Радиоактивные ряды
Радиоактивные ряды, радиоактивные семейства, группы генетически связанных радиоактивных изотопов, в которых каждый последующий изотоп возникает в результате a- или b-распада предыдущего. Каждый Р. р. имеет родоначальника - изотоп с наибольшим периодом полураспада T1/2 . Завершают Р. р. стабильные изотопы.
Если ядро испускает a-частицу, его заряд (Z) уменьшается на 2, а массовое число (А) - на 4. При испускании b-частицы Z увеличивается на 1, а А не изменяется. Следовательно, в каждом Р. р. массовые числа изотопов могут или быть одинаковыми, или различаться на число, кратное 4. Если значения массовых чисел членов данного Р. р. делятся на 4 без остатка, то такие массовые числа можно выразить общей формулой 4n (где n - некоторое целое число): в тех же случаях, когда при делении на 4 в остатке будет 1, 2 или 3, общие формулы для массовых чисел можно записать как 4n + 1, 4n + 2 или 4n +3. В соответствии с этими формулами различают 4 Р. р., родоначальниками которых являются ?(ряд 4n); ?(4n + 1); (4n + 2); (4n + 3). Сами Р. р. обычно называют по их родоначальникам. Поэтому говорят о Р. р. тория, нептуния, урана (238U) и актино-урана (235U). Иногда ряд 238U называют рядом урана-радия (наиболее устойчивый изотоп радия 226Ra - член этого Р. р.). Разумеется, радиоактивный изотоп может входить только в один какой-либо определённый Р. р.
В природе существуют ряды тория, актиноурана и урана-радия (естественные Р. р.). Это связано с тем, что периоды полураспада 232Th (T1/2 = 1,41×1010 лет), 235U (T1/2 = 7,13×108 лет) и 238U (T1/2 = 4,51×109 лет) соизмеримы с возрастом Земли (несколько миллиардов лет), и эти изотопы ещё не успели полностью распасться. Заканчиваются естественные Р. р. изотопами свинца 208Pb, 207Pb и 206Pb.
Период полураспада 237Np составляет 2,14×106 лет. Поэтому нептуния и членов его Р. р. в природе нет; все они были получены в 40-50-х гг. 20 в. искусственно, с помощью ядерных реакций. Завершается ряд 237Np стабильным 209Bi. Каждый Р. р. содержит как долгоживущие, так и короткоживущие изотопы (см. рис.). Если изотоп принадлежит к естественному Р. р., то он обязательно присутствует в природе, даже если скорость распада его ядер очень велика. Связано это с тем, что в Р. р. с течением времени устанавливается т. н. вековое равновесие. Время достижения такого равновесия во всём ряду приблизительно равно 10 периодам полураспада самого долгоживущего промежуточного члена ряда. При вековом равновесии скорости образования изотопа и его распада равны. Поэтому содержание такого изотопа остаётся практически неизменным в течение столетий. Оно с неизмеримо малой скоростью уменьшается лишь по мере распада родоначальника ряда.
Установлением векового равновесия в естественных Р. р. объясняется присутствие в природе таких относительно малоустойчивых радиоактивных химических элементов, как протактиний, актиний, радий, франций, радон, астат и полоний. Содержание каждого из них в природе тем ниже, чем меньше T1/2 соответствующих изотопов - членов Р. р. Так, на 1 т урана в природе приходится всего около 0,34 г изотопа 226Ra, имеющего T1/2 около 1600 лет.
Большинство членов естественных Р. р. имеет специальные названия и символы (см. рис.). Например, изотоп 230Th называется ионием (символ Io); 214Po - радием-це-штрих (RaC'), a 228Ra - мезоторием-один (MsTh1). Эти названия возникли исторически ещё до появления понятия об изотопах.
Некоторые изотопы - члены Р. р. - распадаются не по одному пути (a-, или b-распад), а по двум. Ядра таких изотопов в одних случаях испускают a-частицы, в других b-частицы. Например, 227Ac в ряду актиноурана в 988 случаях из 1000 претерпевает (a-распад, а в 12 случаях - b-распад. Вероятность распада по каждому пути (в процентах) указана числами около стрелок, соответствующих a- и b-распаду такого изотопа.
Лит. см, при ст. Радиоактивность.
? С. С. Бердоносов.