Природная радиоактивность и законы радиоактивного распада

Природная (естественная) радиоактивность

На границе двух последних веков произошло событие, изменившее судьбу человечества.

Французский физик Антуан Беккерель в одном из своих опытов завернул кристаллы сульфата уранил-калия K2 (UO2) (SO4) 2 в черную светонепроницаемую бумагу и положил сверток на фотопластинку. После проявления он обнаружил на ней очертания кристаллов. Так была открыта естественная радиоактивность соединений урана.

Наблюдения Беккереля заинтересовали французский ученых, физика и химика Мари Склодовскую-Кюри и ее супруга физика Пьера Кюри. Они занялись поисками новых радиоактивных химических элементов в минералах урана. Найденные ими в 1898 году полоний Po и радий Ra оказались продуктами распада атомов урана. Это была уже настоящая революция в химии, так как до этого атомы считались неделимыми, а химические элементы — вечными и неразрушимыми.

Радиоактивность — неустойчивость ядер некоторых атомов, проявляющаяся в их способности к самопроизвольным превращениям (распаду), сопровождающимся испусканием ионизирующего излучения или радиацией.

Радиация, или ионизирующее излучение — это частицы и гамма-кванты, энергия которых достаточно велика, чтобы при воздействии на вещество создавать ионы разных знаков.

Естественной радиоактивностью называется самопроизвольное превращение ядер неустойчивых изотопов одного химического элемента в ядра других химических элементов. Естественная радиоактивность сопровождается испусканием определенных частиц: альфа-, бета — излучений, антинейтрино, а также электромагнитного излучения (гамма-излучение). Естественная радиоактивность наблюдается у тяжелых ядер элементов, располагающихся в периодческой системе Д. И. Менделеева за свинцом. Существуют и легкие радиоактивные ядра: изотоп калия К40, изотоп углерода С14 и другие.

Природная радиоактивность обусловлена радиоактивными изотопами естественного происхождения, присутствующими во всех оболочках земли — литосфере, гидросфере, атмосфере и биосфере. Сохранившиеся на нашей планете радиоактивные элементы условно могут быть разделены на три группы.

• 1. Радиоактивные изотопы, входящие в состав радиоактивных семейств, родоначальниками которых являются уран (U238), торий (Th232) и актиний-уран (AcU235).
• 2. Генетически не связанные с ними радиоактивные элементы: калий (К40), кальций (Ca48), рубидий (Rb87) и др.
• 3. Радиоактивные изотопы, непрерывно возникающие на земле в результате ядерных реакций, под воздействием космических лучей. Наиболее важные из них — углерод (С14) и тритий (Н3).

Мощность космических лучей, достигающих земной поверхности, колеблется в зависимости от географической широты и высоты над уровнем моря. Северный и Южный полюсы получают больше радиации, чем экваториальные области, из-за наличия у Земли магнитного поля, отклоняющего заряженные частицы (из которых в основном и состоят космические лучи). Существует большая зависимость мощности космического излучения от высоты над уровнем моря. На больших высотах (по отношению к уровню моря) атмосфера слишком разряжена (меньше воздуха, играющего роль защитного экрана), чтобы поглощать лучи, Естественные радиоактивные вещества широко распространены во внешней среде. Это в основном долгоживущие изотопы с периодом полураспада 108−1016 лет. В процессе распада они испускают a — и b-частицы, а также g-лучи.

Главным источником поступающих во внешнюю среду естественных радиоактивных веществ, к настоящему времени широко распространенных во всех оболочках земли, являются горные породы, происхождение которых неразрывно связано с включением в их состав всех радиоактивных элементов, возникших в период формирования и развития планеты. Благодаря деструктивным процессам метеорологического, гидрологического, геохимического и вулканического характера, происходящих непрерывно, радиоактивные вещества подверглись широкому рассеиванию.

Естественная радиоактивность растений и пищевых продуктов обусловлена поглощением ими радиоактивных веществ из окружающей среды. Из естественных радиоактивных веществ наибольшую удельную активность в растениях составляет К40, особенно в бобовых растениях. Многие наземные растения, особенно водоросли, обладают способностью концентрировать в своих тканях радий из почв и воды, некоторые накапливают уран. Анализы различных продуктов питания показали, что радий постоянно присутствует в хлебе, овощах, мясе, рыбе и других продуктах питания.

Сельскохозяйственные животные за свою жизнь поедают растительные корма с больших площадей. Вместе с кормом в их организм поступают радиоактивные продукты деления, которые в небольших количествах не приводят к регистрируемым поражениям организма. В животных организмах К40 обычно содержится меньше, чем в растениях. U238, Th232 и С14 по сравнению с К40 встречаются в биологических объектах в очень незначительных концентрациях.