Естественная радиоактивность обусловлена радиоактивными изотопами (нуклидами) - естественными радионуклидами, содержащимися в земной коре и гидросфере и образовавшимися
- в результате нуклеосинтеза еще при возникновении Земли и не распавшихся до настоящего времени (премордиальные радионуклиды). Периоды полураспада премордиальных нуклидов сопоставимы с возрастом Земли;
- в результате ядерных реакций под действием первичных и вторичных космических лучей, постоянно идущих в атмосфере, а частично также в литосфере и в метеоритах (космогенные радионуклиды). Например 14N(n,p)14C.
Премордиальные нуклиды 236U (A = 4n),*
238U (A = 4n + 2), 235U (A = 4n + 3) образуют 3
радиоактивных семейства (ряда) последовательных распадов. К ним с некоторой
натяжкой, так как изотопы этого ряда успели распасться за время существования
Земли, можно отнести четвертый ряд, который начинается c 237Np (A = 4n + 1).
В радиоактивных семействах альфа-распады перемежаются бета-распадами, так как
при альфа-распадах конечные ядра оказываются все дальше от линии
бета-стабильности, т.е. перегружены нейтронами. При уменьшении массового числа
для бета-стабильных ядер отношение количества нейтронов и протонов должно
уменьшаться. После ряда последовательных распадов образуются стабильные ядра с
близким или равным магическим числам количеством протонов и нейтронов (Z=82, N=126)
соответственно 208Pb,
206Pb, 207Pb, 209Bi. Кроме того, к естественным
радионуклидам относятся и долгоживущие радионуклиды середины таблицы Менделеева
40K, 87Rb и др. (см. табл. 1).
Из космогенных радионуклидов основной вклад в естественную
радиоактивность вносят тритий (3H) (общий запас трития в биосфере
-1.3·1018 Бк.) и 14C (общее содержание 8.5·1018 Бк).
Вклад других космогенных радионуклидов (см. табл.1) заметно меньше. Космогенные
радионуклиды используются для датировки, в частности в археологии
(радиоуглеродный метод) и науках о Земле, а также в космофизике для определения
интенсивности космических лучей в далеком прошлом [1,2].
В естественную радиоактивность вносят вклад также продукты
спонтанного деления урана и тория, однако из-за его малой вероятности этот вклад
пренебрежимо мал по сравнению с радиоактивностью техногенного происхождения.
Таблица 1. Премордиальные и космогенные радионуклиды (В таблицу также включены радионуклиды с периодом полураспада большим 1 млн. лет)
| Изотоп | Содержание в естественной смеси |
Период полураспада | Мода распада |
|---|---|---|---|
| 3H | космогенный | 12.33 л | β- |
| 7Be | космогенный | 53.29 д | EC |
| 10Be | космогенный | 1.51·106 л | β- |
| 14C | космогенный | 5730 л | β- |
| 22Na | космогенный | 2.6019 л | EC |
| 36Cl | космогенный | 3.01·105 л | β- 98.1%, EC 1.9% |
| 40K | 0.0117% | 1.277·109 л | β- 89.28%, EC 10.72% |
| 46Ca | 0.004% | >0.28·1016 л | 2β- |
| 48Ca | 0.187% | >4·1019 л | 2β- |
| 50V | 0.250% | 1.4·1017 л | EC 83%, -
17% |
| 50Cr | 4.345% | >1.8·1017 л | 2EC |
| 53Mn | 3.74·106 л | EC | |
| 54Fe | 5.845% | >3.1·1022 л | 2EC |
| 60Fe | 1.5·106 л | β- | |
| 70Zn | 0.62% | >5·1014 л | 2β- |
| 76Ge | 7.83% | 0.8·1025 л | 2β- |
| 79Se | 1.1·106 л | β- | |
| 82Se | 8.73% | 0.83·1020 л | 2β- |
| 78Kr | 0.35% | >0.9·1020 л | 2EC |
| 81Kr | 2.29·105 л | EC | |
| 87Rb | 27.83% | 4.75·1010 л | β- |
| 93Zr | 1.53·106 л | β- | |
| 96Zr | 2.80% | >2.2·1019 л | 2- |
| 92Nb | 3.47·107 л | EC,β-<0.05% | |
| 92Mo | 14.84% | >1.9·1020 л | 2EC |
| 100Mo | 9.63% | 0.95·1019 л | 2β- |
| 97Tc | 4.21·106 л | EC | |
| 98Tc | 4.2·106 л | β- | |
| 107Pd | 6.5·106 л | β- | |
| 106Cd | 1.25% | >2.6·1017 л | 2EC |
| 113Cd | 12.22% | 7.7·1015 л | β- |
| 116Cd | 7.49% | >3.75·1019 л | 2β- |
| 115In | 95.71% | 4.41·1014 л | β- |
| 123Te | 0.89% | >6·1014 л | EC |
| 128Te | 31.74% | 7.7·1024 л | 2β- |
| 130Te | 34.08% | >5.6·1022 л | 2β- |
| 129I | космогенный | 1.57·107 л | β- |
| 124Xe | 0.095% | >1.1·1017 л | 2EC |
| 136Xe | 8.857% | >3.6·1020 л | 2β- |
| 135Cs | 2.3·106 л | β- | |
| 130Ba | 0.106% | >3.5·1014 л | 2EC |
| 138La | 0.090% | 1.05·1011 л | EC 66.4%,β- 33.6% |
| 142Ce | 11.114% | >5·1016 л | 2β- |
| 144Nd | 23.8% | 2.29·1015 л | α |
| 150Nd | 5.6% | >6.8·1018 л | 2β- |
| 146Sm | 10.3·107 л | α | |
| 147Sm | 14.99% | 1.06·1011 л | α |
| 148Sm | 11.24% | 7·1015 л | α |
| 149Sm | 13.82% | >2·1015 л | α? |
| 154Sm | 22.75% | >2.3·1018 л | 2β- |
| 150Gd | 1.79·106 л | α | |
| 152Gd | 0.20% | 1.08·1014 л | α |
| 160Gd | 21.86% | >1.3·1021 л | 2β- |
| 154Dy | 3.0·106 л | α | |
| 170Er | 14.910% | >3.2·1017 л | 2β- |
| 170Yb | 3.04% | >1.6·1018 л | 2β- |
| 176Lu | 2.59% | 3.73·1010 л | β- |
| 174Hf | 0.16% | 2.0·1015 л | α |
| 182Hf | 9·106 л | - |
|
| 180mTa | 0.012% | >1.2·1015 л | β-?,EC? |
| 180W | 0.12% | >7.4·1016 л | α |
| 182W | 26.50% | >8.3·1018 л | α |
| 183W | 14.31% | >1.9·1018 л | α |
| 184W | 30.64% | >4·1018 л | α |
| 186W | 28.43% | >6.5·1018 л | α |
| 187Re | 62.60% | 4.35·1010 л | β-, α<0.0001% |
| 184Os | 0.02% | >5.6·1013 л | α |
| 186Os | 1.59% | 2.0·1015 л | α |
| 190Pt | 0.014% | 6.5·1011 л | α |
| 204Pb | 1.4% | >1.4·1017 л | α? |
| 205Pb | 1.53·107 л | EC | |
| 232Th | 100% | 1.405·1010 л | α, SF 1.2·10-8%, Ne |
| 234U | 0.0054% | 2.455·105 л | α, SF 1.6·10-9%, Mg 1·10-11%, Ne 9·10-12% |
| 235U | 0.7204% | 703.8·106 л | α, SF 7·10-9%, Ne 8·10-10% |
| 238U | 99.2742% | 4.468·109 л | α, SF 5.4·10-5% |
| 237Np | 2.144·106 л | α, SF>2·10-10% | |
| 244Pu | 8.00·107 л | α 99.88%, SF 0.12% | |
| 247Cm | 1.56·107 л | α |
β- - бета-минус-распад, EC - электронный захват или бета-плюс-распад, α - альфа-распад, SF - спонтанное деление. Ne - кластерный распад.
* Это семейство называют также семейством тория (232Th)
- Г.Е. Кочаров "Экспериментальная палеоастрофизика: достижения и перспективы"
- А.В. Блинов. Ускорительная масс-спектрометрия космогенных нуклидов
|
|
