Радиоактивные семейства. 
Радионуклиды в природе

Как отмечалось в Лекции 2, энергия связи ядра, приходящаяся на один нуклон, уменьшается с ростом массового числа, А из-за возрастающей роли кулоновского отталкивания протонов. В результате тяжелые ядра становятся неустойчивыми относительно испускания а-частиц и переходят в стабильные путем одного или нескольких последовательных а-распадов. Однако в результате а-распада ядро теряет одинаковое количество протонов и нейтронов, что приводит к нарушению оптимального соотношения Z/A: образующееся дочернее ядро содержит избыточное количество нейтронов и стабилизируется путем рраспада. Поэтому на пути превращений тяжелых радиоактивных ядер (уран, торий и др.) в стабильные наблюдается чередование процессов аи рраспада.

При а-распаде массовое число ядра уменьшается на четыре, а при Рраспаде не изменяется. Поэтому все тяжелые радиоактивные ядра можно распределить по четырем группам, или радиоактивным семействам (см. таблицу), в соответствии с их массовым числом А = 4п + т, где п — некоторое целое число, а т — остаток от деления А на четыре, т. е. О, 1, 2 или 3. Превращение радионуклида одного семейства в радионуклид, принадлежащий другому, практически невозможно, так как это потребовало бы изменения массового числа на число, иное, нежели 4. Хотя такие виды радиоактивных превращений известны, выход соответствующих продуктов ничтожно мал.

Радиоактивные семейства.

Радионуклиды трех семейств — ториевого, уран-радиевого и уранактиниевого — встречаются в природе. Содержание в земной коре урана составляет 3*10 ⁴, а тория МО ³ мае. %. Содержание дочерних радионуклидов можно определить из соотношения (6.10), выражающего вековое равновесие, так как все дочерние радионуклиды имеют гораздо меньшие периоды полураспада, чем долгоживущие родоначальники. Нептуниевое семейство в природе отсутствует, и поэтому было исследовано позже остальных, лишь после того, как техника получения искусственных радионуклидов достигла достаточно высокого уровня.

Конечным продуктом распада в природных радиоактивных семействах являются изотопы свинца. Это связано с повышенной устойчивостью ядер, со;

держащих магическое число протонов (Z = 82). Что касается ²⁰⁹Bi (нептуниевое семейство), то это ядро содержит магическое число нейтронов¹ (N = 126). Именно поэтому ²⁰⁹Bi — самое тяжелое стабильное ядро. Заметное содержание ²⁰⁹Bi в земной коре может указывать на то, что много миллионов лет назад в ней присутствовали и радионуклиды семейства нептуния-237, но из-за малости периода полураспада eix> родоначальника перестали существовать.

Кроме представителей трех радиоактивных семейств в земной коре присутствуют еще около двадцати долгоживущих радионуклидов,^[1][2] дающих при распаде, как правило, стабильные ядра.^[3][4] Важнейшие из них — ⁴⁰К (Тщ = 1,28*10⁹ лет) и ⁸⁷Rb (Г,/2 = 4,75−10¹⁰ лет).

Под действием космических лучей⁴ в атмосфере Земли происходят ядерные реакции, приводящие к образованию множества радионуклидов с относительно небольшими периодами полураспада: 'Н (12,3 лет), ^|иВе (1,6*10⁶лет), ^{, 4}С и другие. Эти радионуклиды получили название космогенных. Благодаря непрерывному образованию, компенсирующему их распад, космогенные радионуклиды присутствуют на Земле в количествах, достаточных для их обнаружения.

• [1] Как и ядро ШРЬ.
• [2] С периодами полураспада от 108 до 1017 лет.
• [3] Исключение — l56Dy, дающий начало радиоактивной цепочке, заканчивающейся стабильным 140Се.
• [4] См. Лекцию 18.