Радіоактивні ряди

Радіоакти́вні ряди́, радіоакти́вні роди́ни — групи радіонуклідів (радіоактивних ізотопів), в яких кожний наступний ізотоп виникає внаслідок $α$ - або $β$ -розпаду попереднього. Відомі чотири радіоактивні ряди:

ряд торію (4n) — 232Th → 208Pb;
ряд радію (4n+2) — 238U → 206Pb;
ряд актинію (4n+3) — 235U → 207Pb;
ряд нептунію (4n+1) — ²³⁷Np^[ru] → 205Tl.

Кожний ряд має свого родоначальника – нуклід з найбільшим періодом напіврозпаду, і завершується стабільним нуклідом. Перші три ряди існують у природі, останній одержаний штучно. У земній корі присутні всі члени природних радіоактивних рядів. Але чим менший період напіврозпаду певного члена природного радіоактивного ряду, тим менший його вміст у земній корі. Наприклад, на 1 т урану в природних умовах припадає близько 0,34 г 226Ra (T_1/2 = 1600 років) і тільки 1,4·10^-9 г 218Po (T_1/2 = 3,05 хв).

Активності тих членів ряду, шлях до яких від батьківського ізотопу не проходить через розгалуження, при настанні вікової рівноваги рівні. Так, активність радію-224 в торієвих зразках через кілька десятків років після виготовлення стає практично рівною активності торію-232, тоді як активність талію-208 (утворюється в цьому ж ряду при α-розпаді вісмуту-212 з коефіцієнтом розгалуження(інші мови) 0,3594) прямує до 35,94 % від активності торію-232. Характерний час встановлення вікової рівноваги в ряді дорівнює декільком періодам напіврозпаду найбільш довгоживучого (серед дочірніх) члена сімейства. Вікова рівновага у ряді торію настає досить швидко, за десятки років, тому що періоди напіврозпаду всіх членів ряду (крім батьківського нукліду) не перевищують декількох років (максимальний період напіврозпаду T_1/2 = 5,7 років — у радію-228). В ряді урану-235 рівновага відновлюється приблизно за сто тисяч років (найбільш довгоживучий дочірній член ряду — протактиній-231, T_1/2 = 32 760 років), в ряду урану-238 — приблизно за мільйон років (визначається ураном-234, T_1/2 = 245 500 років).

Типи рядів

Трьома найпоширенішими видами радіоактивного розпаду є $α$ -розпад, $β$ ^±-розпад та ізомерний перехід. В результаті $α$ -розпаду масове число ядер завжди зменшується на чотири, тоді як в результаті $β$ -розпадів та ізомерних переходів масове число ядра не змінюється. Це призводить до того, що всі нукліди поділяються на чотири групи (ряди) в залежності від залишку цілочисельного ділення масового числа нукліду на чотири (тобто батьківський нуклід і його дочірній нуклід, утворений в результаті $α$ -розпаду, будуть належати до однієї групи). У всіх рядах відбувається утворення гелію (з $α$ -частинок).

Три основних радіоактивних ряди, що спостерігаються у природі, як правило називаються рядом торію, рядом радію і рядом актинію. Кожен з цих рядів закінчується утворенням різних стабільних ізотопів свинцю. Масовий номер кожного з нуклідів в цих рядах може бути поданим у вигляді $A = 4 n$ , $A = 4 n + 2$ і $A = 4 n + 3$ , відповідно.

Ряд торію

Радіоактивний ряд нуклідів з масовим числом, яке можна подати у вигляді $4 n$ , називається рядом торію. Ряд починається з торію-232, що зустрічається у природі, і завершується утворенням стабільного свинцю-208.

Нуклід	Історичне позначення	Історична назва	Вид розпаду	Період напіврозпаду	Енергія, що виділяється, МеВ	Продукт розпаду
25298Cf			α	2,645 року	6,1181	24896Cm
24896Cm			α	3,4× 10⁵ років	6,260	24494Pu
24494Pu			α	8× 10⁷ років	4,589	24092U
24092U			β⁻	14,1 год	0,39	24093Np
24093Np			β⁻	1,032 год	2,2	24094Pu
24094Pu			α	6561 рік	5,1683	23692U
23692U			α	2,3× 10⁷ років	4,494	23290Th
23290Th	Th	Торій	α	1,405× 10¹⁰ років	4,081	22888Ra
22888Ra	MsTh₁	Мезоторій 1	β⁻	5,75 років	0,046	22889Ac
22889Ac	MsTh₂	Мезоторій 2	β⁻	6,15 год	2,124	22890Th
22890Th	RdTh	Радіоторій	α	1,9116 роки	5,520	22488Ra
22488Ra	ThX	Торій X	α	3,66 дня	5,789	22086Rn
22086Rn	Tn (ThEm)	Торон^[ru] (еманація торію)	α	55,6 с	6,404	21684Po
21684Po	ThA	Торій A	α	0,145 с	6,906	21282Pb
21282Pb	ThB	Торій B	β⁻	10,64 год	0,570	21283Bi
21283Bi	ThC	Торій C	β⁻ 64,06 % α 35,94 %	60,55 хв	2,252 6,208	21284Po 20881Tl
21284Po	ThC'	Торій C'	α	299 нс	8,955	20882Pb
20881Tl	ThC"	Торій C"	β⁻	3,053 хв	4,999	20882Pb
20882Pb	ThD	Торій D, торієвий свинець	стабільний

Ряд нептунію

Радіоактивний ряд нуклідів з масовим числом, яке можна подати у вигляді $4 n + 1$ , називається рядом нептунію. Ряд починається з нептунію-237^[ru] і завершується утворенням стабільного талію-205^[en]. В цій серії в природі зустрічається тільки майже стабільний бісмут-209^[en]. Однак з розвитком ядерних технологій в результаті ядерних досліджень і радіаційних аварій в навколишнє середовище потрапили радіонукліди, такі як плутоній-241(інші мови) та америцій-241, які також можуть бути віднесені за масовим числом до початку ряду нептунію. Оскільки цей ряд був вивчений недавно, його ізотопи не мають історичних назв. Слабка $α$ -активність вісмуту-209 була виявлена лише в 2003 році, тому в більш ранніх роботах він називається кінцевим (і єдиним з тих, що збереглися в природі) нуклідом ряду.

Нуклід	Вид розпаду	Період напіврозпаду	Енергія, що виділяється, МеВ	Продукт розпаду
24998Cf	α	351 рік	5,813 + 0,388	24596Cm
24596Cm	α	8500 років	5,362 + 0,175	24194Pu
24194Pu	β⁻	14,4 років	0,021	24195Am
24195Am	α	432,7 роки	5,638	23793Np
23793Np	α	2,14× 10⁶ років	4,959	23391Pa
23391Pa	β⁻	27,0 д	0,571	23392U
23392U	α	1,592× 10⁵ років	4,909	22990Th
22990Th	α	7340 років	5,168	22588Ra
22588Ra	β⁻	14,9 д	0,36	22589Ac
22589Ac	α	10,0 д	5,935	22187Fr
22187Fr	α	4,8 хв	6,3	21785At
21785At	α	32 мс	7,0	21383Bi
21383Bi	β⁻ 97,80 % α 2,20 %	46,5 хв	1,423 5,87	21384Po 20981Tl
21384Po	α	3,72 мкс	8,536	20982Pb
20981Tl	β⁻	2,2 хв	3,99	20982Pb
20982Pb	β⁻	3,25 роки	0,644	20983Bi
20983Bi	α	1,9× 10¹⁹ років	3,14	20581Tl
20581Tl		стабільний

Ряд радію

Радіоактивний ряд нуклідів з масовим числом, яке можна подати у вигляді $4 n + 2$ , називається рядом радію (іноді називають рядом урану або урану-радію). Ряд починається з урану-238 (зустрічається в природі) і завершується утворенням стабільного свинцю-206

Нуклід	Історичне позначення	Історична назва	Вид розпаду	Період напіврозпаду	Енергія, що виділяється, МеВ	Продукт розпаду
23892U	UI	Уран I	α	4,468× 10⁹ років	4,270	23490Th
23490Th	UX₁	Уран X1	β⁻	24,10 діб	0,273	23491Pa^m
23491Pa^m	UX₂	Уран X2, бревій	β⁻ 99,84 % ізомерний перехід 0,16 %	1,16 хв	2,271 0,074	23492U 23491Pa
23491Pa	UZ	Уран Z	β⁻	6,70 год	2,197	23492U
23492U	U_II	Уран II	α	245500 років	4,859	23090Th
23090Th	Io	Іоній	α	75380 років	4,770	22688Ra
22688Ra	Ra	Радій	α	1602 роки	4,871	22286Rn
22286Rn	Rn (RaEm)	Радон (еманація радію)	α	3,8235 д	5,590	21884Po
21884Po	RaA	Радій A	α 99,98 % β⁻ 0,02 %	3,10 хв	6,115 0,265	21482Pb 21885At
21885At	RaAt	Астат	α 99,90 % β⁻ 0,10 %	1,5 с	6,874 2,883	21483Bi 21886Rn
21886Rn	AtEm	еманація астату	α	35 мс	7,263	21484Po
21482Pb	RaB	Радій B	β⁻	26,8 хв	1,024	21483Bi
21483Bi	RaC	Радій C	β⁻ 99,98 % α 0,02 %	19,9 хв	3,272 5,617	21484Po 21081Tl
21484Po	RaC'	Радій C'	α	0,1643 мс	7,883	21082Pb
21081Tl	RaC"	Радій C"	β⁻	1,30 хв	5,484	21082Pb
21082Pb	RaD	Радій D	β⁻	22,3 роки	0,064	21083Bi
21083Bi	RaE	Радій E	β⁻ 99,99987 % α 0,00013 %	5,013 діб	1,426 5,982	21084Po 20681Tl
21084Po	RaF	Радій F, полоній	α	138,376 діб	5,407	20682Pb
20681Tl	RaE"	Радій E"	β⁻	4,199 хв	1,533	20682Pb
20682Pb	RaG	Радій G, урановий свинець	-	стабільний	-	-

Ряд актинію

Радіоактивний ряд нуклідів з масовим числом, яке можна подати у вигляді $4 n + 3$ , називається рядом актинію або урану-актинію. Ряд починається з урану-235 і завершується утворенням стабільного свинцю-207.

Нуклід	Історичне позначення	Історична назва	Вид розпаду	Період напіврозпаду	Енергія, що виділяється, МеВ	Продукт розпаду
23994Pu			α	2,41× 10⁴ років	5,244	23592U
23592U	AcU	Актиноуран	α	7,04× 10⁸ років	4,678	23190Th
23190Th	UY	Уран Y	β⁻	25,52 год	0,391	23191Pa
23191Pa	Pa	Протактиній	α	32760 років	5,150	22789Ac
22789Ac	Ac	Актиній	β⁻ 98,62 % α 1,38 %	21,772 роки	0,045 5,042	22790Th 22387Fr
22790Th	RdAc	Радіоактиній	α	18,68 діб	6,147	22388Ra
22387Fr	AcK	Актиній K	β⁻ 99,994 % α 0,006 %	22,00 хв	1,149 5,340	22388Ra 21985At
22388Ra	AcX	Актиній X	α	11,43 діб	5,979	21986Rn
21985At	AcAtI	Актиноастат I	α 97,00 % β⁻ 3,00 %	56 с	6,275 1,700	21583Bi 21986Rn
21986Rn	An (AcEm)	Актинон (еманація актинію)	α	3,96 с	6,946	21584Po
21583Bi			β⁻	7,6 хв	2,250	21584Po
21584Po	AcA	Актиній A	α 99,99977 % β⁻ 0,00023 %	1,781 мс	7,527 0,715	21182Pb 21585At
21585At	AcAtII	Актиноастат II	α	0,1 мс	8,178	21183Bi
21182Pb	AcB	Актиній B	β⁻	36,1 хв	1,367	21183Bi
21183Bi	AcC	Актиній C	α 99,724 % β⁻ 0,276 %	2,14 хв	6,751 0,575	20781Tl 21184Po
21184Po	AcC'	Актиній C'	α	516 мс	7,595	20782Pb
20781Tl	AcC"	Актиній C"	β⁻	4,77 хв	1,418	20782Pb
20782Pb	AcD	Актиній D, актинієвий свинець		стабільний

Див. також

Література

Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Донбас, 2007. — Т. 2 : Л — Р. — 670 с. — ISBN 57740-0828-2.
C.M. Lederer, J.M. Hollander, I. Perlman (1968). Table of Isotopes (вид. 6th). New York: John Wiley & Sons.
Decay chains
National Nuclear Data Center