Szereg promieniotwórczy
Szereg promieniotwórczy – łańcuch radionuklidów powstających w wyniku kolejnych rozpadów promieniotwórczych; szereg tego typu kończy się nuklidem trwałym lub rozszczepiającym się samorzutnie[1]. Przemiany jądrowe zachodzące w szeregach to głównie rozpady typu alfa (α) i beta minus (β−). Niektóre jądra promieniują na obydwa sposoby, przez co szeregi promieniotwórcze bywają rozgałęzione.
W 1913 roku Frederick Soddy i Kazimierz Fajans niezależnie opisali prawo przesunięć – w rozpadzie alfa (α) powstający nuklid ma zmniejszoną liczbę atomową (Z) o 2 i liczbę masową (A) o 4, a w rozpadzie beta minus (β−) liczba atomowa wzrasta o 1.
W przyrodzie istnieją cztery główne szeregi promieniotwórcze: uranowo-radowy, torowy, uranowo-aktynowy i neptunowy, zbiorczo nazywane rodziną promieniotwórczą[2].
Nuklidy szeregu neptunowego mają krótki okres rozpadu, przez co w przyrodzie występują jedynie w znikomych ilościach, powstając w wyniku przemian jądrowych wywołanych promieniowaniem zewnętrznym[3]. Występujące w naturze szeregi rozpoczynają się izotopem promieniotwórczym o długim okresie półtrwania[3].
Przynależność nuklidów do szeregów promieniotwórczych
[edytuj | edytuj kod]O tym, do którego szeregu należy dany nuklid, decyduje jego liczba masowa A. W rozpadzie promieniotwórczym liczba masowa zmienia się o 4 poprzez emisję cząstki α; można to przedstawić wzorem[3]:
gdzie:
- – liczba całkowita,
- – przyjmuje wartości 0, 1, 2, 3.
W ten sposób otrzymuje się 4 szeregi promieniotwórcze:
- występujące naturalnie w przyrodzie:
- sztuczny
- (m = 1) neptunowy – 237Np → 209Bi
Poszczególne szeregi
[edytuj | edytuj kod]Uranowo-radowy
[edytuj | edytuj kod]Szereg rozpoczyna się izotopem uranu 238U o okresie półtrwania wynoszącym 4,5 miliarda lat, a kończy na stabilnym ołowiu 206Pb. Szereg opisuje wzór 4n + 2 i należy do niego 16 nuklidów, między innymi: 238U, 234U, 226Ra, 222Rn, 210Po, 206Pb.
Nuklid | Typ rozpadu | Czas połowicznego rozpadu | Uwolniona energia, MeV | Produkt rozpadu |
---|---|---|---|---|
U 238 | α | 4,51×109 lat | 4,270 | Th 234 |
Th 234 | β− | 24,10 d | 0,273 | Pa 234 |
Pa 234 | β− | 1,18 min | 2,197 | U 234 |
U 234 | α | 2,44×105 lat | 4,859 | Th 230 |
Th 230 | α | 7,50×104 lat | 4,770 | Ra 226 |
Ra 226 | α | 1599 lat | 4,871 | Rn 222 |
Rn 222 | α | 3,823 d | 5,590 | Po 218 |
Po 218 | α | 3,05 min | 6,88 | Pb 214 |
Pb 214 | β− | 26,8 min | 1,024 | Bi 214 |
Bi 214 | β− 99,98% α 0,02% |
19,7 min | 3,272 5,617 |
Po 214 Tl 210 |
Po 214 | α | 0,162 ms | 7,883 | Pb 210 |
Tl 210 | β− | 1,32 min | 5,484 | Pb 210 |
Pb 210 | β− | 22,3 lat | 0,064 | Bi 210 |
Bi 210 | β− 99,99987% α 0,00013% |
5,0 d | 1,426 5,982 |
Po 210 Tl 206 |
Po 210 | α | 138,375 d | 5,407 | Pb 206 |
Pb 206 | – | trwały | – | – |
Uranowo-aktynowy
[edytuj | edytuj kod]Szereg rozpoczyna się izotopem uranu 235U o okresie półtrwania wynoszącym 700 milionów lat a kończy na stabilnym ołowiu 207Pb. Szereg opisuje wzór 4n + 3 i należy do niego 14 nuklidów, między innymi: 235U, 231Pa, 223Ra.
Nuklid | Typ rozpadu | Czas połowicznego rozpadu | Uwolniona energia, MeV | Produkt rozpadu |
---|---|---|---|---|
U 235 | α | 6,96×108 lat | 4,678 | Th 231 |
Th 231 | β− | 25,64 h | 0,391 | Pa 231 |
Pa 231 | α | 32760 lat | 5,150 | Ac 227 |
Ac 227 | β− 98,62% α 1,38% |
21,772 lata | 0,045 5,042 |
Th 227 Fr 223 |
Th 227 | α | 18,72 d | 6,147 | Ra 223 |
Fr 223 | β− | 21,8 min | 1,149 | Ra 223 |
Ra 223 | α | 11,434 d | 5,979 | Rn 219 |
Rn 219 | α | 3,920 s | 6,946 | Po 215 |
Po 215 | α 99,99977% β− 0,00023% |
1,78 ms | 7,527 0,715 |
Pb 211 At 215 |
Pb 211 | β− | 36,1 min | 1,367 | Bi 211 |
Bi 211 | α 99,724% β− 0,276% |
2,15 min | 6,751 0,575 |
Tl 207 Po 211 |
Po 211 | α | 510 ms | 7,595 | Pb 207 |
Tl 207 | β− | 4,79 min | 1,418 | Pb 207 |
Pb 207 | – | trwały | – | – |
Torowy
[edytuj | edytuj kod]Szereg rozpoczyna się izotopem toru 232Th o okresie półtrwania wynoszącym 14 miliardów lat, a kończy stabilnym ołowiem 208Pb. Szereg jest opisanym wzorem 4n + 0, należy do niego 12 nuklidów, między innymi: 232Th, 228Th, 228Ra, 220Rn.
Nuklid | Typ rozpadu | Czas połowicznego rozpadu | Uwolniona energia, MeV | Produkt rozpadu |
---|---|---|---|---|
Th 232 | α | 1,405×1010 lat | 4,081 | Ra 228 |
Ra 228 | β− | 5,75 lat | 0,046 | Ac 228 |
Ac 228 | β− | 6,13 h | 2,124 | Th 228 |
Th 228 | α | 1,913 lat | 5,520 | Ra 224 |
Ra 224 | α | 3,64 d | 5,789 | Rn 220 |
Rn 220 | α | 54,5 s | 6,404 | Po 216 |
Po 216 | α | 0,158 s | 6,906 | Pb 212 |
Pb 212 | β− | 10,64 h | 0,570 | Bi 212 |
Bi 212 | β− 64,06% α 35,94% |
60,55 min | 2,252 6,208 |
Po 212 Tl 208 |
Po 212 | α | 3×10−7 s | 8,955 | Pb 208 |
Tl 208 | β− | 3,0 min | 4,999 | Pb 208 |
Pb 208 | – | trwały | – | – |
Neptunowy
[edytuj | edytuj kod]Szereg rozpoczyna się izotopem neptunu 237Np o okresie półtrwania 2,1 miliona lat, a kończy na stabilnym bizmucie 209Bi. Szereg opisany jest wzorem 4n + 1 i należy do niego 13 nuklidów, między innymi: 237Np, 233U, 229Th.
Szereg neptunowy występuje jedynie w wyniku sztucznego otrzymywania (naświetlanie uranu strumieniem neutronów). Okres półtrwania neptunu jest około 2000 razy krótszy od wieku Ziemi przez co zostały jedynie niewykrywalne jego ilości. Obecnie w rudach uranowych występuje go ok. 1,8×10−10%, tj. ok. 2 atomy neptunu na bilion (1012) atomów uranu.
Nuklid | Typ rozpadu | Czas połowicznego rozpadu | Uwolniona energia, MeV | Produkt rozpadu |
---|---|---|---|---|
Np 237 | α | 2,14×106 lat | 4,959 | Pa 233 |
Pa 233 | β− | 27,0 d | 0,571 | U 233 |
U 233 | α | 1,59×105 lat | 4,909 | Th 229 |
Th 229 | α | 7340 lat | 5,168 | Ra 225 |
Ra 225 | β− | 14,8 d | 0,36 | Ac 225 |
Ac 225 | α | 10 d | 5,935 | Fr 221 |
Fr 221 | α | 4,8 min | 6,3 | At 217 |
At 217 | α | 32,3 ms | 7,0 | Bi 213 |
Bi 213 | β− α |
46 min | – 5,87 |
Po 213 Tl 209 |
Po 213 | α | 4,2×10−6 s | – | Pb 209 |
Tl 209 | β− | 2,2 min | 3,99 | Pb 209 |
Pb 209 | β− | 3,25 h | 0,644 | Bi 209 |
Bi 209 | – | quasi trwały* | – | – |
* Izotop 209Bi, choć często opisywany jako trwały, ma okres połowicznego rozpadu 1,9×1019 lat, a produktem jego rozpadu α jest 205Tl. Tak długi okres rozpadu (setki milionów razy dłuższy od wieku wszechświata) pozwala traktować bizmut jako praktycznie trwały.
Przypisy
[edytuj | edytuj kod]- ↑ szereg promieniotwórczy, [w:] Encyklopedia PWN [online], Wydawnictwo Naukowe PWN [dostęp 2023-03-24] .
- ↑ rodzina promieniotwórcza, [w:] Encyklopedia PWN [online], Wydawnictwo Naukowe PWN [dostęp 2023-03-24] .
- ↑ a b c praca zbiorowa: Encyklopedia Fizyki. T. III. Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1974, s. 504 - 506.