Радиоактивные семейства
(ряды) - генетически связанные последовательным
радиоактивным распадом цепочки (ряды) ядер естественного происхождения.
Наиболее тяжелыми стабильными ядрами являются изотопы свинца
206Pb, 207Pb, 208Pb (Z = 82)
и висмут 209Bi (Z = 83). Химические элементы с Z > 83 нестабильны
и распадаются в результате α-, β-распадов или спонтанного деления. В естественных
условиях на Земле в настоящее время существует около 40 α-радиоактивных
изотопов, самые тяжелые из которых − торий 232Th (Z = 90) и изотопы
урана 234U, 235U, 238U (Z = 92). Их периоды
полураспада и содержание в естественной смеси приведены в таблице.
Характеристики наиболее долгоживущих изотопов урана, тория и нептуния
Изотоп |
Период полураспада, лет |
Содержание (%) в |
Какой радиоактивный ряд образует |
232 Th |
1.41.1010 |
100 |
А = 4n |
234 U |
2.46.105 |
0.0054 |
А = 4n + 2 |
235 U |
7.04.108 |
0.7204 |
А = 4n + 3 |
236 U |
2.34.107 |
0 |
А = 4n |
238 U |
4.47.109 |
99.2742 |
А = 4n + 2 |
237 Np |
2.14.106 |
0 |
А = 4n + 1 |
В этой же таблице приведены данные для изотопов
236U и 237Np (нептуний), которые когда-то были на
Земле, но успели распасться. Представленные в таблице изотопы являются “родоначальниками”
цепочек ядер, возникающих при их последовательных α-распадах. Поскольку,
при каждом из таких распадов число нуклонов А уменьшается на 4, то массовые
числа изотопов одного ряда можно представить в виде числа n этих четверок
+ некоторое фиксированное для каждого ряда целое число от 0 до 3: A =
4n,
4n +1,
4n + 2,
4n + 3. В таблице указано, к какому ряду относится каждый из представленных
в этой таблице изотопов.
Таким образом, имеем четыре радиоактивных семейства (ряда). Три
из них (А = 4n, 4n+2 и 4n+3) включают изотопы, присутствующие в настоящее
время на Земле. Четвертый ряд А = 4n + 1, родоначальником которого является
237Np, состоит из ядер, радиоактивные изотопы которого успели
распасться за время существования Земли.
После цепочки последовательных распадов в конце каждого ряда
образуются стабильные ядра с близкими или равными магическим числам количествами
протонов и нейтронов (Z = 82, N = 126), соответственно 208Pb
(4n), 206Pb (4n + 2), 207Pb (4n + 3), 209Bi
(4n + 1). α-Распады изотопов каждого ряда перемежаются β-распадами, так
как при α-распадах конечные ядра оказываются все дальше от линии β-стабильности,
т.е. перегружены нейтронами. При этом, конечно, невозможен переход ядер
из одного семейства в другое. С учётом сказанного, структура радиоактивных
семейств в сжатом виде может быть представлена следующим образом:
α |
|||
А = 4n: | 236U | 232Th … 208Pb, | |
А = 4n+ 1: | 237Np … 209Bi, | ||
А = 4n+ 2: | 238U … 206Pb, | ||
А = 4n+ 3: | 235U … 207Pb. |
См. также Радиоактивные ряды