Szereg promieniotwórczy

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj

Szereg promieniotwórczy – szereg nuklidów promieniotwórczych przekształcających się kolejno jedne w drugie na drodze rozpadów promieniotwórczych. Kolejne produkty rozpadów promieniotwórczych tworzą szereg, który rozpoczyna się izotopem promieniotwórczym o długim okresie półtrwania, a kończy izotopem trwałym (niepromieniotwórczym).

Przemiany jądrowe zachodzące w szeregach to przemiany typu alfa α i beta β. W pierwszym przypadku następuje przesunięcie pierwiastka w układzie okresowym o dwa miejsca w lewo (zmniejszenie liczby atomowej o 2 i liczby masowej o 4), w drugim przypadku o jedno miejsce w prawo (wzrost liczby atomowej o 1 i brak zmiany liczby masowej). Zasady te, wyrażają tzw. prawo przesunięć Soddy'ego i Fajansa z 1913 – mające dziś już tylko charakter historyczny.

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 α; można to przedstawić wzorem:

A = 4n + m\;

gdzie:

W ten sposób otrzymuje się 4 szeregi promieniotwórcze:

Szereg uranowo-radowy[edytuj | edytuj kod]

Szereg promieniotwórczy uranowo-radowy

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, 210Pb.

nuklid typ rozpadu czas połowicznego rozpadu uwolniona energia, MeV produkt rozpadu
U 238 α 4,51×109 lat 4,270 Th 234
Th 234 β 24,10 d 0,273 Pa 234
Pa 234 β 1,18 min 2,197 U 234
U 234 α 2,44×105 lat 4,859 Th 230
Th 230 α 7,50×104 lat 4,770 Ra 226
Ra 226 α 1599 lat 4,871 Rn 222
Rn 222 α 3,823 d 5,590 Po 218
Po 218 α 3,05 min 6,88 Pb 214
Pb 214 β 26,8 min 1,024 Bi 214
Bi 214 β 99,98%
α 0,02%
19,7 min 3,272
5,617
Po 214
Tl 210
Po 214 α 0,162 ms 7,883 Pb 210
Tl 210 β 1,32 min 5,484 Pb 210
Pb 210 β 22,3 lat 0,064 Bi 210
Bi 210 β 99,99987%
α 0,00013%
5,0 d 1,426
5,982
Po 210
Tl 206
Po 210 α 138,375 d 5,407 Pb 206
Pb 206 trwały

Szereg uranowo-aktynowy[edytuj | edytuj kod]

Szereg promieniotwórczy uranowo-aktynowy

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 α 6,96×108 lat 4,678 Th 231
Th 231 β 25,64 h 0,391 Pa 231
Pa 231 α 32760 lat 5,150 Ac 227
Ac 227 β 98,62%
α 1,38%
21,772 lata 0,045
5,042
Th 227
Fr 223
Th 227 α 18,72 d 6,147 Ra 223
Fr 223 β 21,8 min 1,149 Ra 223
Ra 223 α 11,434 d 5,979 Rn 219
Rn 219 α 3,920 s 6,946 Po 215
Po 215 α 99,99977%
β 0,00023%
1,78 ms 7,527
0,715
Pb 211
At 215
Pb 211 β 36,1 min 1,367 Bi 211
Bi 211 α 99,724%
β 0,276%
2,15 min 6,751
0,575
Tl 207
Po 211
Po 211 α 510 ms 7,595 Pb 207
Tl 207 β 4,79 min 1,418 Pb 207
Pb 207 trwały

Szereg torowy[edytuj | edytuj kod]

Szereg promieniotwórczy torowy

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 α 1,405×1010 lat 4,081 Ra 228
Ra 228 β 5,75 lat 0,046 Ac 228
Ac 228 β 6,13 h 2,124 Th 228
Th 228 α 1,913 lat 5,520 Ra 224
Ra 224 α 3,64 d 5,789 Rn 220
Rn 220 α 54,5 s 6,404 Po 216
Po 216 α 0,158 s 6,906 Pb 212
Pb 212 β 10,64 h 0,570 Bi 212
Bi 212 β 64,06%
α 35,94%
60,55 min 2,252
6,208
Po 212
Tl 208
Po 212 α 3×10−7 s 8,955 Pb 208
Tl 208 β 3,0 min 4,999 Pb 208
Pb 208 trwały

Szereg neptunowy[edytuj | edytuj kod]

Szereg promieniotwórczy neptunowy

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 α 2,14×106 lat 4,959 Pa 233
Pa 233 β 27,0 d 0,571 U 233
U 233 α 1,59×105 lat 4,909 Th 229
Th 229 α 7340 lat 5,168 Ra 225
Ra 225 β 14,8 d 0,36 Ac 225
Ac 225 α 10 d 5,935 Fr 221
Fr 221 α 4,8 min 6,3 At 217
At 217 α 32,3 ms 7,0 Bi 213
Bi 213 β
α
46 min
5,87
Po 213
Tl 209
Po 213 α 4,2×10−6 s Pb 209
Tl 209 β 2,2 min 3,99 Pb 209
Pb 209 β 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 α jest 205Tl. Tak długi okres rozpadu (setki milionów razy dłuższy od wieku wszechświata) pozwala traktować bizmut jako praktycznie trwały.