Радиоактивные распады: цепи превращений изотопов. Узнайте о последовательных этапах распада радиоактивных элементов до стабильного состояния в ядерной науке.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Серия радиоактивных распадов
Series of radioactive decays
В ядерной науке цепочка распада относится к серии радиоактивных распадов различных продуктов распада как к последовательному ряду превращений. Она также известна как «радиоактивный каскад». Типичный радиоизотоп не распадается непосредственно в стабильное состояние, а распадается в другой радиоизотоп. Таким образом, обычно происходит серия распадов, пока атом не станет стабильным изотопом, то есть ядро атома не достигнет стабильного состояния. Стадии распада характеризуются их связью с предыдущими или последующими стадиями. Родительский изотоп – это изотоп, который подвергается распаду с образованием дочернего изотопа. Примером является распад урана (атомный номер 92) в торий (атомный номер 90). Дочерний изотоп может быть стабильным или он может распадаться, образуя собственный дочерний изотоп. Дочерний изотоп дочернего изотопа иногда называют внуком. Следует отметить, что родительский изотоп становится дочерним, в отличие от биологических родителя и потомка. Время, необходимое для распада одного родительского атома в атом его дочернего изотопа, может значительно варьироваться не только между различными парами родительских и дочерних изотопов, но и случайным образом между идентичными парами. Распад каждого отдельного атома происходит спонтанно, а распад начальной популяции идентичных атомов со временем t следует экспоненциальному закону убывания, e−λt, где λ называется константой распада. Одним из свойств изотопа является его период полураспада – время, в течение которого статистически можно ожидать, что половина исходного числа идентичных родительских радиоизотопов распадется в дочерние изотопы, что обратно пропорционально λ. Периоды полураспада были определены в лабораториях для многих радиоизотопов (или радионуклидов). Они могут варьироваться от почти мгновенных (менее 10−21 секунды) до более чем 1019 лет. Каждая промежуточная стадия излучает такое же количество радиоактивности, как и исходный радиоизотоп (то есть существует соответствие один к одному между количеством распадов на последовательных стадиях), но каждая стадия высвобождает разное количество энергии. Если и когда достигается равновесие, каждый последовательный дочерний изотоп присутствует в количестве, прямо пропорциональном его периоду полураспада; но поскольку его активность обратно пропорциональна периоду полураспада, каждый нуклид в цепочке распада вносит столько же отдельных превращений, сколько и головной нуклид в цепи, хотя и не ту же энергию. Например, уран-238 слабо радиоактивен, но урановая смолка (pitchblende), руда урана, в 13 раз более радиоактивна, чем чистый уран, из-за присутствия короткоживущих продуктов распада, таких как радий и благородный газ радон. Горные породы, содержащие торий и/или уран (например, некоторые виды гранита), выделяют газ радон, который имеет тенденцию накапливаться в закрытых помещениях, таких как подвалы или подземные шахты, из-за его высокой плотности. Количество изотопов в цепочках распада в определенный момент времени рассчитывается с помощью уравнения Бейтмана.
In nuclear science, the decay chain refers to a series of radioactive decays of different radioactive decay products as a sequential series of transformations. It is also known as a "radioactive cascade". The typical radioisotope does not decay directly to a stable state, but rather it decays to another radioisotope. Thus there is usually a series of decays until the atom has become a stable isotope, meaning that the nucleus of the atom has reached a stable state. Decay stages are referred to by their relationship to previous or subsequent stages. A parent isotope is one that undergoes decay to form a daughter isotope. One example of this is uranium (atomic number 92) decaying into thorium (atomic number 90). The daughter isotope may be stable or it may decay to form a daughter isotope of its own. The daughter of a daughter isotope is sometimes called a granddaughter isotope. Note that the parent isotope becomes the daughter isotope, unlike in the case of a biological parent and daughter. The time it takes for a single parent atom to decay to an atom of its daughter isotope can vary widely, not only between different parent daughter pairs, but also randomly between identical pairings of parent and daughter isotopes. The decay of each single atom occurs spontaneously, and the decay of an initial population of identical atoms over time t, follows a decaying exponential distribution, e−λt, where λ is called a decay constant. One of the properties of an isotope is its half life, the time by which half of an initial number of identical parent radioisotopes can be expected statistically to have decayed to their daughters, which is inversely related to λ. Half lives have been determined in laboratories for many radioisotopes (or radionuclides). These can range from nearly instantaneous (less than 10−21 seconds) to more than 1019 years. The intermediate stages each emit the same amount of radioactivity as the original radioisotope (i. e., there is a one to one relationship between the numbers of decays in successive stages) but each stage releases a different quantity of energy. If and when equilibrium is achieved, each successive daughter isotope is present in direct proportion to its half life; but since its activity is inversely proportional to its half life, each nuclide in the decay chain contributes as many individual transformations as the head of the chain, though not the same energy. For example, uranium 238 is weakly radioactive, but pitchblende, a uranium ore, is 13 times more radioactive than the pure uranium metal because of the presence of shorter lived decay products, such as radium and the noble gas radon. Rock containing thorium and/or uranium (such as some types of granite) emits radon gas, which tends to accumulate in enclosed places such as basements or underground mines due to its high density. The quantity of isotopes in the decay chains at a certain time are calculated with the Bateman equation.
История
За исключением водорода-1, водорода-2 (дейтерия), гелия-3, гелия-4 и, возможно, следовых количеств стабильных изотопов лития и бериллия, образованных в Большом взрыве, все элементы и изотопы, обнаруженные на Земле, были созданы s-процессом или r-процессом в звездах или при столкновениях звезд. Для того чтобы они стали частью Земли сегодня, они должны были образоваться не позднее 4,5 миллиардов лет назад. Все элементы, образовавшиеся 4,5 миллиарда лет назад или ранее, называются первичными, то есть они были созданы звездными процессами Вселенной. В момент их образования нестабильные изотопы начали распадаться немедленно. Все изотопы с периодом полураспада менее 100 миллионов лет уменьшились до 2,8 или менее от первоначального количества, созданного и захваченного при аккреции Земли; сегодня они встречаются в следовых количествах или полностью распались. Существует только два других способа создания изотопов: искусственно, внутри созданного человеком (или, возможно, природного) реактора, или посредством распада родительского изотопного вида – процесс, известный как цепочка распада. Нестабильные изотопы распадаются на дочерние продукты (которые иногда могут быть еще более нестабильными) с определенной скоростью; в конечном итоге, часто после серии распадов, достигается стабильный изотоп: во Вселенной существует 251 стабильный изотоп. В стабильных изотопах легкие элементы обычно имеют более низкое отношение числа нейтронов к числу протонов в ядре, чем тяжелые элементы. Легкие элементы, такие как гелий-4, имеют отношение нейтронов к протонам, близкое к 1:1. Самые тяжелые элементы, такие как свинец, имеют около 1,5 нейтронов на протон (например, 1,536 в свинце-208). Ни один нуклид тяжелее свинца-208 не является стабильным; эти более тяжелые элементы должны терять массу для достижения стабильности, главным образом посредством альфа-распада. Другой распространенный способ распада изотопов с высоким отношением нейтронов к протонам (n/p) – это бета-распад, при котором нуклид меняет элементную идентичность, сохраняя при этом то же самое массовое число и уменьшая свое отношение n/p. Для некоторых изотопов с относительно низким отношением n/p происходит обратный бета-распад, при котором протон превращается в нейтрон, приближая изотоп к стабильному состоянию; однако, поскольку деление почти всегда производит продукты, богатые нейтронами, эмиссия позитронов или захват электронов редки по сравнению с эмиссией электронов. Существует множество относительно коротких цепочек бета-распада, по крайней мере две (тяжелый бета-распад и легкий позитронный распад) для каждого дискретного веса до примерно 207 и некоторые за его пределами, но для элементов с большей массой (изотопов тяжелее свинца) существует только четыре пути, охватывающих все цепочки распада. Это связано с тем, что существует только два основных метода распада: альфа-излучение, которое уменьшает массу на 4 атомные единицы массы (а.е.м.), и бета-излучение, которое не меняет массовое число (только атомный номер и отношение p/n). Эти четыре пути называются 4n, 4n+1, 4n+2 и 4n+3; остаток от деления атомной массы на четыре определяет цепочку, которую изотоп будет использовать для распада. Существуют и другие способы распада, но они неизменно происходят с меньшей вероятностью, чем альфа- или бета-распад. (Не следует предполагать, что эти цепочки не имеют ветвлений: на диаграмме ниже показаны некоторые ветви цепочек, а на самом деле их намного больше, поскольку существует гораздо больше возможных изотопов, чем показано на диаграмме.) Например, третий атом синтезированного нихония-278 претерпел шесть альфа-распада до менделевия-254, после чего он следовал бы цепочке 4n+2, как указано в этой статье. Однако самые тяжелые сверхтяжелые нуклиды, синтезируемые, не достигают четырех цепочек распада, поскольку они достигают нуклида, спонтанно делящегося, после нескольких альфа-распадных процессов, которые завершают цепочку: это произошло с первыми двумя атомами нихония-278, синтезированными, а также со всеми полученными тяжелыми нуклидами. Три из этих цепочек имеют долгоживущий изотоп (или нуклид) вблизи вершины; этот долгоживущий нуклид является узким местом в процессе, через который цепочка течет очень медленно и поддерживает цепочку ниже него "живой" за счет потока. Три долгоживущих нуклида – это уран-238 (период полураспада 4,5 миллиарда лет), уран-235 (период полураспада 700 миллионов лет) и торий-232 (период полураспада 14 миллиардов лет). Четвертая…
With the exceptions of hydrogen 1, hydrogen 2 (deuterium), helium 3, helium 4, and perhaps trace amounts of stable lithium and beryllium isotopes which were created in the Big Bang, all the elements and isotopes found on Earth were created by the s process or the r process in stars or stellar collisions, and for those to be today a part of the Earth, must have been created not later than 4.5 billion years ago. All the elements created 4.5 billion years ago or earlier are termed primordial, meaning they were generated by the universe's stellar processes. At the time when they were created, those that were unstable began decaying immediately. All the isotopes which have half lives less than 100 million years have been reduced to 2.8 or less of whatever original amounts were created and captured by Earth's accretion; they are of trace quantity today, or have decayed away altogether. There are only two other methods to create isotopes: artificially, inside a man made (or perhaps a natural) reactor, or through decay of a parent isotopic species, the process known as the decay chain. Unstable isotopes decay to their daughter products (which may sometimes be even more unstable) at a given rate; eventually, often after a series of decays, a stable isotope is reached: there are 251 stable isotopes in the universe. In stable isotopes, light elements typically have a lower ratio of neutrons to protons in their nucleus than heavier elements. Light elements such as helium 4 have close to a 1:1 neutron:proton ratio. The heaviest elements such as lead have close to 1.5 neutrons per proton (e. g. 1.536 in lead 208). No nuclide heavier than lead 208 is stable; these heavier elements have to shed mass to achieve stability, mostly by alpha decay. The other common way for isotopes with a high neutron to proton ratio (n/p) to decay is beta decay, in which the nuclide changes elemental identity while keeping the same mass number and lowering its n/p ratio. For some isotopes with a relatively low n/p ratio, there is an inverse beta decay, by which a proton is transformed into a neutron, thus moving towards a stable isotope; however, since fission almost always produces products which are neutron heavy, positron emission or electron capture are rare compared to electron emission. There are many relatively short beta decay chains, at least two (a heavy, beta decay and a light, positron decay) for every discrete weight up to around 207 and some beyond, but for the higher mass elements (isotopes heavier than lead) there are only four pathways which encompass all decay chains. This is because there are just two main decay methods: alpha radiation, which reduces the mass by 4 atomic mass units (amu), and beta, which does not change the mass number (just the atomic number and the p/n ratio). The four paths are termed 4n, 4n + 1, 4n + 2, and 4n + 3; the remainder from dividing the atomic mass by four gives the chain the isotope will use to decay. There are other decay modes, but they invariably occur at a lower probability than alpha or beta decay. (It should not be supposed that these chains have no branches: the diagram below shows a few branches of chains, and in reality there are many more, because there are many more isotopes possible than are shown in the diagram.) For example, the third atom of nihonium 278 synthesised underwent six alpha decays down to mendelevium 254, upon which it would have followed the 4n + 2 chain as given in this article. However, the heaviest superheavy nuclides synthesised do not reach the four decay chains, because they reach a spontaneously fissioning nuclide after a few alpha decays that terminates the chain: this is what happened to the first two atoms of nihonium 278 synthesised, as well as to all heavier nuclides produced. Three of those chains have a long lived isotope (or nuclide) near the top; this long lived nuclide is a bottleneck in the process through which the chain flows very slowly, and keeps the chain below them "alive" with flow. The three long lived nuclides are uranium 238 (half life 4.5 billion years), uranium 235 (half life 700 million years) and thorium 232 (half life 14 billion years). The fourth chain has no such long lasting bottleneck nuclide near the top, so almost all of the nuclides in that chain have long since decayed down to just before the end: bismuth 209. This nuclide was long thought to be stable, but in 2003 it was found to be unstable, with a very long half life of 20.1 billion billion years; it is the last step in the chain before stable thallium 205. Because this bottleneck is so long lived, very small quantities of the final decay product have been produced, and for most practical purposes bismuth 209 is the final decay product. In the distant past, during the first few million years of the history of the Solar System, there were more kinds of unstable high mass nuclides in existence, and the four chains were longer, as they included nuclides that have since decayed away. Notably, 244Pu, 237Np, and 247Cm have half lives over a million years and would have then been lesser bottlenecks high in the 4n, 4n+1, and 4n+3 chains respectively. (There is no nuclide with a half life over a million years above 238U in the 4n+2 chain.) Today some of these formerly extinct isotopes are again in existence as they have been manufactured. Thus they again take their places in the chain: plutonium 239, used in nuclear weapons, is the major example, decaying to uranium 235 via alpha emission with a half life 24,500 years. There has also been large scale production of neptunium 237, which has resurrected the hitherto extinct fourth chain. The tables below hence start the four decay chains at isotopes of californium with mass numbers from 249 to 252. +Summary of the four decay chain pathwaysName of seriesThoriumNeptuniumUraniumActiniumMass numbers4n4n+14n+24n+3Long lived nuclide232Th(244Pu)209Bi(237Np)238U 235U(247Cm)Half life(billions of years)14(0.08) 20100000000(0.00214) 4.5 0.7(0.0156)End of chain208Pb205Tl206Pb207Pb
These four chains are summarised in the chart in the following section.
Виды гниения
Четыре наиболее распространенных способа радиоактивного распада: альфа-распад, бета-распад, обратный бета-распад (который рассматривается как позитронная эмиссия и захват электронов) и изомерный переход. Из этих процессов распада только альфа-распад (распад ядра гелия-4) изменяет атомное массовое число (A) ядра и всегда уменьшает его на четыре. В связи с этим, почти любой распад приводит к образованию ядра, атомное массовое число которого имеет один и тот же остаток при делении на 4. Это разделяет список нуклидов на четыре класса. Все члены любой возможной цепи распада должны полностью принадлежать одному из этих классов. В природе наблюдаются три основные цепи (или семейства) распада. Их обычно называют серией тория, серией радия или урана и серией актиния, представляющие три из этих четырех классов и заканчивающиеся тремя различными стабильными изотопами свинца. Массовое число каждого изотопа в этих цепях может быть представлено как A = 4n, A = 4n + 2 и A = 4n + 3, соответственно. Долгоживущие исходные изотопы этих трех серий, торий-232, уран-238 и уран-235, соответственно, существуют со времени образования Земли, не считая искусственных изотопов и их распад, созданных после 1940-х годов. Из-за относительно короткого периода полураспада исходного изотопа нептуния-237 (2,14 миллиона лет), четвертая цепь, серия нептуния с A = 4n + 1, уже вымерла в природе, за исключением конечной, лимитирующей скорость стадии – распада висмута-209. Следы нептуния-237 и продуктов его распада встречаются в природе, однако, в результате захвата нейтронов в урановой руде. Существуют также нетрансурановые цепи распада нестабильных изотопов легких элементов, например, магния-28 и хлора-39. На Земле большинство исходных изотопов этих цепей до 1945 года образовались под воздействием космического излучения. С 1945 года испытания и применение ядерного оружия также привели к образованию многочисленных радиоактивных продуктов деления. Почти все такие изотопы распадаются либо посредством β−-распада, либо посредством β+-распада, превращаясь из одного элемента в другой без изменения атомной массы. Эти более поздние дочерние продукты, будучи ближе к стабильности, обычно имеют более длительный период полураспада, пока окончательно не достигнут стабильности.
The four most common modes of radioactive decay are: alpha decay, beta decay, inverse beta decay (considered as both positron emission and electron capture), and isomeric transition. Of these decay processes, only alpha decay (fission of a helium 4 nucleus) changes the atomic mass number (A) of the nucleus, and always decreases it by four. Because of this, almost any decay will result in a nucleus whose atomic mass number has the same residue mod 4. This divides the list of nuclides into four classes. All the members of any possible decay chain must be drawn entirely from one of these classes. Three main decay chains (or families) are observed in nature. These are commonly called the thorium series, the radium or uranium series, and the actinium series, representing three of these four classes, and ending in three different, stable isotopes of lead. The mass number of every isotope in these chains can be represented as A = 4n, A = 4n + 2, and A = 4n + 3, respectively. The long lived starting isotopes of these three isotopes, respectively thorium 232, uranium 238, and uranium 235, have existed since the formation of the Earth, ignoring the artificial isotopes and their decays created since the 1940s. Due to the relatively short half life of its starting isotope neptunium 237 (2.14 million years), the fourth chain, the neptunium series with A = 4n + 1, is already extinct in nature, except for the final rate limiting step, decay of bismuth 209. Traces of 237Np and its decay products do occur in nature, however, as a result of neutron capture in uranium ore. There are also non transuranic decay chains of unstable isotopes of light elements, for example those of magnesium 28 and chlorine 39. On Earth, most of the starting isotopes of these chains before 1945 were generated by cosmic radiation. Since 1945, the testing and use of nuclear weapons has also released numerous radioactive fission products. Almost all such isotopes decay by either β− or β+ decay modes, changing from one element to another without changing atomic mass. These later daughter products, being closer to stability, generally have longer half lives until they finally decay into stability.
Цепи распада актинидов альфа
В четырех таблицах ниже незначительные ветви распада (с вероятностью ветвления менее 0,0001%) опущены. Выделяемая энергия включает в себя полную кинетическую энергию всех испускаемых частиц (электронов, альфа-частиц, гамма-квантов, нейтрино, электронов Оже и рентгеновских лучей) и ядра отдачи, при условии, что исходное ядро находилось в состоянии покоя. Буква "a" обозначает год (от латинского *annus*). В таблицах ниже (за исключением нептуния) также указаны исторические названия природных нуклидов. Эти названия использовались во время первоначального открытия и исследования цепей распада. По этим историческим названиям можно определить, к какой конкретной цепи принадлежит нуклид, и заменить его современным наименованием. Три естественные альфа-цепи распада актинидов – ториевая, урановая/радиевая (от урана-238) и актиниевая (от урана-235) – каждая завершается своим специфическим изотопом свинца (свинец-208, свинец-206 и свинец-207 соответственно). Все эти изотопы стабильны и также присутствуют в природе как первичные нуклиды, но их избыточное количество по сравнению со свинцом-204 (который имеет только первичное происхождение) может быть использовано в методе уран-свинцового датирования для определения возраста горных пород.
In the four tables below, the minor branches of decay (with the branching probability of less than 0.0001%) are omitted. The energy release includes the total kinetic energy of all the emitted particles (electrons, alpha particles, gamma quanta, neutrinos, Auger electrons and X rays) and the recoil nucleus, assuming that the original nucleus was at rest. The letter 'a' represents a year (from the Latin annus). In the tables below (except neptunium), the historic names of the naturally occurring nuclides are also given. These names were used at the time when the decay chains were first discovered and investigated. From these historical names one can locate the particular chain to which the nuclide belongs, and replace it with its modern name. The three naturally occurring actinide alpha decay chains given below—thorium, uranium/radium (from uranium 238), and actinium (from uranium 235)—each ends with its own specific lead isotope (lead 208, lead 206, and lead 207 respectively). All these isotopes are stable and are also present in nature as primordial nuclides, but their excess amounts in comparison with lead 204 (which has only a primordial origin) can be used in the technique of uranium–lead dating to date rocks.
Серия тория
4n-цепочка тория-232 обычно называется «серией тория» или «каскадом тория». Начиная с природного тория-232, эта серия включает следующие элементы: актиний, висмут, свинец, полоний, радий, радон и таллий. Все они присутствуют, по крайней мере временно, в любом природном образце, содержащем торий, будь то металл, соединение или минерал. Серия заканчивается свинцом-208. Плутоний-244 (который появляется на несколько ступеней выше тория-232 в этой цепочке, если её расширить до трансурановых элементов) присутствовал в ранней Солнечной системе, хотя неясно, был ли он обнаружен. Общая энергия, высвобождаемая при распаде тория-232 в свинец-208, включая энергию, потерянную нейтрино, составляет 42,6 МэВ.
The 4n chain of thorium 232 is commonly called the "thorium series" or "thorium cascade". Beginning with naturally occurring thorium 232, this series includes the following elements: actinium, bismuth, lead, polonium, radium, radon and thallium. All are present, at least transiently, in any natural thorium containing sample, whether metal, compound, or mineral. The series terminates with lead 208. Plutonium 244 (which appears several steps above thorium 232 in this chain if one extends it to the transuranics) was present in the early Solar System, though it is uncertain if it has been detected. The total energy released from thorium 232 to lead 208, including the energy lost to neutrinos, is 42.6 MeV. NuclideHistoric namesDecay modeHalf life(a = years)Energy releasedMeVDecayproductShortLong 252Cf α 2.645 a 6.1181 248Cm 248Cm α 3.4 a 5.162 244Pu244Puα8 a4.589240U 240U β− 14.1 h 0.39 240Np 240Np β− 1.032 h 2.2 240Pu 240Pu α 6561 a 5.1683 236U 236U Thoruranium α 2.3 a 4.494 232Th 232Th Th Thorium α 1.405 a 4.081 228Ra 228Ra MsTh1 Mesothorium 1 β− 5.75 a 0.046 228Ac 228Ac MsTh2 Mesothorium 2 β− 6.25 h 2.124 228Th 228Th RdTh Radiothorium α 1.9116 a 5.520 224Ra 224Ra ThX Thorium X α 3.6319 d 5.789 220Rn 220Rn Tn Thoron,Thorium Emanation α 55.6 s 6.404 216Po 216Po ThA Thorium A α 0.145 s 6.906 212Pb 212Pb ThB Thorium B β− 10.64 h 0.570 212Bi 212Bi ThC Thorium C β− 64.06% α 35.94% 60.55 min 2.252 6.208 212Po 208Tl 212Po ThC′ Thorium C′ α 294.4 ns 8.954 208Pb 208Tl ThC″ Thorium C″ β− 3.053 min 1.803 208Pb 208Pb ThD Thorium D stable — — —
Нуклиды
Исторические названия
Режим распада
Период полураспада (a = годы)
Выделяемая энергия, МэВ
Продукт распада
Краткий
Длительный
252Cf α 2,645 a 6,1181 248Cm
248Cm α 3,4 a 5,162 244Pu
244Pu α 8 a 4,589 240U
240U β− 14,1 ч 0,39 240Np
240Np β− 1,032 ч 2,2 240Pu
240Pu α 6561 a 5,1683 236U
236U Тораний α 2,3 a 4,494 232Th
232Th Торий α 1,405 a 4,081 228Ra
228Ra MsTh1 Мезоторий 1 β− 5,75 a 0,046 228Ac
228Ac MsTh2 Мезоторий 2 β− 6,25 ч 2,124 228Th
228Th RdTh Радиоторий α 1,9116 a 5,520 224Ra
224Ra ThX Торий X α 3,6319 д 5,789 220Rn
220Rn Tn Торон, Эманация тория α 55,6 с 6,404 216Po
216Po ThA Торий A α 0,145 с 6,906 212Pb
212Pb ThB Торий B β− 10,64 ч 0,570 212Bi
212Bi ThC Торий C β− 64,06% α 35,94% 60,55 мин 2,252 6,208 212Po 208Tl
212Po ThC′ Торий C′ α 294,4 нс 8,954 208Pb
208Tl ThC″ Торий C″ β− 3,053 мин 1,803 208Pb
208Pb ThD Торий D стабильный — — —
The 4n chain of thorium 232 is commonly called the "thorium series" or "thorium cascade". Beginning with naturally occurring thorium 232, this series includes the following elements: actinium, bismuth, lead, polonium, radium, radon and thallium. All are present, at least transiently, in any natural thorium containing sample, whether metal, compound, or mineral. The series terminates with lead 208. Plutonium 244 (which appears several steps above thorium 232 in this chain if one extends it to the transuranics) was present in the early Solar System, though it is uncertain if it has been detected. The total energy released from thorium 232 to lead 208, including the energy lost to neutrinos, is 42.6 MeV. NuclideHistoric namesDecay modeHalf life(a = years)Energy releasedMeVDecayproductShortLong 252Cf α 2.645 a 6.1181 248Cm 248Cm α 3.4 a 5.162 244Pu244Puα8 a4.589240U 240U β− 14.1 h 0.39 240Np 240Np β− 1.032 h 2.2 240Pu 240Pu α 6561 a 5.1683 236U 236U Thoruranium α 2.3 a 4.494 232Th 232Th Th Thorium α 1.405 a 4.081 228Ra 228Ra MsTh1 Mesothorium 1 β− 5.75 a 0.046 228Ac 228Ac MsTh2 Mesothorium 2 β− 6.25 h 2.124 228Th 228Th RdTh Radiothorium α 1.9116 a 5.520 224Ra 224Ra ThX Thorium X α 3.6319 d 5.789 220Rn 220Rn Tn Thoron,Thorium Emanation α 55.6 s 6.404 216Po 216Po ThA Thorium A α 0.145 s 6.906 212Pb 212Pb ThB Thorium B β− 10.64 h 0.570 212Bi 212Bi ThC Thorium C β− 64.06% α 35.94% 60.55 min 2.252 6.208 212Po 208Tl 212Po ThC′ Thorium C′ α 294.4 ns 8.954 208Pb 208Tl ThC″ Thorium C″ β− 3.053 min 1.803 208Pb 208Pb ThD Thorium D stable — — —
Серия Нептуния
Цепь 4n + 1 нептуния-237 обычно называют «серией нептуния» или «каскадом нептуния». В этой серии только два изотопа встречаются в природе в значительных количествах, а именно последние два: висмут-209 и таллий-205. Некоторые из других изотопов были обнаружены в природе, происходящие из следовых количеств нептуния-237, образующихся в результате реакции (n,2n) в первичном уране-238. Детектор дыма, содержащий ионизационную камеру америция-241, накапливает значительное количество нептуния-237 по мере распада америция. Следующие элементы также присутствуют в нем, по крайней мере временно, как продукты распада нептуния: актиний, астатин, висмут, франций, свинец, полоний, протактиний, радий, радон, таллий, торий и уран. Поскольку эта серия была обнаружена и изучена только в 1947–1948 годах, её нуклиды не имеют исторических названий. Уникальной особенностью этой цепи распада является то, что благородный газ радон образуется только в редкой ветви (не показана на иллюстрации), а не в основной последовательности распада; таким образом, радон из этой цепи распада не мигрирует через горные породы почти так же, как из других трех. Еще одна уникальная особенность этой последовательности распада заключается в том, что она заканчивается таллием, а не свинцом. Эта серия завершается стабильным изотопом таллий-205. Общая энергия, высвобождаемая при распаде от калифорния-249 до таллия-205, включая энергию, потерянную на нейтрино, составляет 66,8 МэВ.
The 4n + 1 chain of neptunium 237 is commonly called the "neptunium series" or "neptunium cascade". In this series, only two of the isotopes involved are found naturally in significant quantities, namely the final two: bismuth 209 and thallium 205. Some of the other isotopes have been detected in nature, originating from trace quantities of 237Np produced by the (n,2n) knockout reaction in primordial 238U. A smoke detector containing an americium 241 ionization chamber accumulates a significant amount of neptunium 237 as its americium decays. The following elements are also present in it, at least transiently, as decay products of the neptunium: actinium, astatine, bismuth, francium, lead, polonium, protactinium, radium, radon, thallium, thorium, and uranium. Since this series was only discovered and studied in 1947–1948, its nuclides do not have historic names. One unique trait of this decay chain is that the noble gas radon is only produced in a rare branch (not shown in the illustration) but not the main decay sequence; thus, radon from this decay chain does not migrate through rock nearly as much as from the other three. Another unique trait of this decay sequence is that it ends in thallium rather than lead. This series terminates with the stable isotope thallium 205. The total energy released from californium 249 to thallium 205, including the energy lost to neutrinos, is 66.8 MeV. NuclideDecay modeHalf life(a = years)Energy releasedMeVDecay product249Cfα351 a5.813+.388245Cm 245Cm α 8500 a 5.362+.175 241Pu 241Pu β− 14.4 a 0.021 241Am 241Am α 432.7 a 5.638 237Np 237Np α 2.14×106 a 4.959 233Pa 233Pa β− 27.0 d 0.571 233U 233U α 1.592×105 a 4.909 229Th 229Th α 7340 a 5.168 225Ra 225Ra β− 99.998%α 0.002% 14.9 d 0.365.097 225Ac221Rn 225Ac α 10.0 d 5.935 221Fr 221Rn β− 78%α 22% 25.7 min 1.1946.163 221Fr217Po 221Fr α 99.9952% β− 0.0048% 4.8 min 6.458 0.314 217At221Ra 221Ra α 28 s 6.880 217Rn 217Po α 97.5% β− 2.5%1.53 s 6.6621.488213Pb 217At 217At α 99.992% β− 0.008%32 ms 7.201 0.737213Bi 217Rn 217Rn α 540 μs 7.887 213Po 213Pb β− 10.2 min2.028 213Bi 213Bi β− 97.80% α 2.20% 46.5 min 1.423 5.87 213Po 209Tl 213Po α 3.72 μs 8.536 209Pb 209Tl β− 2.2 min 3.99 209Pb 209Pb β− 3.25 h 0.644 209Bi 209Bi α 2.01×1019 a 3.137 205Tl 205Tl stable .
The 4n + 1 chain of neptunium 237 is commonly called the "neptunium series" or "neptunium cascade". In this series, only two of the isotopes involved are found naturally in significant quantities, namely the final two: bismuth 209 and thallium 205. Some of the other isotopes have been detected in nature, originating from trace quantities of 237Np produced by the (n,2n) knockout reaction in primordial 238U. A smoke detector containing an americium 241 ionization chamber accumulates a significant amount of neptunium 237 as its americium decays. The following elements are also present in it, at least transiently, as decay products of the neptunium: actinium, astatine, bismuth, francium, lead, polonium, protactinium, radium, radon, thallium, thorium, and uranium. Since this series was only discovered and studied in 1947–1948, its nuclides do not have historic names. One unique trait of this decay chain is that the noble gas radon is only produced in a rare branch (not shown in the illustration) but not the main decay sequence; thus, radon from this decay chain does not migrate through rock nearly as much as from the other three. Another unique trait of this decay sequence is that it ends in thallium rather than lead. This series terminates with the stable isotope thallium 205. The total energy released from californium 249 to thallium 205, including the energy lost to neutrinos, is 66.8 MeV. NuclideDecay modeHalf life(a = years)Energy releasedMeVDecay product249Cfα351 a5.813+.388245Cm 245Cm α 8500 a 5.362+.175 241Pu 241Pu β− 14.4 a 0.021 241Am 241Am α 432.7 a 5.638 237Np 237Np α 2.14×106 a 4.959 233Pa 233Pa β− 27.0 d 0.571 233U 233U α 1.592×105 a 4.909 229Th 229Th α 7340 a 5.168 225Ra 225Ra β− 99.998%α 0.002% 14.9 d 0.365.097 225Ac221Rn 225Ac α 10.0 d 5.935 221Fr 221Rn β− 78%α 22% 25.7 min 1.1946.163 221Fr217Po 221Fr α 99.9952% β− 0.0048% 4.8 min 6.458 0.314 217At221Ra 221Ra α 28 s 6.880 217Rn 217Po α 97.5% β− 2.5%1.53 s 6.6621.488213Pb 217At 217At α 99.992% β− 0.008%32 ms 7.201 0.737213Bi 217Rn 217Rn α 540 μs 7.887 213Po 213Pb β− 10.2 min2.028 213Bi 213Bi β− 97.80% α 2.20% 46.5 min 1.423 5.87 213Po 209Tl 213Po α 3.72 μs 8.536 209Pb 209Tl β− 2.2 min 3.99 209Pb 209Pb β− 3.25 h 0.644 209Bi 209Bi α 2.01×1019 a 3.137 205Tl 205Tl stable .
Серия актиниума
Цепь 4n+3 урана-235 обычно называют «серией актиния» или «каскадом актиния». Начиная с природного изотопа урана-235, эта серия распада включает следующие элементы: актиний, астатин, висмут, франций, свинец, полоний, протактиний, радий, радон, таллий и торий. Все они присутствуют, по крайней мере временно, в любом образце, содержащем уран-235, будь то металл, соединение, руда или минерал. Эта серия завершается стабильным изотопом свинца-207. В ранней Солнечной системе эта цепь уходила в прошлое до 247Cm. Это проявляется сегодня в виде вариаций в соотношениях 235U/238U, поскольку курий и уран имеют заметно различные химические свойства и должны были бы разделяться по-разному. Общая энергия, высвобождаемая при распаде урана-235 до свинца-207, включая энергию, потерянную на нейтрино, составляет 46,4 МэВ.
The 4n+3 chain of uranium 235 is commonly called the "actinium series" or "actinium cascade". Beginning with the naturally occurring isotope uranium 235, this decay series includes the following elements: actinium, astatine, bismuth, francium, lead, polonium, protactinium, radium, radon, thallium, and thorium. All are present, at least transiently, in any sample containing uranium 235, whether metal, compound, ore, or mineral. This series terminates with the stable isotope lead 207. In the early Solar System this chain went back to 247Cm. This manifests itself today as variations in 235U/238U ratios, since curium and uranium have noticeably different chemistries and would have separated differently. The total energy released from uranium 235 to lead 207, including the energy lost to neutrinos, is 46.4 MeV. NuclideHistoric nameDecay modeHalf life(a = years)Energy releasedMeVDecayproductShortLong 251Cf α 900.6 a 6.176 247Cm247Cmα1.56×107 a5.353243Pu243Pu β− 4.95556 h 0.579 243Am 243Am α 7388 a 5.439 239Np 239Np β− 2.3565 d 0.723 239Pu 239Pu α 2.41×104 a 5.244 235U 235U AcU Actin Uranium α 7.04×108 a 4.678 231Th 231Th UY Uranium Y β− 25.52 h 0.391 231Pa 231Pa Pa Protactinium α 32760 a 5.150 227Ac 227Ac Ac Actinium β− 98.62% α 1.38% 21.772 a 0.045 5.042 227Th 223Fr 227Th RdAc Radioactinium α 18.68 d 6.147 223Ra 223Fr AcK Actinium K β− 99.994% α 0.006% 22.00 min 1.149 5.340 223Ra 219At 223Ra AcX Actinium X α 11.43 d 5.979 219Rn 219At α 97.00% β− 3.00% 56 s 6.275 1.700 215Bi 219Rn 219Rn An Actinon,Actinium Emanation α 3.96 s 6.946 215Po 215Bi β− 7.6 min 2.250 215Po 215Po AcA Actinium A α 99.99977% β− 0.00023% 1.781 ms 7.527 0.715 211Pb 215At 215At α 0.1 ms 8.178 211Bi 211Pb AcB Actinium B β− 36.1 min 1.367 211Bi 211Bi AcC Actinium C α 99.724% β− 0.276% 2.14 min 6.751 0.575 207Tl 211Po 211Po AcC' Actinium C' α 516 ms 7.595 207Pb 207Tl AcC" Actinium C" β− 4.77 min 1.418 207Pb 207Pb AcD Actinium D stable .
НуклидИсторическое названиеТип распадаПериод полураспада (г = годы)Выделяемая энергия (МэВ)Продукт распадаКраткоСр. 251Cf α 900,6 г 6,176 247Cm247Cm α 1,56×107 г 5,353 243Pu243Pu β− 4,95556 ч 0,579 243Am 243Am α 7388 г 5,439 239Np 239Np β− 2,3565 д 0,723 239Pu 239Pu α 2,41×104 г 5,244 235U 235U AcU Уран α 7,04×108 г 4,678 231Th 231Th UY Уран Y β− 25,52 ч 0,391 231Pa 231Pa Pa Протактиний α 32760 г 5,150 227Ac 227Ac Ac Актиний β− 98,62% α 1,38% 21,772 г 0,045 5,042 227Th 223Fr 227Th RdAc Радиоактиний α 18,68 д 6,147 223Ra 223Fr AcK Актиний K β− 99,994% α 0,006% 22,00 мин 1,149 5,340 223Ra 219At 223Ra AcX Актиний X α 11,43 д 5,979 219Rn 219At α 97,00% β− 3,00% 56 с 6,275 1,700 215Bi 219Rn 219Rn An Актинон, Эманация актиния α 3,96 с 6,946 215Po 215Bi β− 7,6 мин 2,250 215Po 215Po AcA Актиний A α 99,99977% β− 0,00023% 1,781 мс 7,527 0,715 211Pb 215At 215At α 0,1 мс 8,178 211Bi 211Pb AcB Актиний B β− 36,1 мин 1,367 211Bi 211Bi AcC Актиний C α 99,724% β− 0,276% 2,14 мин 6,751 0,575 207Tl 211Po 211Po AcC' Актиний C' α 516 мс 7,595 207Pb 207Tl AcC" Актиний C" β− 4,77 мин 1,418 207Pb 207Pb AcD Актиний D стабильный.
The 4n+3 chain of uranium 235 is commonly called the "actinium series" or "actinium cascade". Beginning with the naturally occurring isotope uranium 235, this decay series includes the following elements: actinium, astatine, bismuth, francium, lead, polonium, protactinium, radium, radon, thallium, and thorium. All are present, at least transiently, in any sample containing uranium 235, whether metal, compound, ore, or mineral. This series terminates with the stable isotope lead 207. In the early Solar System this chain went back to 247Cm. This manifests itself today as variations in 235U/238U ratios, since curium and uranium have noticeably different chemistries and would have separated differently. The total energy released from uranium 235 to lead 207, including the energy lost to neutrinos, is 46.4 MeV. NuclideHistoric nameDecay modeHalf life(a = years)Energy releasedMeVDecayproductShortLong 251Cf α 900.6 a 6.176 247Cm247Cmα1.56×107 a5.353243Pu243Pu β− 4.95556 h 0.579 243Am 243Am α 7388 a 5.439 239Np 239Np β− 2.3565 d 0.723 239Pu 239Pu α 2.41×104 a 5.244 235U 235U AcU Actin Uranium α 7.04×108 a 4.678 231Th 231Th UY Uranium Y β− 25.52 h 0.391 231Pa 231Pa Pa Protactinium α 32760 a 5.150 227Ac 227Ac Ac Actinium β− 98.62% α 1.38% 21.772 a 0.045 5.042 227Th 223Fr 227Th RdAc Radioactinium α 18.68 d 6.147 223Ra 223Fr AcK Actinium K β− 99.994% α 0.006% 22.00 min 1.149 5.340 223Ra 219At 223Ra AcX Actinium X α 11.43 d 5.979 219Rn 219At α 97.00% β− 3.00% 56 s 6.275 1.700 215Bi 219Rn 219Rn An Actinon,Actinium Emanation α 3.96 s 6.946 215Po 215Bi β− 7.6 min 2.250 215Po 215Po AcA Actinium A α 99.99977% β− 0.00023% 1.781 ms 7.527 0.715 211Pb 215At 215At α 0.1 ms 8.178 211Bi 211Pb AcB Actinium B β− 36.1 min 1.367 211Bi 211Bi AcC Actinium C α 99.724% β− 0.276% 2.14 min 6.751 0.575 207Tl 211Po 211Po AcC' Actinium C' α 516 ms 7.595 207Pb 207Tl AcC" Actinium C" β− 4.77 min 1.418 207Pb 207Pb AcD Actinium D stable .