ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 18.10.2024
Просмотров: 88
Скачиваний: 0
Р-излучатели: 2 2 8 Ra (MsThI), 2 2 8 Ac(MsThII), 2 I 2 Pb(ThB), 2 I 2 Bi(ThC),
2 0 8 Tl(ThC") .
Мезоторнй I (2 2 8 Ra) излучает р-частицы малой энергии. Его обычно измеряют по жесткому р-излучению мезоторня I I (2 2 8 Ас).
Основные у-излучатели: MsThll, RaTh, ThB, ThC, ThC". ThC" обладает наиболее высокой энергией у-квантов среди всех природ ных у-излучателей.
Все а-, Р- и у-излучатели довольно |
равномерно распределены |
в семействе тория. |
|
|
235 |
Ряд актиноурана (92 U) |
|
Родоначальник ряда — 2 3 5 U имеет |
самый маленький период |
полураспада среди самостоятельно существующих долгоживущих
изотопов. За время существования химических элементов 2 |
3 5 U рас |
||||
падался значительно быстрее 2 |
3 8 U и к настоящему времени его оста |
||||
лось в 138 раз меньше, чем 2 |
3 S |
U . В связи с этим и распространен |
|||
ность его продуктов распада |
очень невелика. Интерес представля |
||||
ет прежде |
всего сам 2 3 5 U |
благодаря своей способности |
делиться |
||
под действием медленных |
нейтронов. |
|
|||
В радиогеологии используют наиболее долгоживущий предста |
|||||
витель ряда |
актиноурана |
— протактиний-231. Его период |
полурас |
||
пада равен |
34 тыс. лет и определяет время установления |
равнове |
|||
сия в ряду — порядка 200 тыс. лет.
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
5 |
|
|
Члены ряда актиноурана |
|
|
|
||
Индекс |
Старое |
Название |
Тип |
Период |
|
|
обозначение |
распада |
полураспада |
|
|||
235 и |
AcU |
актиноуран |
а |
713 млн. лет |
||
9 2 и |
||||||
1 1 * |
Ра |
протактиний |
а |
325 |
тыс. лет |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 > |
Ас |
актинии |
Р |
21,6 лет |
|
|
|
RaAc |
радиоактиний |
а |
18,2 дня |
|
|
з |
АсХ |
актиний X |
а |
11,4 дня |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 > |
An |
актинон |
а |
4,0 сек |
|
|
В табл. 5 приведены наиболее важные представители этого |
||||||
ряда. Он заканчивается стабильным изотопом |
свинца |
2 0 7 Р Ь . |
||||
В ряду 8 основных |
а-излучателей |
( 2 3 5 U , 2 3 1 Р а , |
2 2 7 Th, 2 2 3 Ra, |
|||
2 1 9 Rn, 2 | 5 Р о , 2 I 1 Po, 2 1 1 B i ) и 4 р-излучателя |
(2 3 ! Th, |
2 2 7 Ас, 2 1 1 Pb, |
2 0 7 Т1). |
|||
Альфа-активность актиниевого ряда |
составляет не более 5%' |
|||||
от а-активности |
ряда урана. |
|
|
|
|
|
72
Вымершие члены естественных радиоактивных рядов
Искусственное получение радиоактивных изотопов привело к открытию новых элементов и изотопов и позволило в пределах со временных знаний реконструировать вымерших предшественников существующих в природе семейств.
Найдено, что эйнштейний-254 испытывает р-распад и четыре последующих а-распада, превращаясь в 2 3 8 U :
|
"EEs Л № |
i |
A 2 9 I ° c f - |
Sfcm:-S |
i f p u |
д | ? и - > |
|
||||
Периоды полураспада |
«предков» меньше |
105 |
лет, поэтому |
они не |
|||||||
сохранились до наших дней. |
|
|
|
|
|
|
|
||||
Интересно, что |
в |
природе |
обнаружены |
следы |
2 4 4 Р и |
(7"1 /2 = |
|||||
= 7,6-107 лет). Считают, что 2 4 4 Р и — остаток |
начального |
вымер- |
|||||||||
|
|
|
|
256 т-. |
|
256 ( п , " |
252 Г ! |
« 248 П |
т |
« 244 |
« |
шего звена ряда тория: |
99 Es—*-i0o Fm—*" 98 Ci - > 9 6 |
Cm - > 9 4 Ри—*• |
|||||||||
240Г Т |
Р 2 4 0 м „ В 240D | |
« |
236г т « |
232т , |
|
|
|
|
|
||
92 U |
93 Мр - * 94 PU |
|
92 U |
go 1П ->•. |
|
|
|
|
|
||
Все члены этого участка ряда имеют периоды |
|
полураспада |
|||||||||
меньше 10s лет. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Считают, |
что искусственно |
полученные изотопы |
2 |
3 9 U , 2 3 9 Np и |
||||||
2 3 9 Pu |
являются |
предшественниками 2 3 5 U . Сравнительно |
быстрый их |
||||||||
распад привел к тому, что в природе были обнаружены лишь нич тожные следы этих изотопов. Схема начального звена ряда распа да актиноурана имеет следующий вид:
2 3 9 г i А 2 3 9 м „ A 2 3 9 D>, А 2 3 5 т т
92 U -> 93 ГМр 94 PU —> 92 U-»
В результате искусственных ядерных реакций было получено несколько побочных рядов распада, сливающихся с главными се
мействами. Главное и побочное семейства |
имеют разных родона |
||||||||
чальников, |
но |
совпадают, |
начиная с некоторого общего члена. |
||||||
Примеры таких побочных рядов приведены ниже. |
|||||||||
|
|
|
|
|
1. Ряд |
урана: |
|
|
|
230т, |
Р^ 230т т " |
226™ |
<* 222п |
" 2 1 8 п „ |
|
" 2 1 4 п „ / Г ) „ Г " \ |
|||
9iTa -» |
92 U - * 90 Th -> 88 Ra -» |
se Rn -» 84 Po (RaC ) ->- |
|||||||
|
226n |
°L 222 л A |
2UU-. « |
214Л |
. « |
210D • / п „ т - . ч |
|||
|
9i Pa -> |
89 Ac |
87 Fr |
85 At -» 8 3 |
Bi (Rab) -> |
||||
|
|
|
|
|
2. Ряд тория: |
|
|
||
2 |
9 f P a - |
i|4 Ac Д |
!2 7 °Fr Д |
I^6 At - |
2 8 3 |
2 Bi (ThC) - |
|||
2 9 3 42 Pu- |
f u 4 |
°#Th-> f 8 0 Ra - |
t ? R n - ua Po(ThC')->. ' |
||||||
Аналогичные побочные ряды существуют для семейства акти ноурана и нептуния. Таким образом, можно предположить, что все эти искусственно образованные изотопы являются «предками» су ществующих в природе семейств.
73
§ 3. РАДИОАКТИВНЫЕ ИЗОТОПЫ - ПРОДУКТЫ ЯДЕРНЫХ РЕАКЦИЙ
Ядерные реакции в атмосфере
Основным источником бомбардирующих частиц, способных вы зывать ядерные реакции в атмосфере, является космическое из лучение галактического и солнечного происхождения. Галактиче
ское излучение обладает наибольшей энергией (102—105 мэв) |
и |
|||
состоит из 84% |
протонов, 14% а-частиц и |
~ 2 % более |
тяжелых |
|
ядер (до Ni включительно). Интенсивность |
солнечного |
излучения |
||
на два порядка |
выше, но энергия частиц не превышает |
500 |
мэв. |
|
Его состав может меняться от вопышки к вспышке и в среднем
представлен на 70% протонами, на 29% |
— |
а-частицами |
и ~ 1 % |
более тяжелых ядер. |
|
|
|
На внешней границе атмосферы плотность потока |
космиче |
||
ских частиц составляет около 1 частицы |
на |
1 см2 в секунду. Кос |
|
мические частицы, благодаря своей высокой энергии, эффективно взаимодействуют с ядрами атомов элементов, входящих в состав атмосферы. Протоны сверхвысоких энергий вызывают реакции рас щепления ядер, в результате чего возникает большое количество разнообразных ядер-осколков, нейтроны, мезоиы, у-фотоны. Про
тоны |
меньших энергий взаимодействуют |
по |
реакциям |
(р, |
хруп) |
||||||||
или |
(рп). |
Все эти реакции |
приводят к появлению в атмосфере ней |
||||||||||
тронного потока, плотность которого 4,3 |
|
нейтр/см2-сек. |
|
|
|
||||||||
Ядерные реакции с участием |
нейтронов вносят основной |
вклад |
|||||||||||
в создание радиоактивных |
изотопов |
в |
атмосфере. |
64% |
нейтронов |
||||||||
взаимодействуют с азотом |
по реакции |
(п, р) |
с образованием |
ра |
|||||||||
диоактивного |
изотопа углерода И С . |
19% |
нейтронов участвуют |
в |
|||||||||
реакциях |
N(n, у), N(/i, а) |
и О (я, |
а). |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
В табл. |
6 приведены |
основные |
сведения |
о |
радиоактивных |
|||||||
изотопах, образующихся в атмосфере, и наиболее вероятные ре акции их образования.
Ядерные реакции в литосфере
Ядерные реакции в литосфере могут возникать под действием •а-частиц, у-фотонов и нейтронов. Энергия (3-частиц, возникающих при естественном (3-распаде, недостаточна, чтобы вызвать ядерные реакции.
А, Р1сточником 7-лучей в литосфере являются естественные радиоактивные элементы. Энергия природных у-лучей не превы шает 3 мэв, что значительно меньше энергии связи нуклонов в ядре для большинства элементов. В связи с этим в природе под действием -у-излучения могут протекать реакции типа (у, п) только на дейтерии и бериллии:
?Н + /у->-}Н + я,
4 Ве - f у -> ®Ве + п.
74
Т а б л и ц а 6
Радиоактивные изотопы, образующиеся во Вселенной (по А. К- Лаврухиной, Г. М. Колесову, 1965)
|
|
|
|
|
|
|
Скорость |
образования, |
|
|
|
Наиболее вероятные реакции |
Сечение |
am/см'1- сек |
|||
Изотоп |
|
|
|
|
||||
|
|
образования |
образова |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
ния, мбарн рассчитан |
найденная |
|
|
|
|
|
|
|
|
ная |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
з Н |
12,25 |
года |
"N(/z, |
3 H ) i 2 C |
п ч - 2 |
:'о, 11—0,3 0,12—0,2 |
||
|
|
|
1 0 О ( р , 3 H ) 1 4 N |
30 |
I — |
|
||
'Be |
53,6 |
дней |
1 4 N(n, |
3p5/z)7Be |
10,9+0,8 |
0.,1 |
0,031 |
|
|
|
|
1 4 N(p, |
4р4я)7 Ве |
0,01 |
0,019 |
||
|
|
|
1 В 0 ( р , |
5р5/г)7 3е |
105+0,7 |
0,075 |
|
|
"Be |
2,5• 10е лет |
1 4 N(p, |
4р/г)1 0 Ве |
— |
0,084 |
— |
||
|
|
|
1 0 О ( р , 5p2n)i°Be |
|
|
|
||
«С |
5,76-Ю3 лет |
"N(/i, |
р)иС |
1700 |
2,0+0,5 |
|
||
|
|
|
" 0 ( р , |
Зр) "С |
9 2 |
|
— |
|
2 2 Na |
2,58 |
года |
расщепление 4 0 Аг |
2,01 |
— |
— |
||
32S i |
710 лет |
|
то же |
2,95 |
— |
0,0002 |
||
32р |
14,2 дня |
|
» |
|
21,54 |
0,00060 |
— |
|
ззр |
24,4 дня |
|
» |
|
15,03 |
0,00055 |
— |
|
35S |
87 дней |
|
» |
|
25,1 |
0,00105 |
— ' |
|
зоС 1 |
ЗЛО6 |
лет |
*°Аг(р, |
Д 2рЗл)з в С1 |
44,3 |
— |
|
|
зоС 1 |
60 мин |
4 0 А г ( р , |
2р)мС1 |
2,83 |
— |
— |
||
|
|
|
4 0 Ar(|j,, |
я)3 9 С1 |
|
|
|
|
3 7 Аг |
32 дня |
4 0 А г ( р , |
рЗ«) 3 7 Аг |
32,8 |
— |
|
||
4 1 Аг |
110 мин |
4 0 А г ( я , |
Y ) 4 *Ar |
— |
— |
— |
||
85К г |
10,3 |
года |
8 4 K r ( ; i , |
у ) 8 5 К г |
— |
— |
— |
|
75
В результате фотоядерной реакции на дейтерии образуется обычный водород и нейтрон. По реакции на бериллии возникает неустойчивый изотоп бериллия 8 Ве и нейтрон. Бериллий-8 почти мгновенно ( T i / 2 = 1 0 - 1 5 сек) распадается на две а-частицы:
SBe-»-2 2He.
Таким образом, обе реакции являются природным источником ней тронов, а вторая, кроме того, — источником а-частиц.
Б. Под действием природных а-частиц могут протекать реак ции типа (а, п) и (а, р) на ядрах, более легких, чем ядра калия (Li, Be, В, N, О, F, Na, Mg, Al, Si, С, S, CI).
Наиболее интенсивна эта реакция на бериллии: fee + *Не -> fC + п.
Реакция является важнейшим источником нейтронов. Радиоактив ные минералы, содержащие ничтожную примесь бериллия, такие, как чевкинит, ортит, цнртолит, оранжит, ниоботанталаты, могут представлять собой естественные нейтронные источники.
В |
качестве |
примера |
образования |
радиоактивного |
изотопа |
|||||
можно |
привести |
реакцию |
17 CI (а, |
п) |
19К. |
В |
результате |
реакции |
||
образуется |
радиоактивный |
изотоп |
калия |
— |
19К, который |
путем |
||||
Р-распада |
превращается в 3 8 Аг с периодом |
полураспада 7,65 |
мин. |
|||||||
В. Важнейшей группой ядерных реакций, протекающих в ли тосфере, являются реакции, возникающие под действием нейтро
нов. Источниками нейтронов в литосфере |
служат реакции типа |
(а, п), (у, п), спонтанное деление урана, |
космические нейтроны. |
Основной источник нейтронов — реакции |
типа (а, п). Они дают |
более 80% нейтронов, встречаемых в земном |
веществе. |
Количество нейтронов, образующееся в том или ином мине рале, зависит от его химического состава и присутствия радио активных элементов. Химические элементы различаются по величи не сечения реакции (а, п). Так, на каждый миллион а-частиц, ис пускаемых изотопами ряда урана, в бериллии образуется 91 нейт рон, а в кремнии — 0,26 нейтрона. В общей сумме земного веще
ства — : — общего числа |
нейтронов |
образуется |
за счет |
самых |
|||
5 |
3 |
|
|
|
|
|
|
распространенных легких элементов: Al, Si, О. |
|
|
|||||
В |
различных |
породах |
величина |
нейтронного |
потока |
различ |
|
на. Так, измерения показали, что в сланцах |
и мраморах она равна |
||||||
5 нейтр/сут-см2, в гранитах |
рапакиви |
— 13 нейтр/сут-см2, |
в поро |
||||
дах бериллиевого |
месторождения — |
1500 |
нейтр/сут-см2. |
|
|||
Вторым по величине вклада источником нейтронов в породах является спонтанное деление тяжелых ядер. Оно составляет около 15% общего количества нейтронов. В урановых минералах более половины нейтронов (до 90%) обязано своим (происхождением спонтанному делению. На одно деление в среднем приходится около двух нейтронов (~'2,6). Подавляющее число актов спон-
76