Радиоактивные ряды

Радиоакти'вные ряды', радиоактивные семейства, группы генетически связанных радиоактивных изотопов, в которых каждый последующий изотоп возникает в результате a- или b-распада предыдущего. Каждый Р. р. имеет родоначальника — изотоп с наибольшим периодом полураспада T_1/2 . Завершают Р. р. стабильные изотопы.

  Если ядро испускает a-частицу, его заряд (Z) уменьшается на 2, а массовое число (А) — на 4. При испускании b-частицы Z увеличивается на 1, а А не изменяется. Следовательно, в каждом Р. р. массовые числа изотопов могут или быть одинаковыми, или различаться на число, кратное 4. Если значения массовых чисел членов данного Р. р. делятся на 4 без остатка, то такие массовые числа можно выразить общей формулой 4n (где n — некоторое целое число): в тех же случаях, когда при делении на 4 в остатке будет 1, 2 или 3, общие формулы для массовых чисел можно записать как 4n + 1, 4n + 2 или 4n + 3. В соответствии с этими формулами различают 4 Р. р., родоначальниками которых являются

 (ряд 4n);  (4n + 1); (4n + 2); (4n + 3). Сами Р. р. обычно называют по их родоначальникам. Поэтому говорят о Р. р. тория, нептуния, урана (²³⁸U) и актино-урана (²³⁵U). Иногда ряд ²³⁸U называют рядом урана-радия (наиболее устойчивый изотоп радия ²²⁶Ra — член этого Р. р.). Разумеется, радиоактивный изотоп может входить только в один какой-либо определённый Р. р.

  В природе существуют ряды тория, актиноурана и урана-радия (естественные Р. р.). Это связано с тем, что периоды полураспада ²³²Th (T_1/2 = 1,41×10¹⁰ лет), ²³⁵U (T_1/2 = 7,13×10⁸ лет) и ²³⁸U (T_1/2 = 4,51×10⁹ лет) соизмеримы с возрастом Земли (несколько миллиардов лет), и эти изотопы ещё не успели полностью распасться. Заканчиваются естественные Р. р. изотопами свинца ²⁰⁸Pb, ²⁰⁷Pb и ²⁰⁶Pb.

  Период полураспада ²³⁷Np составляет 2,14×10⁶ лет. Поэтому нептуния и членов его Р. р. в природе нет; все они были получены в 40—50-х гг. 20 в. искусственно, с помощью ядерных реакций. Завершается ряд ²³⁷Np стабильным ²⁰⁹Bi. Каждый Р. р. содержит как долгоживущие, так и короткоживущие изотопы (см. рис.). Если изотоп принадлежит к естественному Р. р., то он обязательно присутствует в природе, даже если скорость распада его ядер очень велика. Связано это с тем, что в Р. р. с течением времени устанавливается т. н. вековое равновесие. Время достижения такого равновесия во всём ряду приблизительно равно 10 периодам полураспада самого долгоживущего промежуточного члена ряда. При вековом равновесии скорости образования изотопа и его распада равны. Поэтому содержание такого изотопа остаётся практически неизменным в течение столетий. Оно с неизмеримо малой скоростью уменьшается лишь по мере распада родоначальника ряда.

  Установлением векового равновесия в естественных Р. р. объясняется присутствие в природе таких относительно малоустойчивых радиоактивных химических элементов, как протактиний, актиний, радий, франций, радон, астат и полоний. Содержание каждого из них в природе тем ниже, чем меньше T_1/2 соответствующих изотопов — членов Р. р. Так, на 1 т урана в природе приходится всего около 0,34 г изотопа ²²⁶Ra, имеющего T_1/2 около 1600 лет.

  Большинство членов естественных Р. р. имеет специальные названия и символы (см. рис.). Например, изотоп ²³⁰Th называется ионием (символ Io); ²¹⁴Po — радием-це-штрих (RaC'), a ²²⁸Ra — мезоторием-один (MsTh₁). Эти названия возникли исторически ещё до появления понятия об изотопах.

  Некоторые изотопы — члены Р. р. — распадаются не по одному пути (a-, или b-распад), а по двум. Ядра таких изотопов в одних случаях испускают a-частицы, в других b-частицы. Например, ²²⁷Ac в ряду актиноурана в 988 случаях из 1000 претерпевает (a-распад, а в 12 случаях — b-распад. Вероятность распада по каждому пути (в процентах) указана числами около стрелок, соответствующих a- и b-распаду такого изотопа.

  Лит. см, при ст. Радиоактивность.

  С. С. Бердоносов.

Радиоактивные семейства

Радиоакти'вные семе'йства, то же, что радиоактивные ряды.

Радиоактивные элементы

Радиоакти'вные элеме'нты, химические элементы, все изотопы которых радиоактивны. К числу Р. э. принадлежат технеций (атомный номер 43), прометий (61), полоний (84) и все последующие элементы в периодической системе Менделеева. К 1975 известно 25 Р. э. Те из них, которые расположены в периодической системе за ураном, называются трансурановыми элементами. 14 Р. э. с атомным номером 90—103 во многом сходны между собой; они составляют семейство актиноидов. Из природных Р. э. только два — торий (атомный номер 90) и уран (92) имеют изотопы, периоды полураспада которых (T_1/2) сравнимы с возрастом Земли. Это ²³²Th (T_1/2 = 1,41×10¹⁰ лет), ²³⁵U (T_1/2 = 7,13×10⁸ лет) и ²³⁸U (T_1/2 = 4,51×10⁹ лет). Поэтому торий и уран сохранились на нашей планете со времён её формирования и являются первичными Р. э. Изотопы ²³²Th, ²³⁵U и ²³⁸U дают начало естественным радиоактивным рядам, в состав которых входят в качестве промежуточных членов вторичные природные Р. э. с атомный номер 84—89 и 91. Периоды полураспадов всех изотопов этих элементов сравнительно невелики, и, если бы их запасы не пополнялись непрерывно за счёт распада долгоживущих изотопов U и Th, они давно бы уже полностью распались.

  Р. э. с атомный номер 43, 61, 93 и все последующие называются искусственными, т.к. их получают с помощью искусственно проводимых ядерных реакций. Это деление Р. э. на природные и искусственные довольно условно; так, астат (атомный номер 85) был сначала получен искусственно, а затем обнаружен среди членов естественных радиоактивных рядов. В природе найдены также ничтожные количества технеция, прометия, нептуния (атомный номер 93) и плутония (94), возникающих при делении ядер урана — либо спонтанном, либо вынужденном (под действием нейтронов космических лучей и др.).

  Два Р. э. — Th и U — образуют большое число различных минералов. Переработка природного сырья позволяет получать эти элементы в больших количествах. Р. э. — члены естественных радиоактивных рядов — могут быть выделены радиохимическими методами из отходов производства Th и U, а также из торий- или урансодержащих препаратов, хранившихся долгое время. Np, Pu и др. лёгкие трансурановые элементы получают в атомных реакторах за счёт ядерных реакций изотопа ²³⁸U с нейтронами. С помощью различных ядерных реакций получают и тяжёлые трансурановые элементы Tc и Pm образуются в атомных реакторах и могут быть выделены из продуктов деления.