Радиоактивные ряды. Трансурановые элементы

Котрюмина Е.И.

один искусственный.
Естественные ряды:
ряд тория (4n) — начинается с нуклида Th-232;
ряд радия (4n+2) —

начинается с U-238;
ряд актиния (4n+3) — начинается с U-235.
Искусственный ряд:
ряд нептуния (4n+1) — начинается с Np-237.

ряда, путь к которым от родительского изотопа не проходит через

ветвления, при наступлении векового равновесия равны. Так, активность радия-224 в ториевых образцах через несколько десятков лет после изготовления становится практически равной активности тория-232, тогда как активность таллия-208 (образующегося в этом же ряду при α-распаде висмута-212 с коэффициентом ветвления 0,3594) стремится к 35,94 % от активности тория-232. Характерное время прихода к вековому равновесию в ряде равно нескольким периодам полураспада наиболее долгоживущего (среди дочерних) члена семейства. Вековое равновесие в ряду тория наступает достаточно быстро, за десятки лет, так как периоды полураспадов всех членов ряда (кроме родительского нуклида) не превышают нескольких лет (максимальный период полураспада T1/2=5,7 лет — у радия-228). В ряду урана-235 равновесие восстанавливается примерно за сто тысяч лет (наиболее долгоживущий дочерний член ряда — протактиний-231, T1/2=32760 лет), в ряду урана-238 — примерно за миллион лет (определяется ураном-234,T1/2=245500 лет)

результате альфа-распада массовое число ядер всегда уменьшается на четыре, тогда

как в результате бета-распадов и изомерных переходов массовое число ядра не меняется. Это приводит к тому, что все нуклиды делятся на четыре группы (ряда) в зависимости от остатка целочисленного деления массового числа нуклида на четыре (то есть родительский нуклид и его дочерний нуклид, образовавшийся в результате альфа-распада, будут принадлежать к одной группе). Во всех рядах происходит образование гелия (из альфа-частиц).
Три основных радиоактивных ряда, наблюдающихся в природе, обычно называются рядом тория, рядом радия и рядом актиния. Каждый из этих рядов заканчивается образованием различных стабильных изотопов свинца. Массовый номер каждого из нуклидов в этих рядах может быть представлен в виде A=4n, A=4n+2 и A=4n+3, соответственно.

4n, называется рядом тория. Ряд начинается с встречающегося в природе тория-232 и

завершается образованием стабильного свинца-208.

4n+2, называется рядом радия (иногда называют рядом урана или урана-радия).

Ряд начинается с урана-238 (встречается в природе) и завершается образованием стабильного свинца-206.

4n+3, называется рядом актиния или урана-актиния. Ряд начинается с урана-235 и завершается

образованием стабильного свинца-207.

4n+1, называется рядом нептуния. Ряд начинается с нептуния-237 и завершается образованием стабильного таллия-205.

В этой серии только два нуклида встречаются в природе — висмут-209 и таллий-205. Однако с развитием ядерных технологий в результате ядерных испытаний и радиационных аварий в окружающую среду попали радионуклиды, такие как плутоний-241 и америций-241, которые также могут быть отнесены по массовому числу к началу ряда нептуния. Так как этот ряд был изучен недавно, его изотопы не имеют исторических названий. Слабая альфа-активность висмута-209 была обнаружена лишь в 2003 году, поэтому в более ранних работах он называется конечным (и единственным сохранившимся в природе) нуклидом ряда.

больше чем у урана-92, образующиеся в результате поглощения нейтронов по

схеме:

распада Т. э. в заметных количествах не сохранились в земной

коре. Возраст Земли около 5×109 лет, а период полураспада T1/2 наиболее долгоживущих изотопов Т. э. меньше 107 лет. За время существования Земли Т. э., возникшие в процессе нуклеосинтеза, либо полностью распались, либо их количество резко уменьшилось (до 1012раз). В природных минералах найдены микроколичества 244Pu - наиболее долгоживущего Т. э. (T1/2 ~ 8×106 лет), который, возможно, сохранился на Земле с момента её формирования. В урановых рудах обнаружены следы 237Np (T1/2~ 2,14×106 лет) и 239Pu (T1/2 ~ 2,4×104 лет), которые образуются в результате ядерных реакций с участием ядер U.

в. в Беркли (США) группой учёных под руководством Э.Макмиллана и Г. Сиборга,

удостоенных Нобелевской премии за открытие и изучение этих элементов. Известно несколько способов синтеза Т. э. Они сводятся к облучению мишени потоками нейтронов или заряженных частиц. Если в качестве мишени используется U, то с помощью мощных нейтронных потоков, образующихся в ядерных реакторах или при взрыве ядерных устройств, можно получить все Т. э. до Fm (Z = 100) включительно.

- слияния и деления. В первом случае ядра мишени и

ускоренного иона полностью сливаются, а избыточная энергия образовавшегося возбуждённого составного ядра снимается путём "испарения" нейтронов. С испарением нейтронов конкурирует процесс деления возбуждённого ядра. Для элементов с Z = 104-105 вероятность испарения одного нейтрона в 500-100 раз меньше вероятности деления. Это объясняет малый выход новых элементов: доля ядер, которые "выживают" в результате снятия возбуждения, составляет всего 10-8-10-10 от полного числа ядер мишени, слившихся с частицами. В этом кроется причина того, что за последние 20 лет синтезировано всего 5 новых элементов (Z = 102-106).

выводу, что некоторые сверхтяжёлые элементы могут иметь период полураспада около

108 лет и их микроколичества могли сохраниться на Земле до нашего времени. В 1968 под руководством Флёрова начаты поиски сверхтяжёлых элементов в природе. Исследуются земные минералы, продукты извержения вулканов, геотермальные воды, а также объекты, способные к аккумуляции тяжёлой компоненты космических лучей (железо-марганцевые конкреции со дна океанов, илы донных отложений озёр и морей, метеориты, породы лунного регалита). Изучают образцы, в которых, согласно теоретическим представлениям, могут содержаться химические элементы с Z > 108. Одновременно ведутся исследования с помощью ускорителей многозарядных ионов.