Явление полураспада радиоактивности
Период полураспада – время T1/2, за которое количество радионуклидов уменьшается вдвое. Периоды полураспада у различных радионуклидов могут изменяться от долей секунды до тысяч лет.
Не следует считать, что за два периода полураспада распадутся все частицы, взятые в начальный момент. Поскольку каждый период полураспада уменьшает число выживших частиц вдвое, за время 2T1/2 останется четверть от начального числа частиц, за 3T1/2 – одна восьмая и т. д. Вообще, доля выживших частиц (или, точнее, вероятность выживания p для данной частицы) зависит от времени t следующим образом:
Период полураспада, среднее время жизни и постоянная распада связаны следующими соотношениями, полученными из закона радиоактивного распада:
Радиоактивные семейства. Все встречающиеся в природе радиоактивные элементы являются звеном длинной цепочки взаимных превращений. Такие цепочки превращений называются радиоактивными рядами или радиоактивными семействами элементов. Переход одних элементов в другие осуществляется путем альфа- и
бета-распадов. Массовые числа при альфа-распаде меняются сразу на четыре, заряд ядра меняется на две единицы и новый элемент отстоит в этом случае на дне клеточки влево по периодической системе (например, 226Ra88 → 222Rn86). При бета-распаде массовые числа не меняются вовсе, так как излучается электрон (те = тр/1840 ). Заряд же ядра увеличивается на единицу, и новый элемент сдвигается вправо на одну клеточку в периодической таблице Д. И. Менделеева. По признаку делимости массовых чисел на 1 и на 4 (соответственно бета-- и альфа-распаду) должны существовать четыре радиоактивных семейства:
1) А=4п,
2) А=4п + 1,
3) А=4п+2,
4) А=4п + 3.
Начинаться радиоактивные семейства должны с самого долгоживущего изотопа (с наибольшим периодом полураспада). Причем, изотопы должны иметь период полураспада, равный 1/10 от времени существования Земли;
Только при таких условиях они могут еще сохраниться до сего времени. Из возможных четырех радиоактивных семейств в природе в естественных условиях существуют только три.. Семейству типа 4n (n=52—58) соответствует ряд тория 232Th90, кончающийся стабильным изотопом свинца 208Рb82 (рис. 1). Для цепочки 4п+2 (п = 51—59) имеется ряд урана 238U, конечным продуктом распада в котором является другой стабильный изотоп-свинца 206Рb82 (рис. 2). Третий естественный ряд 4n+3 (n=51—58) начинается с более легкого изотопа урана 235U92 и по одному из членов ряда называется рядом актиния (раньше этот ряд назывался рядом актиноурана).
Заканчивается он тоже на стабильном изотопе свинца 207Рb82 (рис. 3). Любой из рассмотренных рядов завершается свинцом. Последовательность превращений в них показана на рисунках 1—3, где в скобках приведены старые названия изотопов. По характеру цепей распада и по положению промежуточных членов в периодической системе все три ряда похожи друг на друга. Ученых давно интересовали вопросы: почему из четырех возможных радиоактивных семейств в природе существуют только три? Почему нет в природе элементов тяжелее урана? Теперь ответ ясен — члены четвертого радиоактивного семейства А = 4n + 1 давно распались, так как период полураспада его членов оказался много меньше возраста Земли. В последнее время, когда стало возможно проводить синтез элементов, давно не существующих в природе, удалось «реставрировать» четвертый ряд. Заканчивается он не свинцом, а стабильным изотопом висмута 209Bi83. По имени наиболее долгоживущего члена ряда его назвали рядом нептуния 237
Np93. Цепочка распада членов этого ряда приведена на рис 4
Рис. 1, Естественное семейство тория — 4 n- элементы.
Для радиоактивных рядов характерны некоторые общие закономерности:
· родоначальниками каждого ряда являются альфа-активные радионуклиды, периоды полураспада которых лежат в пределах 108– 1010 лет;
· каждый ряд имеет в середине цепочки превращений изотоп инертного радиоактивного газа, который в зависимости от того, к какому семейству он относится, называют радоном Rn 22286 Rn, торономRn 22086 Tnили актиноном Rn 21986 An;
· за радиоактивным газом в каждом ряду следует относительно короткоживущий элемент .
· короткоживущие радионуклиды семейств испытывают конкурирующие альфа- и бета-распады, в результате екоторых ряды разветвляются;
· каждый ряд заканчивается стабильным изотопом свинца.
Рис.2 Естественное радиоактивное семейство урана (4n+2) -элементы.
На основе представлений о радиоактивных семействах стало возможно установить происхождение тех или иных элементов, наличие или возможное их присутствие в тех или иных рудах. Атомы более тяжелого изотопа урана-238 являются родителями радия, полония и других/
Рис, 3.Естественное радиоактивное семейство актиния (4n+З) -элементы,
![]() ![]() |
Рис. 4. Воссозданное искусственно семейство нептуния— (4n+1) - элементы.