Калий-40
Калий-40 |
|
Схема распада К-40 Таблица нуклидов |
|
Общие сведения |
|
Название, символ |
Калий-40, 40K |
Нейтронов |
21 |
Протонов |
19 |
Свойства нуклида |
|
Атомная масса |
39,96399848(21)[1] а. е. м. |
Избыток массы |
−33 535,20(19)[1] кэВ |
Удельная энергия связи (на нуклон) |
8 538,083(5)[1] кэВ |
Изотопная распространённость |
0,0117(1) %[2] |
Период полураспада |
1,248·109[2] лет |
Продукты распада |
40Ar, 40Ca |
Спин и чётность ядра |
4−[2] |
Канал распада |
Энергия распада |
β−-распад (~89,28 %) |
1,31107(11)[1] МэВ |
EC (~10,72 %) |
1,50469(19) МэВ |
лий-39, калий-40 и калий-41, из которых радиоактивен только калий-40. Соотношение изотопов в составе природного калия соответствует: калий-39 –93,08 %, калий-41 – 6,91 %, калий-40 – 0,01 %, причем он усваивается любым организмом без изменения изотопного состава/
Kа́лий-40 (лат. Kalium-40) — радиоактивный изотоп химического элемента калия с атомным номером 19 и массовым числом 40. Изотопная распространённость калия-40 в природе составляет 0,0117(1) %[2]. Удельная активность 1 грамма изотопно чистого 40K равна 2,652·105 Бк. Весь природный калий радиоактивен за счёт распадов 40K; удельная активность природного калия равна примерно 31 Бк/г.
Содержание Образование и распад
Весь имеющийся на Земле калий-40 образовался незадолго до возникновения Солнечной системы и самой планеты (4,6 млрд лет назад) и с тех пор постепенно распадался. Своим существованием на сегодняшний день нуклид обязан большому периоду полураспада (1,248·109 лет).
Распад калия-40 происходит по двум направлениям:
β−-распад (вероятность 89,28 %):
захват орбитального электрона (вероятность 10,72 %):
Крайне редко (в 0,001 % случаев) он распадается в 40Ar через позитронный распад, с излучением позитрона (β+) и электронного нейтрино νe:
Биологическая роль
Калий-40 с необходимостью присутствует в живых организмах наряду с двумя другими (стабильными) природными изотопами калия. Концентрация этого элемента в питьевой воде составляет ~3·10−4 мг/л, что приводит к радиоактивности воды на уровне 2·10−12 Ки/л. Эта величина чрезвычайно мала и не ведёт к каким-либо вредным последствиям для организма.
Наличие калия-40 в теле человека обусловливает его природную радиоактивность на уровне 4-5 кБк в зависимости от массы. Это примерно 80-85 % всей радиоактивности организма. Оставшаяся часть исходит от изотопа 14С.
Особенно большую роль во внутреннем облучении организма играет
калий-40 [7]. Он активно поглощается организмом из окружающей среды,
усваивается им и участвует в обмене веществ вместе со стабильными изо-
топами калия, необходимыми для жизнедеятельности человеческого орга-
низма. Калий-40 из почвы через корневую систему поступает в растения и
затем с растительной пищей попадает в организм животных и человека.
Среди дикорастущих растений наиболее интенсивно идет процесс накоп-
ления калия у высших цветковых, несколько ниже он у голосемянных и
минимален у мхов и лишайников. Калий-40 является основным естествен-
ным бета-излучателем, содержащимся в теле любого представителя флоры
и фауны. В табл. 2 [7] показано содержание калия-40 в основных продуктах питания растительного и животного происхождения.
Содержание калия-40 в основных продуктах питания
Продукт |
Содержание калия |
Удельная активность Бк/кг (10-9 Ки/кг)
|
|
Пшеница |
0,5 |
150 (4,0)
|
|
Рожь |
0,6 |
|
|
Горох |
0,9 |
274 (7,4)
|
|
Крупа гречневая |
0,13 |
41 (1,1)
|
|
Картофель |
0,45 |
130 (3,5)
|
|
Морковь |
0,29 |
84 (2,3)
|
|
Лук |
0,15 |
44,4 (1,2) |
|
Огурцы |
0,34 |
100 (2,7)
|
|
|
|
|
|
Клюква |
0,15 |
44,4 (1,2)
|
|
Говядина |
0,37 |
84 (2,3)
|
|
Свинина |
0,1 |
33,3 (0,9)
|
|
Рыба |
0,26 |
77,7 (2,1) |
|
Икра |
0,42 |
127 (3,4)
|
|
Молоко коровье |
0,14 |
44,4 (1,2) |
|
Масло сливочное |
0,014 |
37 (0,1)
|
|
Активность калия-40 в организме человека составляет примерно 2_104 Бк.
Содержание калия в теле человека зависит от пола и возраста. Оно макси-
мально у молодых мужчин и у пожилых женщин. Распределение калия в
различных органах и тканях тела и обусловленные излучением калия-40
мощности поглощенной дозы для взрослого мужчины приведены в табл. 3.
Средняя концентрация калия-40 в тканях взрослого мужчины и годовые
поглощенные дозы, обусловленные этими радионуклидами
Орган или ткань |
Весовое содержа- ние элемента, г/кг
|
Концентрация ак- тивности, Бк/кг
|
Годовая поглощен- ная доза, мкГр
|
Гонады |
2,1 |
64 |
180
|
Легкие |
2,1 |
64 |
180
|
Красный костный мозг
|
4,4 |
130 |
270
|
Эндостальные клет- ки
|
|
|
140
|
Щитовидная железа |
1,1 |
33
|
100 |