Все естественные радиоактивные нуклиды с А > 209 можно расположить в виде трех последовательных цепочек, называемых радиоактивными семействами или рядами. Каждое радиоактивное семейство начинается с a-радиоактивного нуклида, называемым родоначальником семейства, а каждый радиоактивный последующий элемент семейства является продуктом распада предыдущего.
Переход от одного элемента к другому в пределах семейства может быть описан изменением массового числа в виде формулы, называемой правилом смещения:
|
А = 4п + С , |
3.1.1 |
где С - постоянная для данного семейства величина, а n- либо уменьшается на единицу (при a-распаде), либо не изменяется (при b-распаде). На рис. 3.1.1 показано семейство урана. Стрелки на диаграмме (A, Z), направленные влево и вниз обозначают a-распады,
|
|
|
|
|
|
направленные вверх - b-распады. Возле каждой из жирных стрелок, обозначающих основную цепочку распада, приведены соответствующие периоды полураспада. Начинается это семейство с, который с периодом полураспада T1/2 = 4,5×109 лет путем a-распада превращается в
(торий), который, в свою очередь, путем b--распада с Т1/2 = 24 дня превращается в
(протактиний). Протактиний, в свою очередь, с Т1/2 = 1,2 минуты превращается в
. Следует обратить внимание на огромное различие в периодах полураспада в первом и втором звеньях ряда. Это различие типично и для остальных радиоактивных семейств. Некоторые нуклиды, входящие в семейства, могут с разной вероятностью испытывать как a-, так и b-распады. На схеме рис. 3.1.1 они образуют т.н. вилки. Семейство урана заканчивается стабильным нуклидом свинца
, ядро которого является магическим по числу протонов. Остальные семейства имеют аналогичные характеристики, которые представлены в таблице 3.1.1. Во второй строке этой таблицы даны характеристики не существующего в природе семейства. Родоначальником этого семейства является искусственно получаемый в ядерных реакторах или в ядерных взрывах трансурановый элемент плутоний
, но название это семейство получило по имени первого долгоживущего нуклида
(период полураспада 2,2·106лет). Название актиноуранового семейства произошло от старого, уже вышедшего из употребления, наименования нуклида 235U.
|
|
|
|
|
|
Последними элементами всех четырех радиоактивных семейств являются стабильные магические (следовательно, особо устойчивые) нуклиды свинца и висмута.Естественные более легкие радиоактивные ядра, чем нуклиды радиоактивных семейств, которые не успели распасться с момента образования и до настоящего времени, непрерывно образуются под действием космического излучения. Например, под действием космического излучения атмосферный азот 14N превращается в b-активный углерод 14C с периодом полураспада 5730 лет. Измерение содержания этого нуклида в древних органических останках (скелетах, мумиях, деревянных предметах и т.п.) позволяет археологам определять возраст этих предметов.