Тема 5 ядерно-физические свойства минералов и горных пород

Ядра состоят из положительно заряженных протонов, определяющих заряд ядра и порядковый номер элемента в периодической системе, и электрически нейтральных нейтронов. Сумма протонов и нейтронов ровна атомному весу элемента. Чем сложнее ядро, тем больше в нем протонов и нейтронов, тем меньше связи между ними и вероятнее ядерные превращения. Поэтому радиоактивны все элементы с порядковым номером больше 81.

Естественная радиоактивность-это способность неустойчивых ядер атомов независимо от внешних условий самопроизвольно изменять свое строение и энергию. Это сопровождается :

испусканием легко регистрируемых приборами  - квантов энергии, b – частиц (электронов) и a – частиц (ядер гелия);
выделением радиогенного тепла;
ионизацией газов, жидкости и твердых тел;
делением тяжелых ядер (в том числе наиболее стабильных, и поэтому наиболее распространенных U и Th) на осколки и радиоактивные ряды с конечными продуктами распада – гелием, аргоном и свинцом;
превращением наиболее распространенного в не радиоактивный с испусканием электрона  и g - кванта, или в нерадиоактивный в результате присоединения электрона , сопровождаемое испусканием g - кванта.

Жесткое электромагнитное излучение частиц или g - квантов с энергией Е=Кn, индивидуальной для каждого вида ядер и вида ядерного превращения. Здесь К – постоянная Планка, n – частота.

Радиометры измеряют интегральную энергию потока g - квантов, а спектрометры измеряют энергии g - квантов.

Радиоактивные превращения - явление случайное, но для большого количества атомов подчиняются закону радиоактивного превращения: количество превращающихся ядер пропорционально количеству радиоактивных ядер с коэффициентом . За время, равное периоду полураспада распадается половина радиоактивных ядер.

У U, Th и K большие периоды полураспада и поэтому они более распространены на Земле, чем другие типы радиоактивных атомов, которые распадаются на порядки быстрее.

С процессами распада и спонтанного деления радиоактивных элементов связано возникновение дефектов кристаллических структур облучаемых минералов и накопление устойчивых конечных продуктов распада – гелия, изотопов свинца, и .

При прохождении через вещество ядерных частиц, электронов и g - квантов происходят преобразования кристаллических структур минералов, их оптических свойств и твердости, например:

возникновение ореолов плеохроизма (окрашенных зон) вокруг включений радиоактивных элементов;
полное разрушение кристаллической решетки с возникновением парамагнитных центров, а также центров свечения, регистрируемых приборами.

Изотоп

Содержание

в земной коре ,%

лет