8.8. Радиоактивные семейства ядер

В природе найдено только 14 радиоактивных ядер, периоды полураспада которых такого же порядка или больше возраста Вселенной (возраст Вселенной приближенно считается равным4,5∙109 лет). Эти радиоактивные ядра перечислены в таблице.

Первые 11 ядер, приведенные в таблице, распадаются в стабильные дочерние ядра; остальные 3 ядра (Th-232, U-235,U-238) распадаются в дочерние ядра, которые радиоактивны и в свою очередь распадаются на радиоактивные дочерние ядра следующего поколения и т. д., пока не получается стабильное ядро. Оконча-

220

тельно получаемые стабильные ядра, которыми оканчиваются данные три естественно радиоактивных семейства ядер и в которые они в конце концов превращаются, являются тремя изотопами свинца: Рb-208, Рb-207, Рb-206.

Вследствие малого периода полураспада нептуния никакие следы этого элемента в природе нельзя обнаружить обычными методами.

Ядра	Реакции распада	Период полураспада, годы
К-40	β-, е-захват	1,2∙109 (распад в стабильное дочернее ядро)
V-50	е-захват	4,0∙1014 (распад в стабильное дочернее ядро)
Rb-87	β-	6,2∙1010 (распад в стабильное дочернее ядро)
In-115	β-	6,0∙1014 (распад в стабильное дочернее ядро)
La-138	β-, е- захват	1,0∙1011 (распад в стабильное дочернее ядро)
Се-142	α	5,0∙1015 (распад в стабильное дочернее ядро)
Nb-144	α	3,0∙1015 (распад в стабильное дочернее ядро)
Sm-147	α	1,2∙1011 (распад в стабильное дочернее ядро)
Lu-176	β-	5,0∙1010	(распад в стабильное дочернее ядро)
Re-187	β-	4,0∙1012	(распад в стабильное дочернее ядро)
Pt-192	α	1,0∙1015	(распад в стабильное дочернее ядро)
Th-232	α	1,4∙1010	(десять радиоактивных поколений)
U-235	α	7,1∙109 (десять радиоактивных поколений)
U-238	α	4,5∙109 (десять радиоактивных поколений)

221

Однако с открытием трансурановых элементов (элементов с атомными числами, большими 92) физики получили в свое распоряжение новые изотопы, и с их помощью стало возможным обнаружить следы нептуниевого семейства радиоактивных ядер, которое, как оказалось, на самом деле начинается с америция и плутония.

Массовые числа членов каждого семейства радиоактивных ядер, имеющихся в природе, оказываются равными соответственно 4n, 4n + 2 и 4n + 3, где n — целое положительное число. Тот факт, что отсутствовало семейство с 4n + 1, заставлял физиков недоумевать и рассуждать о причинах такого положения. Недостающим семейством оказалось нептуниевое семейство. На рисунках 30.5, 30.6 и 30.7 проиллюстрированы реакции взаимных превращений ядер трех радиоактивных семейств 4n, 4n + 2,. 4n + 3. Четыре имеющихся семейства радиоактивных ядер указаны в табл.

						Период полрас-	Конечное
		Исходное	Массовое	Начальное	Конечное	пада стабиль-
	Название					ного ядра, годы	стабильное
		ядро	число	число n	число n
							ядро
	Ториевое	90Th232	4n	58	52	1,39∙1010	82Pb208
	Нептуниевое	93Np237	4n + 1	59	52	2,20∙106	83Bi209
	Уран-	92U238	4n + 2	59	51	4,51∙109	82Pb206
	радиевое	92U235	4n + 3			7,15 109	82Pb207
	Актиниевое			58	51

8.9. Датировка событий методом радиоактивных распадов

На распады радиоактивных ядер никакого влияния не оказывают ни физические, ни химические условия, в которых находятся распадающиеся ядра, и, хотя распад каждого данного индивидуального ядра является случайным процесс распада огромного числа ядер данного образца может быть с успехом использован для измерения интервалов времени.

В атмосфере в результате бомбардировки ее космическими лучами постоянно возникает углерод C-14.

222

Так как все растения используют для своего роста углекислый газ, усваиваемый ими из атмосферы, часть углерода в растениях — это радиоактивный углерод С-14, а поэтому все растения немного радиоактивны. Когда растение погибает, дополнительный углерод С-14 в него больше не поступает, а тот углерод С-14, который накопился в тканях растения, начинает распадаться. Измеряя относительные количества изотопов углерода С-14 и С-12 в органических археологических останках, мы получаем очень чувствительный метод датировки исторических событий. В табл. приводится перечень некоторых интересных археологических событий, датированных У. Ф. Либби с помощью радиоуглеродного метода.

	Образец		Известный воз-		Возраст по дати-
			раст, годы		ровке С-14, годы
	1.	Уголь из пещеры Ласку (использованный для рисун-
	ков на стенах пещеры)				15516 ± 900
	2.	Брус из деревянного перекрытия крыши гробницы	4700	- 5100	4883	± 20
	визиря Химака.
	3.	Кипарисовая балка из гробницы фараона Снеферу.	4575	± 75	4802	± 210
	4.	Олений рог из индийского поселения в округе Батлер
	(штат Кентукки, США).				4333	± 450
	5.	Дерево палубы погребального ковчега из гробницы
	фараона Сесостриса III.		3750		3621	+ 180 3368 ±
	6.	Рисунки бушменов в Южной Африке.
	7.	Древесина гигантского красного дерева, известного			200
	под названием Столетнего пня, срубленного в 1874 г.		2928	±51 2054
	8.	Свитки Мертвого моря.
			±100		2710±130
					1917±200

Еще один элемент, который постоянно возникает в атмосфере в результате бомбардировки ее космическими лучами, — это тритии (1Н3). Он образуется при столкновениях нейтронов с ядрами азота

в ядерной реакции

7N14 + 0n1 = 6C12 +1H3.

Тритий, тяжелый изотоп водорода, распадается с периодом полураспада, равным 12,4 лет, в результате β-распада в стабильный изотоп гелия 2Не3:

1H3 —> 2Не3 + β- + ν’.

Небольшой процент воды содержит 1H3 вместо 1Н1, и поэтому, измеряя относительное количество изотопов 1H3 и 1Н1 в пробах во-

223