,14 мин | 6,751 0,575 |
207Tl 211Po |
211Po | AcC′ | Актиний C′ | α | 516 мс | 7,595 | 207Pb |
207Tl | AcC′′ | Актиний C′′ | β− | 4,77 мин | 1,418 | 207Pb |
207Pb | AcD | Актиний D, актиниевый свинец | стабильный |
См. также
[править | править код]Литература
[править | править код]- Lederer C. M., Hollander J. M., Perlman I. Table of Isotopes (англ.). — 6th Ed. — New York: John Wiley & Sons, 1968.
- Радиоактивные ряды // Таблицы физических величин : Справочник / Под ред. акад. И. К. Кикоина. — М.: Атомиздат, 1976. — С. 872—873. — 1008 с.
- Decay chains
- National Nuclear Data Center