Szereg promieniotwórczy
Szereg promieniotwórczy – łańcuch radionuklidów powstających w wyniku kolejnych rozpadów promieniotwórczych; szereg tego typu kończy się nuklidem trwałym lub rozszczepiającym się samorzutnie[1]. Przemiany jądrowe zachodzące w szeregach to głównie rozpady typu alfa (
W 1913 roku Frederick Soddy i Kazimierz Fajans niezależnie opisali prawo przesunięć – w rozpadzie alfa (
W przyrodzie istnieją cztery główne szeregi promieniotwórcze: uranowo-radowy, torowy, uranowo-aktynowy i neptunowy, zbiorczo nazywane rodziną promieniotwórczą[2].
Nuklidy szeregu neptunowego mają krótki okres rozpadu, przez co w przyrodzie występują jedynie w znikomych ilościach, powstając w wyniku przemian jądrowych wywołanych promieniowaniem zewnętrznym[3]. Występujące w naturze szeregi rozpoczynają się izotopem promieniotwórczym o długim okresie półtrwania[3].
Przynależność nuklidów do szeregów promieniotwórczych
[edytuj | edytuj kod]O tym, do którego szeregu należy dany nuklid, decyduje jego liczba masowa A. W rozpadzie promieniotwórczym liczba masowa zmienia się o 4 poprzez emisję cząstki
gdzie:
- – liczba całkowita,
- – przyjmuje wartości 0, 1, 2, 3.
W ten sposób otrzymuje się 4 szeregi promieniotwórcze:
- występujące naturalnie w przyrodzie:
- sztuczny
- (m = 1) neptunowy – 237Np → 209Bi
Poszczególne szeregi
[edytuj | edytuj kod]Uranowo-radowy
[edytuj | edytuj kod]![](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/73/Szereg_promieniotw%C3%B3rczy_uranowo-radowy.svg/400px-Szereg_promieniotw%C3%B3rczy_uranowo-radowy.svg.png)
Szereg rozpoczyna się izotopem uranu 238U o okresie półtrwania wynoszącym 4,5 miliarda lat, a kończy na stabilnym ołowiu 206Pb. Szereg opisuje wzór 4n + 2 i należy do niego 16 nuklidów, między innymi: 238U, 234U, 226Ra, 222Rn, 210Po, 206Pb.
Nuklid | Typ rozpadu | Czas połowicznego rozpadu | Uwolniona energia, MeV | Produkt rozpadu |
---|---|---|---|---|
U 238 | 4,51×109 lat | 4,270 | Th 234 | |
Th 234 | 24,10 d | 0,273 | Pa 234 | |
Pa 234 | 1,18 min | 2,197 | U 234 | |
U 234 | 2,44×105 lat | 4,859 | Th 230 | |
Th 230 | 7,50×104 lat | 4,770 | Ra 226 | |
Ra 226 | 1599 lat | 4,871 | Rn 222 | |
Rn 222 | 3,823 d | 5,590 | Po 218 | |
Po 218 | 3,05 min | 6,88 | Pb 214 | |
Pb 214 | 26,8 min | 1,024 | Bi 214 | |
Bi 214 | 19,7 min | 3,272 5,617 |
Po 214 Tl 210 | |
Po 214 | 0,162 ms | 7,883 | Pb 210 | |
Tl 210 | 1,32 min | 5,484 | Pb 210 | |
Pb 210 | 22,3 lat | 0,064 | Bi 210 | |
Bi 210 | 5,0 d | 1,426 5,982 |
Po 210 Tl 206 | |
Po 210 | 138,375 d | 5,407 | Pb 206 | |
Pb 206 | – | trwały | – | – |
Uranowo-aktynowy
[edytuj | edytuj kod]![](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/5/57/Szereg_promieniotw%C3%B3rczy_uranowo-aktynowy.svg/400px-Szereg_promieniotw%C3%B3rczy_uranowo-aktynowy.svg.png)
Szereg rozpoczyna się izotopem uranu 235U o okresie półtrwania wynoszącym 700 milionów lat a kończy na stabilnym ołowiu 207Pb. Szereg opisuje wzór 4n + 3 i należy do niego 14 nuklidów, między innymi: 235U, 231Pa, 223Ra.
Nuklid | Typ rozpadu | Czas połowicznego rozpadu | Uwolniona energia, MeV | Produkt rozpadu |
---|---|---|---|---|
U 235 | 6,96×108 lat | 4,678 | Th 231 | |
Th 231 | 25,64 h | 0,391 | Pa 231 | |
Pa 231 | 32760 lat | 5,150 | Ac 227 | |
Ac 227 | 21,772 lata | 0,045 5,042 |
Th 227 Fr 223 | |
Th 227 | 18,72 d | 6,147 | Ra 223 | |
Fr 223 | 21,8 min | 1,149 | Ra 223 | |
Ra 223 | 11,434 d | 5,979 | Rn 219 | |
Rn 219 | 3,920 s | 6,946 | Po 215 | |
Po 215 | 1,78 ms | 7,527 0,715 |
Pb 211 At 215 | |
Pb 211 | 36,1 min | 1,367 | Bi 211 | |
Bi 211 | 2,15 min | 6,751 0,575 |
Tl 207 Po 211 | |
Po 211 | 510 ms | 7,595 | Pb 207 | |
Tl 207 | 4,79 min | 1,418 | Pb 207 | |
Pb 207 | – | trwały | – | – |
Torowy
[edytuj | edytuj kod]![](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/d/d1/Szereg_promieniotw%C3%B3rczy_torowy.svg/400px-Szereg_promieniotw%C3%B3rczy_torowy.svg.png)
Szereg rozpoczyna się izotopem toru 232Th o okresie półtrwania wynoszącym 14 miliardów lat, a kończy stabilnym ołowiem 208Pb. Szereg jest opisanym wzorem 4n + 0, należy do niego 12 nuklidów, między innymi: 232Th, 228Th, 228Ra, 220Rn.
Nuklid | Typ rozpadu | Czas połowicznego rozpadu | Uwolniona energia, MeV | Produkt rozpadu |
---|---|---|---|---|
Th 232 | 1,405×1010 lat | 4,081 | Ra 228 | |
Ra 228 | 5,75 lat | 0,046 | Ac 228 | |
Ac 228 | 6,13 h | 2,124 | Th 228 | |
Th 228 | 1,913 lat | 5,520 | Ra 224 | |
Ra 224 | 3,64 d | 5,789 | Rn 220 | |
Rn 220 | 54,5 s | 6,404 | Po 216 | |
Po 216 | 0,158 s | 6,906 | Pb 212 | |
Pb 212 | 10,64 h | 0,570 | Bi 212 | |
Bi 212 | 60,55 min | 2,252 6,208 |
Po 212 Tl 208 | |
Po 212 | 3×10−7 s | 8,955 | Pb 208 | |
Tl 208 | 3,0 min | 4,999 | Pb 208 | |
Pb 208 | – | trwały | – | – |
Neptunowy
[edytuj | edytuj kod]![](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/f0/Szereg_promieniotw%C3%B3rczy_neptunowy.svg/400px-Szereg_promieniotw%C3%B3rczy_neptunowy.svg.png)
Szereg rozpoczyna się izotopem neptunu 237Np o okresie półtrwania 2,1 miliona lat, a kończy na stabilnym bizmucie 209Bi. Szereg opisany jest wzorem 4n + 1 i należy do niego 13 nuklidów, między innymi: 237Np, 233U, 229Th.
Szereg neptunowy występuje jedynie w wyniku sztucznego otrzymywania (naświetlanie uranu strumieniem neutronów). Okres półtrwania neptunu jest około 2000 razy krótszy od wieku Ziemi przez co zostały jedynie niewykrywalne jego ilości. Obecnie w rudach uranowych występuje go ok. 1,8×10−10%, tj. ok. 2 atomy neptunu na bilion (1012) atomów uranu.
Nuklid | Typ rozpadu | Czas połowicznego rozpadu | Uwolniona energia, MeV | Produkt rozpadu |
---|---|---|---|---|
Np 237 | 2,14×106 lat | 4,959 | Pa 233 | |
Pa 233 | 27,0 d | 0,571 | U 233 | |
U 233 | 1,59×105 lat | 4,909 | Th 229 | |
Th 229 | 7340 lat | 5,168 | Ra 225 | |
Ra 225 | 14,8 d | 0,36 | Ac 225 | |
Ac 225 | 10 d | 5,935 | Fr 221 | |
Fr 221 | 4,8 min | 6,3 | At 217 | |
At 217 | 32,3 ms | 7,0 | Bi 213 | |
Bi 213 | 46 min | – 5,87 |
Po 213 Tl 209 | |
Po 213 | 4,2×10−6 s | – | Pb 209 | |
Tl 209 | 2,2 min | 3,99 | Pb 209 | |
Pb 209 | 3,25 h | 0,644 | Bi 209 | |
Bi 209 | – | quasi trwały* | – | – |
* Izotop 209Bi, choć często opisywany jako trwały, ma okres połowicznego rozpadu 1,9×1019 lat, a produktem jego rozpadu
Przypisy
[edytuj | edytuj kod]- ↑ szereg promieniotwórczy, [w:] Encyklopedia PWN [online], Wydawnictwo Naukowe PWN [dostęp 2023-03-24] .
- ↑ rodzina promieniotwórcza, [w:] Encyklopedia PWN [online], Wydawnictwo Naukowe PWN [dostęp 2023-03-24] .
- ↑ a b c praca zbiorowa: Encyklopedia Fizyki. T. III. Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1974, s. 504 - 506.