Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе

Прежде всего необходимо задать вопрос: откуда появились радиоактивные нуклиды в природе? По современным космогоническим представлениям вещество планет образовалось из плазмы (в основном водородной) Звезды, разогретой до десятков и сотен миллионов градусов. При таких температурах протекают термоядерные реакции, в основном слияния ядер водорода 4 Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru H ® Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru He с образованием гелия и выделением огромного количества энергии (26,72МэВ на каждый акт слияния):

Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru H + Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru H ® Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru D +e+ +n

Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru D+ Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru H ® Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru He +g

Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru He + Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru H ® Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru He + e+

4 Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru H ® Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru He +2е++ 26,72 МэВ

Таким образом, энергия Звезд в первую очередь обусловлена синтезом гелия, который, осуществляется в процессе протон-протонного цикла.

Реакции этой серии не являются единственными реакциями слияния, протекающими на Солнце. Во внутренних областях Солнца и в более горячих по сравнению с Солнцем Звездах синтез гелия происходит в ходе углеродно-азотного цикла:

Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru H+ Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru N+g+ 1,9МэВ

Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru N Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru C+е+

Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru C + Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru H ® Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru N +g

Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru N + Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru H ® Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru O +g

Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ruЯдерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru N+e+

Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru N + Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru H ® Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru C + Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru

Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru 4 Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru H ® Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru Hе +2e++(26,72 МэВ)

В процессе эволюции Звезды количество гелия возрастает, при высокой температуре часть гелия ионизирована и ионы гелия ведут себя как высокоэнергетичные альфа-частицы.

Вследствие этого в звездах идут одна за другой многочисленные ядерные реакции, которые приводят к образованию тяжелых атомных ядер. Например:

Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru

Тяжелые ядра возникают также по реакции (p, g):

Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru

С уменьшением содержания водорода на передний план выступают реакции типа:

Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru ,

в ходе которых возникают свободные нейтроны. В результате становятся возможными реакции (n, g), сопровождаемые b - распадом. Далее возникают атомы с более высокими порядковыми номерами и массовыми числами.

В ядерных реакциях особого вида образуется космическое излучение, состоящее из атомных ядер, движущихся с очень большой скоростью и попадающих на Землю из самых далеких областей Вселенной. В первичном космическом излучении около 90 % приходится на долю протонов, имеются также, ядра гелия и более тяжелые атомные ядра. В результате воздействия космических лучей на компоненты газовой смеси азот- кислород, происходит расщепление этих ядер и появляются быстрые нейтроны.

Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru N (p, n) Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru O

Нейтроны действуют на ядра атомов азота, при этом образуется Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru С по реакции

Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru N (n,p) Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru С,

Атомы углерода взаимодействуют с кислородом, образуя Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru СО2.

В верхних слоях атмосферы протекают также реакции

Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru Н (n,g) Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru Н и Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru He (n,p) Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru Н.

Итак, в результате дальнейшего синтеза легких ядер, захвата ядрами нейтронов образуются все элементы Вселенной. Некоторые из радиоактивных элементов имеют такой большой период полураспада, что сохраняются в природе с момента образования Солнечной системы 129I( 1,6·107лет), 244Pu (8,2·107лет), 235U(7,1·107лет), 238U( 4,5·109 лет), 232Th (1,4·1010лет), 40K(1,3·109лет). 235U, 238U, 232Th распадаясь, дают начало радиоактивным семействам. Кроме радиоактивного распада, который приводит к образованию радиоактивных изотопов- членов семейств 235U, 238U и 232Th в природе осуществляется ряд ядерных реакций, приводящих к образованию радионуклидов.

В земной коре под действием альфа-частиц, образующихся в результате альфа-распада урана и тория, происходит ряд ядерных реакций (a,n), в результате которых образуются радиоактивные изотопы и нейтроны. Примером таких реакций служит образование Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru Na из фтора Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru F(a,n) Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru Na

Взаимодействие альфа-частиц с ядрами многих элементов приводит также к образованию нейтронов. Таким образом, альфа-излучающие элементы являются источниками нейтронов в природе.

Нейтроны действуют практически на все химические элементы с образованием радиоактивных изотопов. При действии нейтронов на 238U происходит образование Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru Pu с периодом полураспада 2,4∙104:

Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru U( n, г) Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru U Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru Np Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru Pu Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru ,

Взаимодействие нейтронов с ядрами атомов 238U приводит также к образованию долгоживущего изотопа нептуния с периодом полураспада 2,25∙106 лет:

Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru U(n, 2n) Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru U Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru Np Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru

При действии нейтронов на Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru Th происходит образование Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru U c периодом полураспада 1,63∙105 лет:

Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru Th (n, г) Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru Th Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru Ра Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru U Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru

Однако такие реакции возникают крайне редко, поэтому в природе Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru Np, Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru Pu и 233U накапливаются крайне редко.

В земной коре благодаря ядерным реакциям химических элементов с нейтронами всех водородсодержащих веществ происходит образование трития

Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru Н (n,g) Ядерные реакции и образование радионуклидов в природе - student2.ru Н

Наши рекомендации