3. Радиоактивные ряды

Атом, образовавшийся в результате радиоактивного превращения, может сам оказаться радиоактивным и обладать собственным характерным излучением и периодом полураспада. Среди естественных радиоактивных веществ это явление является весьма распространенным.

Природные тяжелые радиоактивные элементы образуют три ряда генетически связанных между собой радионуклидов – так называемые радиоактивные семейства. Родоначальниками таких семейств являются ²³⁸Uи ,²³²Th , ²³⁵U (приложения 3,4,5). Каждый член ряда возникает из предыдущего и, в свою очередь, образует последующий. После целого ряда α- и β -превращений каждый из рядов заканчивается образованием стабильного изотопа свинца (²⁰⁶Pb, ²⁰⁷Pb и ²⁰⁸Pb).

Массовые числа членов любого семейства меняются только при испускании α –частицы и, следовательно, могут быть выражены формулами (4n+2) для семейства ²³⁸U, (4n+3) – для семейства ²³⁵U и 4n – для семейства ²³²Th.

В радиоактивных семействах за время, соизмеримое с возрастом Земли, устанавливается радиоактивное равновесие: активности (см. раздел 4) каждого члена одного и того же ряда становятся одинаковыми. Это соотношение сохраняется, пока существует начальный член ряда. Концентрации дочерних продуктов при этом незначительны, например, на 1 грамм урана – 238 приходится 210^-12 грамма радона –222.

Радон является единственным газообразным продуктом, который рождается в процессе распада этих семейств. Наиболее опасны для человека и биоты

радон-222 и радон- 220 ( последний очень часто называют “тороном” по имени исходного материнского нуклида). Высокий вклад торона и других дочерних продуктов распада тория-232 в облучение человека является спецификой формирования доз облучения населения Урала. Накопление торона и продуктов его распада в воздухе жилых помещений связано с повышенным содержанием тория в подстилающих породах и строительных материалах.

1.4. Искусственная радиоактивность. Ядерные реакции

В настоящее время радиоактивные изотопы можно получить при разнообразных ядерных реакциях с использованием в качестве бомбардирующих ядерных частиц протонов, дейтронов и нейтронов, а также гамма-квантов. При бомбардировке ядра-мишени стабильного элемента всеми вышеуказанными частицами происходит или превращение одного элемента в другой (трансмутация элементов), или же образуется изотоп исходного элемента. Образование новых элементов может быть подтверждено химическим анализом.

Реакции радиационного захвата, или реакции активации наблюдаются при столкновении потока медленных нейтронов со стабильными ядрами, которые захватывают их и превращаются в собственный радиоактивный изотоп. Например, изотоп природного фосфора ³²₁₅Р, широко используемый в методе изотопных индикаторов, можно получить при бомбардировке природного фосфора медленными нейтронами:

³¹₁₅Р + ¹₀n → ³²₁₅Р + γ

При этом ядро теряет часть избыточной энергии в форме γ-квантов.

Такая реакция активации наблюдается у стабильных элементов, вызывая наведенную радиоактивность.

В ряде случаев один и тот же радиоактивный изотоп может быть получен при использовании различных ядерных реакций.

Например, указанный выше изотоп фосфора может быть получен при бомбардировке кремния α – частицами

²⁸₁₄Si + ⁴₂Н → ³²₁₅Р + е⁺

При действии на стабильный изотоп серы медленными нейтронами из ядра вылетает протон и образуется тот же изотоп

³²₁₆S + ¹₀n → ³²₁₅Р + ¹₁Н

В результате ядерных реакций в атмосфере образуется космогенные радионуклиды. Синтез ядер, которые используются в методе изотопных индикаторов в качестве метки, обычно проводят именно с помощью ядерных реакций.