Радиоактивные ряды

Радиоакти́вные ряды́ (семейства) — группы изотопов, связанных друг с другом цепочкой радиоактивных превращений.

Выделяют три естественных радиоактивных ряда и один искусственный.

Естественные ряды:

ряд тория (4n) — начинается с нуклида Th-232;
ряд радия (4n + 2) — начинается с U-238;
ряд актиния (4n + 3) — начинается с U-235.

Искусственный ряд (вымерший в природе):

ряд нептуния (4n + 1) — начинается с Np-237.

После альфа- и бета-радиоактивных превращений ряды заканчиваются образованием стабильных изотопов.

Активности тех членов ряда, путь к которым от родительского изотопа не проходит через ветвления, при наступлении векового равновесия равны. Так, активность радия-224 в ториевых образцах через несколько десятков лет после изготовления становится практически равной активности тория-232, тогда как активность таллия-208 (образующегося в этом же ряду при α-распаде висмута-212 с коэффициентом ветвления 0,3594) стремится к 35,94 % от активности тория-232. Характерное время прихода к вековому равновесию в ряде равно нескольким периодам полураспада наиболее долгоживущего (среди дочерних) члена семейства. Вековое равновесие в ряду тория наступает достаточно быстро, за десятки лет, так как периоды полураспадов всех членов ряда (кроме родительского нуклида) не превышают нескольких лет (максимальный период полураспада T_1/2 = 5,7 лет — у радия-228). В ряду урана-235 равновесие восстанавливается примерно за сто тысяч лет (наиболее долгоживущий дочерний член ряда — протактиний-231, T_1/2 = 32 760 лет), в ряду урана-238 — примерно за миллион лет (определяется ураном-234, T_1/2 = 245 500 лет).

Типы рядов

Тремя наиболее распространёнными видами радиоактивного распада являются α-распад, β^±-распад и изомерный переход. В результате альфа-распада массовое число ядер всегда уменьшается на четыре, тогда как в результате бета-распадов и изомерных переходов массовое число ядра не меняется. Это приводит к тому, что все нуклиды делятся на четыре группы (ряда) в зависимости от остатка целочисленного деления массового числа нуклида на четыре (то есть родительский нуклид и его дочерний нуклид, образовавшийся в результате альфа-распада, будут принадлежать к одной группе). Во всех рядах происходит образование гелия (из альфа-частиц).

Три основных радиоактивных ряда, наблюдающихся в природе, обычно называются рядом тория, рядом радия и рядом актиния. Каждый из этих рядов заканчивается образованием различных стабильных изотопов свинца. Массовый номер каждого из нуклидов в этих рядах может быть представлен в виде A = 4n, A = 4n + 2 и A = 4n + 3, соответственно.

Ряд тория

Радиоактивный ряд нуклидов с массовым числом, представимым в виде 4n, называется рядом тория. Ряд начинается с встречающегося в природе тория-232 и завершается образованием стабильного свинца-208.

Нуклид	Историческое обозначение	Историческое название	Вид распада	Период полураспада	Выделяемая энергия, МэВ	Продукт распада
²⁵²Cf			α	2,645 года	6,1181	²⁴⁸Cm
²⁴⁸Cm			α	3,4⋅10⁵ лет	6,260	²⁴⁴Pu
²⁴⁴Pu			α	8⋅10⁷ лет	4,589	²⁴⁰U
²⁴⁰U			β⁻	14,1 ч	0,39	²⁴⁰Np
²⁴⁰Np			β⁻	1,032 ч	2,2	²⁴⁰Pu
²⁴⁰Pu			α	6561 год	5,1683	²³⁶U
²³⁶U			α	2,3⋅10⁷ лет	4,494	²³²Th
²³²Th	Th	Торий	α	1,405⋅10¹⁰ лет	4,081	²²⁸Ra
²²⁸Ra	MsTh₁	Мезоторий 1	β⁻	5,75 лет	0,046	²²⁸Ac
²²⁸Ac	MsTh₂	Мезоторий 2	β⁻	6,15 ч	2,124	²²⁸Th
²²⁸Th	RdTh	Радиоторий	α	1,9116 года	5,520	²²⁴Ra
²²⁴Ra	ThX	Торий X	α	3,66 дня	5,789	²²⁰Rn
²²⁰Rn	Tn (ThEm)	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	299 нс	8,955	²⁰⁸Pb
²⁰⁸Tl	ThC′′	Торий C′′	β⁻	3,053 мин	4,999	²⁰⁸Pb
²⁰⁸Pb	ThD	Торий D, ториевый свинец	стабильный

Ряд нептуния

Радиоактивный ряд нуклидов с массовым числом, представимым в виде 4n + 1, называется рядом нептуния. Ряд начинается с нептуния-237 и завершается образованием стабильного таллия-205. В этой серии только два нуклида встречаются в природе — чрезвычайно долгоживущий висмут-209 (период полураспада в миллиард раз превышает возраст Вселенной) и стабильный таллий-205. Однако с развитием ядерных технологий в результате ядерных испытаний и радиационных аварий в окружающую среду попали радионуклиды, такие как плутоний-241 и америций-241, которые также могут быть отнесены по массовому числу к началу ряда нептуния. Так как этот ряд был изучен недавно, его изотопы не имеют исторических названий. Слабая альфа-активность висмута-209 была обнаружена лишь в 2003 году, поэтому в более ранних работах он называется конечным (и единственным сохранившимся в природе) нуклидом ряда.

Нуклид	Вид распада	Период полураспада	Выделяемая энергия, МэВ	Продукт распада
²⁴⁹Cf	α	351 год	5,813 + 0,388	²⁴⁵Cm
²⁴⁵Cm	α	8500 лет	5,362 + 0,175	²⁴¹Pu
²⁴¹Pu	β⁻	14,4 года	0,021	²⁴¹Am
²⁴¹Am	α	432,7 года	5,638	²³⁷Np
²³⁷Np	α	2,14⋅10⁶ лет	4,959	²³³Pa
²³³Pa	β⁻	27,0 д	0,571	²³³U
²³³U	α	1,592⋅10⁵ лет	4,909	²²⁹Th
²²⁹Th	α	7340 лет	5,168	²²⁵Ra
²²⁵Ra	β⁻	14,9 д	0,36	²²⁵Ac
²²⁵Ac	α	10,0 д	5,935	²²¹Fr
²²¹Fr	α	4,8 мин	6,3	²¹⁷At
²¹⁷At	α	32 мс	7,0	²¹³Bi
²¹³Bi	β⁻ 97,80 % α 2,20 %	46,5 мин	1,423 5,87	²¹³Po ²⁰⁹Tl
²¹³Po	α	3,72 мкс	8,536	²⁰⁹Pb
²⁰⁹Tl	β⁻	2,2 мин	3,99	²⁰⁹Pb
²⁰⁹Pb	β⁻	3,25 ч	0,644	²⁰⁹Bi
²⁰⁹Bi	α	1,9⋅10¹⁹ лет	3,14	²⁰⁵Tl
²⁰⁵Tl		стабильный

Ряд радия

Радиоактивный ряд нуклидов с массовым числом, представимым в виде 4n + 2, называется рядом радия (иногда называют рядом урана или урана-радия). Ряд начинается с урана-238 (встречается в природе) и завершается образованием стабильного свинца-206.

Нуклид	Историческое обозначение	Историческое название	Вид распада	Период полураспада	Выделяемая энергия, МэВ	Продукт распада
²³⁸U	UI	Уран I	α	4,468⋅10⁹ лет	4,270	²³⁴Th
²³⁴Th	UX₁	Уран X1	β⁻	24,10 сут	0,273	²³⁴Pa^m
²³⁴Pa^m	UX₂	Уран X2, бревий	β⁻ 99,84 % изомерный переход 0,16 %	1,16 мин	2,271 0,074	²³⁴U ²³⁴Pa
²³⁴Pa	UZ	Уран Z	β⁻	6,70 ч	2,197	²³⁴U
²³⁴U	U_II	Уран II	α	245500 лет	4,859	²³⁰Th
²³⁰Th	Io	Ионий	α	75380 лет	4,770	²²⁶Ra
²²⁶Ra	Ra	Радий	α	1602 года	4,871	²²²Rn
²²²Rn	Rn (RaEm)	Радон (эманация радия)	α	3,8235 д	5,590	²¹⁸Po
²¹⁸Po	RaA	Радий A	α 99,98 % β⁻ 0,02 %	3,10 мин	6,115 0,265	²¹⁴Pb ²¹⁸At
²¹⁸At	RaAt	Астат	α 99,90 % β⁻ 0,10 %	1,5 с	6,874 2,883	²¹⁴Bi ²¹⁸Rn
²¹⁸Rn	AtEm	эманация астата	α	35 мс	7,263	²¹⁴Po
²¹⁴Pb	RaB	Радий B	β⁻	26,8 мин	1,024	²¹⁴Bi
²¹⁴Bi	RaC	Радий C	β⁻ 99,98 % α 0,02 %	19,9 мин	3,272 5,617	²¹⁴Po ²¹⁰Tl
²¹⁴Po	RaC′	Радий C′	α	0,1643 мс	7,883	²¹⁰Pb
²¹⁰Tl	RaC′′	Радий C′′	β⁻	1,30 мин	5,484	²¹⁰Pb
²¹⁰Pb	RaD	Радий D	β⁻	22,3 года	0,064	²¹⁰Bi
²¹⁰Bi	RaE	Радий E	β⁻ 99,99987 % α 0,00013 %	5,013 сут	1,426 5,982	²¹⁰Po ²⁰⁶Tl
²¹⁰Po	RaF	Радий F, полоний	α	138,376 сут	5,407	²⁰⁶Pb
²⁰⁶Tl	RaE′′	Радий E′′	β⁻	4,199 мин	1,533	²⁰⁶Pb
²⁰⁶Pb	RaG	Радий G, урановый свинец	-	стабильный	-	-

Ряд актиния

Радиоактивный ряд нуклидов с массовым числом, представимым в виде 4n + 3, называется рядом актиния или урана-актиния. Ряд начинается с урана-235 и завершается образованием стабильного свинца-207.

Нуклид	Историческое обозначение	Историческое название	Вид распада	Период полураспада	Выделяемая энергия, МэВ	Продукт распада
²³⁹Pu			α	2,41⋅10⁴ лет	5,244	²³⁵U
²³⁵U	AcU	Актиноуран	α	7,04⋅10⁸ лет	4,678	²³¹Th
²³¹Th	UY	Уран Y	β⁻	25,52 ч	0,391	²³¹Pa
²³¹Pa	Pa	Протактиний	α	32760 лет	5,150	²²⁷Ac
²²⁷Ac	Ac	Актиний	β⁻ 98,62 % α 1,38 %	21,772 года	0,045 5,042	²²⁷Th ²²³Fr
²²⁷Th	RdAc	Радиоактиний	α	18,68 сут	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 сут	5,979	²¹⁹Rn
²¹⁹At	AcAtI	Актиноастат I	α 97,00 % β⁻ 3,00 %	56 с	6,275 1,700	²¹⁵Bi ²¹⁹Rn
²¹⁹Rn	An (AcEm)	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	AcAtII	Актиноастат II	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, актиниевый свинец		стабильный

См. также

Литература

Lederer C. M., Hollander J. M., Perlman I. Table of Isotopes (англ.). — 6th Ed. — New York: John Wiley & Sons, 1968.
Радиоактивные ряды // Таблицы физических величин : Справочник / Под ред. акад. И. К. Кикоина. — М.: Атомиздат, 1976. — С. 872—873. — 1008 с.
Decay chains
National Nuclear Data Center