Файл: Баранов, В. И. Радиогеология учебник.pdf

'и Те — позитронный распад.

§ 2. РЯДЫ РАСПАДА

Вскоре после открытия радиоактивных свойств урана и тория было обнаружено, что продукты их распада образуют длинные ря-

ды или семейства последовательно превращающихся радиоактивных изотопов. Все ряды заключаются стабильными изотопами. Харак­ терная черта радиоактивного распада — его необратимость. Каж­

Так как в природных рядах наблюдается только а- и |5-распад, то атомные веса членов одного ряда могут отличаться только на величину, кратную четырем. Отсюда следует, что принципиально

членов природных радиоактивных семейств, то можно убедиться, что они подчиняются этой закономерности. Ряд тория относится к типу An. Все члены этого ряда имеют атомные веса, кратные четы­

Ряд Ап+ \ не был обнаружен в природе. Изотопы, являющиеся членами этого ряда, были получены в результате искусственных ядерных реакций. Это так называемый ряд нептуния. Все входящие в него изотопы имеют периоды полураспада меньше п- 10s лет. Самый долгоживущий из них 93?Np имеет период полураспада 2,25-10° лет. Считают, что значительная часть природного висмута обязана своим происхождением исчезнувшему ряду нептуния. В со­ став семейства нептуния входят изотопы урана, тория, протакти­ ния, таллия, свинца, полония, а также почти не известных в при­ роде элементов — нептуния, плутония, америция, франция, астата. Открытие новых радиоактивных элементов и изотопов позволяет постепенно восстанавливать цепочку от конца к началу. Конечный стабильный продукт ряда нептуния — таллий-205.

Естественные радиоактивные ряды имеют между собой боль­ шое сходство. Конечными стабильными продуктами в семействах урана, тория и актиноурана являются изотопы свинца. В средней части каждого из рядов находится один изотоп радона. Изотопы радона делят ряды на специфические части. Начальные отрезки содержат наиболее долгоживущие члены рядов — изотопы элемен­ тов, расположенных в периодической системе после радона (Fr, Ra, Ac, Th, Pa, U) . Конечные отрезки всех трех семейств сходны даже по внешней конфигурации. В них находятся наиболее .короткоживущие продукты — изотопы свинца, висмута, полония, таллия и ас­ тата.

68

пусканием а-частиц, другая часть — с испусканием р-частиц, обра­ зуя так называемую «вилку». Распад вновь образовавшихся изото­ пов имеет противоположный характер: если изотоп возник в результате а-распада, то он оказывается р-активным; изотоп, образовавшийся в результате р-распада, а-активен. Благодаря та­ кой закономерности эти продукты превращаются в один и тот же

Во всех природных семействах встречается такая последова­ тельность типов распада, при которой за одним а-распадом следу­ ют два р-распада или наоборот. Альфа-распад уменьшает заряд ядра на две единицы, два последующих р-распада увеличивают заряд на две единицы. Таким образом появляется новый изотоп первоначального элемента. Например:

Все члены рядов урана, тория и актиноурана имеют по два названия. Например, торий-230 (2 3 0 Тп) и ионий (1о), висмут-212 ( 2 1 2 Bi) и торий С (ThC) и т. д. Это вызвано историческими причи­ нами. Вскоре после открытия радиоактивности урана и тория ста­

распада считали новыми элементами и давали им самостоятель­ ные названия.

Новые-«элементы» не вмещались в периодическую систему.

69

Исследование химических свойств этих «элементов» показало, что они совпадают с химическими свойствами уже известных эле­ ментов. Все это позволило установить, что каждый химический эле­ мент имеет несколько изотопов, отличающихся друг от друга мас­ совыми числами. Стабильные изотопы были открыты значительно позже. Старые названия продуктов распада урана, тория и актиноурана характеризуют принадлежность изотопов к соответствую­ щему семейству: RaA, RaB, RaC и т. д., находятся в семействе ура­ на пбсле радия; RaTh, MsTh, ThA н т. д. — продукты распада то­ рия; АсХ, RaAc и т. д. — продукты распада актиноурана и нахо­ дятся после актиния.

Индексы А, В, С и другие у продуктов распада радона в каж­ дом семействе характеризуют их химический состав. Продукты с индексом А, С и F являются изотопами полония (RaA, ThA, АсА, ThC, RaC, АсС , RaF). Продукты распада с индексами С и Е —

должителы-юсть их самостоятельного существования соизмерима с длительностью геологических процессов.

Наиболее долгоживущий продукт распада урана — 2 3 4 U . Его период полураспада определяет время установления радиоактив-

70

2 3 4 U ) 23oT h(i0 ), 226Ra, 2 2 2 Rn, 2 I 8 Po(RaA), 2 "Po(RaC), 2 1 0 Po. Они до­ вольно равномерно распределены по всему семейству.

Энергии сс-частиц приведены в приложении 6.

Основные (3-излучатели семейства: 2 3 4 T h ( U X i ) , 2 3 4 Pa(UXo), 2 » P b ( R a B ) , 2 1 4 Bi(RaC), 2 1 0 Pb(RaD) и 2 1 0 Bi(RaE). UX, и RaD об­ ладают |3-излучением сравнительно малой энергии и обычно реги­ стрируются по их короткоживущим продуктам распада UXo и RaE. 'Основными у-излучателями ряда урана являются RaB, RaC и RaC — продукты распада радона. На их долю приходится 98% всего у-излучения семейства. Сдвиг радиоактивного равновесия между ураном и радоном может привести к несоответствию интен­

сивности у-излучения и концентрации урана.

Ряд тория (go2Th)

В семействе тория, за исключением самого 2 3 2 Th, нет долгоживущнх изотопов. Некоторый интерес для радиогеологии представ­ ляет только первая половина семейства, члены которой приведе­ ны в табл. 4.

Самый долгоживущий продукт распада тория — мезоторий I . Его период полураспада равен 6,7 года. Следовательно, радиоак­

71