Szereg promieniotwórczy

Szereg promieniotwórczy – łańcuch nuklidów promieniotwórczych powstających w wyniku kolejnych rozpadów promieniotwórczych. Kolejne produkty rozpadów promieniotwórczych tworzą szereg, który kończy się izotopem trwałym. Występujące w naturze szeregi rozpoczynają się izotopem promieniotwórczym o długim okresie półtrwania^[1].

W przyrodzie istnieją 3 szeregi promieniotwórcze: uranowo-radowy, torowy i uranowo-aktynowy. Istnieje jeszcze szereg neptunowy, lecz jego nuklidy promieniotwórcze mają krótki okres rozpadu, przez co w przyrodzie występują jedynie w znikomych ilościach, powstając w wyniku przemian jądrowych wywołanych promieniowaniem zewnętrznym^[1].

Przemiany jądrowe zachodzące w szeregach to głównie przemiany typu alfa α i beta β⁻. Szeregi promieniotwórcze przedstawia się na diagramach liczba atomowa × liczba masowa nuklidu. W rozpadzie α powstający nuklid jest na takim diagramie przesunięty względem rozpadającego się o dwa miejsca w lewo (zmniejszenie liczby atomowej o 2 i liczby masowej o 4), w rozpadzie β⁻ 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

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^[1]:

${\displaystyle A=4n+m,}$

gdzie:

• ${\displaystyle n}$ – liczba całkowita,
• ${\displaystyle m}$ – przyjmuje wartości 0, 1, 2, 3.

W ten sposób otrzymuje się 4 szeregi promieniotwórcze:

• występujące naturalnie w przyrodzie:
  • (m = 2) uranowo-radowy – ²³⁸U → ²⁰⁶Pb
  • (m = 3) uranowo-aktynowy – ²³⁵U → ²⁰⁷Pb
  • (m = 0) torowy – ²³²Th → ²⁰⁸Pb
• sztuczny
  • (m = 1) neptunowy – ²³⁷Np → ²⁰⁹Bi

Szereg uranowo-radowy

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, ²⁰⁶Pb.

Szereg uranowo-aktynowy

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.

Szereg torowy

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.

Szereg neptunowy

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.

^* 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.

Przypisy