В результате аварийного выброса радиоактивных веществ в атмосферу возможны виды радиационного воздействия на людей и животных, приведеиные на рисунке.

Особенности радиоактивного загрязнения (заражения) местности

Радиоактивное загрязнение при аварии на предприятии (объекте) ядерной энергетики имеет несколько особенностей:

— радиоактивные продукты легко проникают внутрь помещений, так большая часть их находится в парообразном или аэрозольном состоянии;
— наибольшую опасность представляет внутреннее облучение, обусловленное попаданием радиоактивных веществ внутрь организма;
— при большой продолжительности радиоактивного выброса, когда направление ветра может многократно меняться, возникает вероятность радиоактивного загрязнения местности практически во все стороны от источника аварии.

Рассмотрим характерные особенности радиоактивного загрязнения местности при авариях на АЭС в отличие от радиоактивного загрязнения местности при ядерных взрывах.

При наземном ядерном взрыве в его облако вовлекаются десятки тысяч тонн грунта. Радиоактивные частицы смешиваются с минеральной пылью, оплавляются и оседают на местности.

Воздух загрязняется незначительно. Формирование следа радиоактивного облака завершается за несколько часов. За это время метеорологические условия, как правило, резко не изменяются, и след облака имеет конкретные геометрические размеры и очертания. В этом случае главную опасность для людей, оказавшихся на следе радиоактивного облака, представляет внешнее облучение (90—95% общей дозы облучения). Доза внутреннего облучения незначительна. Она обусловлена попаданием внутрь организма радиоактивных веществ через органы дыхания и с продуктами питания.

При авариях на АЭС значительная часть продуктов деления ядерного топлива находится в парообразном или аэрозольном состоянии. Их выброс в атмосферу может продолжаться от нескольких суток до нескольких недель. Воздействие радиоактивного загрязнения окружающей среды на людей в первые часы и сутки после аварии определяется как внешним облучением от радиоактивного облака и радиоактивных выпадений на местности, так и внутренним облучением в результате вдыхания радионуклидов из облака выброса. В последующем в течение многих лет вредное воздействие и накопление дозы облучения у людей будет обусловлено вовлечением в биологическую цепочку выпавших радионуклидов и употреблением загрязненных продуктов питания и воды. Суммарную дозу облучения, прогнозируемую на 50 ближайших после аварии лет, в этом случае принято рассчитывать следующим образом: 15% —внешнее облучение, 85% — внутреннее облучение.

Характер поражения людей и животных.
Загрязнение сельскохозяйственных растений и продуктов питания

При авариях на ядерных энергетических установках сложно создать условия, полностью предохраняющие людей от облучения.

Однако, зная, что воздействие ионизирующих излучений на отдельные ткани и органы человека не одинаково, его можно значительно ослабить.

Итак, одни органы более чувствительны к воздействию ионизирующих излучений, другие — менее.

При сравнительно равномерном облучении организма ущерб здоровью определяют по уровню облучения всего тела, что соответствует первой группе критических органов.

К первой группе критических органов

Ко второй группе критических органов относят мышцы, щитовидную железу, жировую ткань, печень, почки, селезенку, желудочно-кишечный тракт, легкие, хрусталики глаз.

Третью группу критических органов составляют кожный покров, костная ткань, кисти рук, предплечья, голени и стопы.

При действиях на местности, загрязненной радиоактивными веществами, устанавливают определенные допустимые дозы облучения на тот или иной промежуток времени, которые, как правило, не должны вызывать у людей радиоактивных поражений.

Степень лучевых (радиационных) поражений зависит от полученной дозы излучения и времени, в течение которого человек ему подвергался. Не всякая доза облучения опасна. Если она не превышает 50 Р, то исключена даже потеря трудоспособности. Доза в 200—300 Р, полученная за короткий промежуток времени, может вызвать тяжелые радиационные поражения. Однако такая же доза, полученная в течение нескольких месяцев, не приведет к заболеванию: здоровый организм человека способен за это время вырабатывать новые клетки взамен погибших при облучении.

При определении допустимых доз облучения учитывают, что оно может быть однократным или многократным.

Однократным считают облучение, полученное за первые четверо суток. Оно может быть импульсивным (при воздействии проникающей радиации) или равномерным (при облучении на загрязненной местности).

Облучение, полученное за время, превышающее четверо суток, считают многократным.

Соблюдение установленных пределов допустимых доз облучения исключает возможность массовых радиационных поражений в зонах радиоактивного заражения местности. В табл. 9, 10 приведены возможные последствия острого однократного и многократного облучения организма человека в зависимости от полученной дозы.

Образовавшиеся в процессе аварии ядерной энергетической установки радиоактивные продукты в виде пыли, аэрозолей и других мельчайших частиц оседают на местности. Их разносит ветер, заражая все вокруг. Если запасы продовольствия окажутся не укрытыми или будет нарушена целостность их упаковки, то радиоактивные вещества загрязнят их. Радиоактивные вещества могут быть также занесены в пищу при ее обработке с зараженных поверхностей тары, кухонного инвентаря и оборудования, одежды и рук.

Радиоактивные вещества, попадающие на поверхность продуктов, если они не упакованы, или через щели и неплотности тары, проникают внутрь: в хлеб и сухари — на глубину пор; в сыпучие продукты (муку, крупу, сахарный песок, поваренную соль) — в поверхностные (10—15 мм) и нижележащие слои в зависимости от плотности продукта. Мясо, рыба, овощи и фрукты обычно загрязняются радиоактивной пылью (аэрозолями) с поверхности, к которой она весьма плотно прилипает. В жидких продуктах крупные частицы оседают на дно тары, а мелкие образуют взвеси.

Наибольшую опасность представляет попадание радиоактивных веществ внутрь организма с зараженной ими пищей и водой, причем поступление их в количествах более установленных величин вызывает лучевую болезнь. Поэтому в целях исключения опасного внутреннего облучения организма человека установлены допустимые пределы радиоактивного загрязнения продуктов питания и воды (табл. 11). Их соблюдение необходимо строго контролировать.

Примечание: удельная активность радионуклида — отношение активности радионуклида в образце к массе образца. Активность радионуклида в образце измеряют в кюри (Ки). 1 Ки = 3, 7 • 1010 ядерных превращений в секунду.

Радиоактивный химический элемент. Искусственный радиоактивный элемент :: SYL.ru

До конца XIX века все химические элементы казались постоянными и неделимыми. Не возникало вопроса о том, как можно преобразовать неизменяемые элементы. Но открытие радиоактивности перевернуло известный нам мир и проложило путь к открытию новых веществ.

Открытие радиоактивности

Честь открытия превращения элементов принадлежит французскому физику Антуану Беккерелю. Для одного химического опыта ему понадобились кристаллы сульфата уранил-калия. Он завернул вещество в черную бумагу и положил пакет возле фотопластинки. После проявления пленки ученый увидел на снимке очертания кристаллов уранила. Несмотря на плотный слой бумаги, они были хорошо различимы. Беккерель несколько раз повторял этот опыт, но результат оказывался тем же: очертания кристаллов, содержащих уран, четко просвечивались на фотографических пластинках.

Результаты открытия Беккерель обнародовал на очередном совещании, которое проводила Парижская академия наук. Его доклад начинался словами о «невидимой радиации». Так он описывал результаты своих экспериментов. После этого в обиход физиков и вошло понятие радиации.

Опыты Кюри

Результаты наблюдений Беккереля заинтересовали французских ученых Марию и Поля Кюри. Они справедливо посчитали, что радиоактивными свойствами мог обладать не только уран. Исследователи заметили, что остатки руды, из которых добывается это вещество, все еще обладают высокой радиоактивностью. Поиски элементов, отличающихся от исходных, привели к открытию вещества со свойствами, аналогичными урану. Новый радиоактивный элемент получил наименование полоний. Такое название Мария Кюри дала веществу в честь своей родины – Польши. Вслед за этим был открыт радий. Радиоактивный элемент оказался продуктом распада чистого урана. После этого в химии началась эра новых, ранее не встречающихся в природе химических веществ.

Элементы

Большая часть известных на сегодняшний день ядер химических элементов нестабильна. Со временем такие соединения самопроизвольно распадаются на иные элементы и различные мельчайшие частицы. Более тяжелый элемент-родитель в сообществе физиков получил название исходного материала. Продукты, образующиеся при разложении вещества, именуются дочерними элементами или продуктами распада. Сам процесс сопровождается выбросом различных радиоактивных частиц.

Изотопы

Нестабильность химических элементов можно объяснить существованием различных изотопов одного и того же вещества. Изотопы – это разновидности некоторых элементов периодической системы с одинаковыми свойствами, но с разным числом нейтронов в ядре. Очень многие рядовые химические вещества имеют хотя бы один изотоп. То, что эти элементы широко распространены и хорошо изучены, подтверждает, что они находятся в стабильном состоянии сколь угодно долго. Но каждый из этих «долгоживущих» элементов содержит изотопы. Ядра их ученые получают в процессе проводимых в лабораторных условиях реакций. Искусственный радиоактивный элемент, получаемый синтетическим путем, в стабильном состоянии долго существовать не может и со временем распадается. Процесс этот может идти тремя путями. По названию элементарных частиц, которые являются побочными продуктами термоядерной реакции, все три вида распада получили свои имена.

Альфа-распад

Радиоактивный химический элемент может преобразоваться по первой схеме распада. В этом случае из ядра вылетает альфа-частица, энергия которой достигает 6 млн эВ. При детальном изучении результатов реакции было установлено, что эта частица представляет собой атом гелия. Она уносит из ядра два протона, поэтому получившийся радиоактивный элемент будет иметь в периодической системе атомный номер на две позиции ниже, чем у вещества-родителя.

Бета-распад

Реакция бета-распада сопровождается излучением одного электрона из ядра. Появление этой частицы в атоме связано с распадом нейрона на электрон, протон и нейтрино. Поскольку электрон покидает ядро, радиоактивный химический элемент увеличивает свой атомный номер на одну единицу и становится тяжелее своего родителя.

Гамма-распад

При гамма-распаде ядро выделяет пучок фотонов с различной энергией. Эти лучи и принято называть гамма-излучением. При этом процессе радиоактивный элемент не видоизменяется. Он просто теряет свою энергию.

Сама по себе нестабильность, которой обладает тот или иной радиоактивный элемент, совершенно не означает, что при наличии некоторого количества изотопов наше вещество вдруг исчезнет, выделив при этом колоссальную энергию. В реальности распад ядра напоминает приготовление попкорна – хаотичное движение зерен кукурузы на сковородке, причем совершенно неизвестно, какое из них раскроется первым. Закон реакции радиоактивного распада может гарантировать только то, что за определенный отрезок времени из ядра вылетит количество частиц, пропорциональное числу оставшихся в ядре нуклонов. На языке математики этот процесс может быть описан такой формулой:

dN = λNdt.

Здесь на лицо пропорциональная зависимость числа нуклонов dN, покидающих ядро за период dt, от числа всех имеющихся в ядре нуклонов N. Коэффициент λ представляет собой константу радиоактивности распадающегося вещества.

Число нуклонов, оставшихся в ядре в момент времени t, описывается формулой:

N = N₀e^–λt_,

в которой N₀ – число нуклонов в ядре в начале наблюдения.

Например, радиоактивный элемент галоген с атомным номером 85 был открыт лишь в 1940 году. Период полураспада его довольно велик — 7,2 часа. Содержание радиоактивного галогена (астата) на всей планете не превышает одного грамма чистого вещества. Таким образом, за 3,1 часа количество его в природе должно, по идее, уменьшиться вдвое. Но постоянные процессы распада урана и тория дают начало новым и новым атомам астата, хотя и в очень маленьких дозах. Поэтому количество его в природе остается стабильным.

Период полураспада

Константа радиоактивности служит для того, чтобы с ее помощью можно было определить, насколько быстро распадется исследуемый элемент. Но для практических задач физики чаще используют величину, называемую периодом полураспада. Этот показатель сообщает, за какое время вещество потеряет ровно половину своих нуклонов. Для различных изотопов этот период варьируется от крохотных долей секунды до миллиардов лет.

Важно понимать, что время в этом уравнении не складывается, а умножается. Например, если за промежуток времени t вещество потеряло половину своих нуклонов, то за срок в 2t оно потеряет еще половину от оставшихся – то есть одну четвертую от первоначального количества нуклонов.

Возникновение радиоактивных элементов

Естественным образом радиоактивные вещества образуются в верхних слоях атмосферы Земли, в ионосфере. Под действием космического излучения газ на большой высоте претерпевает различные изменения, которые превращают стабильное вещество в радиоактивный элемент. Газ, наиболее распространенный в нашей атмосфере – N₂, к примеру, из устойчивого изотопа азот-14 превращается в радиоактивный изотоп углерода-14.

В наше время гораздо чаще радиоактивный элемент возникает в цепи рукотворных реакций атомного деления. Так называют процессы, в которых ядро вещества-родителя распадается на два дочерних, а после – на четыре радиоактивных «внучатых» ядра. Классический пример – изотоп урана 238. Его период полураспада составляет 4,5 миллиарда лет. Практически столько же существует наша планета. После десяти этапов распада радиоактивный уран превращается в стабильный свинец 206. Искусственно полученный радиоактивный элемент по свои свойствам ничем не отличается от своего природного собрата.

Практическое значение радиоактивности

После Чернобыльской катастрофы многие всерьез заговорили о свертывании программ развития атомных электростанций. Но в бытовом плане радиоактивность приносит человечеству огромную пользу. Изучением возможностей ее практического применения занимается наука радиография. Например, радиоактивный фосфор вводится пациенту для получения полной картины костных переломов. Ядерная энергия служит также для выработки тепла и электроэнергии. Возможно, в дальнейшем нас ждут новые открытия и в этой удивительной области науки.

XuMuK.ru — Радиоактивные элементы — Большая Советская Энциклопедия

Радиоактивные элементы — Большая советская энциклопедия

Радиоакти́вные элементы

Химические элементы, все изотопы которых радиоактивны. К числу Р. э. принадлежат Технеций (атомный номер 43), Прометий (61), Полоний (84) и все последующие элементы в периодической системе Менделеева. К 1975 известно 25 Р. э. Те из них, которые расположены в периодической системе за ураном, называются трансурановыми элементами (См. Трансурановые элементы). 14 Р. э. с атомным номером 90—103 во многом сходны между собой; они составляют семейство актиноидов (См. Актиноиды). Из природных Р. э. только два — Торий (атомный номер 90) и Уран (92) имеют изотопы, периоды полураспада которых (T_1/2) сравнимы с возрастом Земли. Это ²³²Th (T_1/2 = 1,41․10¹⁰ лет), ²³⁵U (T_1/2 = 7,13․10⁸ лет) и ²³⁸U (T_1/2 = 4,51․10⁹ лет). Поэтому торий и уран сохранились на нашей планете со времён её формирования и являются первичными Р. э. Изотопы ²³²Th, ²³⁵U и ²³⁸U дают начало естественным радиоактивным рядам (См. Радиоактивные ряды), в состав которых входят в качестве промежуточных членов вторичные природные Р. э. с атомный номер 84—89 и 91. Периоды полураспадов всех изотопов этих элементов сравнительно невелики, и, если бы их запасы не пополнялись непрерывно за счёт распада долгоживущих изотопов U и Th, они давно бы уже полностью распались.

Р. э. с атомный номер 43, 61, 93 и все последующие называются искусственными, т.к. их получают с помощью искусственно проводимых ядерных реакций. Это деление Р. э. на природные и искусственные довольно условно; так, Астат (атомный номер 85) был сначала получен искусственно, а затем обнаружен среди членов естественных радиоактивных рядов. В природе найдены также ничтожные количества технеция, прометия, нептуния (См. Нептуний) (атомный номер 93) и плутония (См. Плутоний) (94), возникающих при делении ядер урана — либо спонтанном, либо вынужденном (под действием нейтронов космических лучей и др.).

Два Р. э. — Th и U — образуют большое число различных минералов. Переработка природного сырья позволяет получать эти элементы в больших количествах. Р. э. — члены естественных радиоактивных рядов — могут быть выделены радиохимическими методами из отходов производства Th и U, а также из торий- или урансодержащих препаратов, хранившихся долгое время. Np, Pu и др. лёгкие трансурановые элементы получают в атомных реакторах за счёт ядерных реакций изотопа ²³⁸U с нейтронами. С помощью различных ядерных реакций получают и тяжёлые трансурановые элементы Tc и Pm образуются в атомных реакторах и могут быть выделены из продуктов деления.

Многие Р. э. имеют важное практическое значение. U и Ри используют как делящийся материал в ядерных реакторах и в ядерном оружии. Облучение тория (его природного изотопа ²³²Th) нейтронами позволяет получить изотоп ²³³U — делящийся материал. Pm, Po, Pu и др. Р. э. применяют для изготовления атомных электрических батареек со сроком непрерывной работы до нескольких лет. См. статьи об отдельных радиоактивных элементах, а также Радиоактивные минералы, Ториевые руды, Урановые руды.

Лит.: Несмеянов Ан. Н., Радиохимия, М., 1972.

С. С. Бердоносов.

Рис. к ст. Радиоактивные элементы.

Источник: Большая советская энциклопедия на Gufo.me

Значения в других словарях

1. РАДИОАКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ — РАДИОАКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ — химические элементы, все изотопы которых радиоактивны (технеций, прометий, полоний и все следующие за ним элементы в периодической системе Менделеева). Большой энциклопедический словарь
2. Радиоактивные элементы — Химические элементы, имеющие нестабильные атомные ядра, которые самопроизвольно распадаются, превращаясь в атомные ядра других элементов и при этом испуская частицы (электроны, протоны, позитроны, нейтроны) и кванты электромагнитного излучения (рентгеновские и гамма-лучи). Экологические термины и определения
3. Радиоактивные элементы — Химические элементы, все изотопы которых радиоактивны. Медицинская энциклопедия

РАДИОАКТИВНОСТЬ — это… Что такое РАДИОАКТИВНОСТЬ?

РАДИОАКТИВНОСТЬ

самопроизвольное превращение атомов одного элемента в атомы других элементов, сопровождающееся испусканием частиц и жесткого электромагнитного излучения. Историческая справка. Беккерель. Весной 1896 французский физик А.Беккерель сделал ряд сообщений об обнаружении им нового вида излучения (впоследствии названном радиоактивным), которое испускается солями урана. Подобно открытым за несколько месяцев до этого рентгеновским лучам, оно обладало проникающей способностью, засвечивало экранированную черной бумагой фотопластинку и ионизировало окружающий воздух. Гипотеза, которая привела к открытию радиоактивности, возникла у Беккереля под влиянием исследований Рентгена. Поскольку при генерации Х-лучей наблюдалась фосфоресценция стеклянных стенок рентгеновской трубки, Беккерель предположил, что любое фосфоресцентное свечение сопровождается испусканием рентгеновского излучения. Для проверки этого предположения он поместил различные фосфоресцирующие вещества на завернутые в черную бумагу фотопластинки и получил неожиданный результат: засвеченной оказалась единственная пластинка, с которой соприкасался кристалл соли урана. Многочисленные контрольные опыты показали, что причиной засветки явилась не фосфоресценция, а именно уран, в каком бы химическом соединении он ни находился. Свойство радиоактивного излучения вызывать ионизацию воздуха позволило наряду с фотографическим методом регистрации применять более удобный электрический метод, что значительно ускорило процесс исследований.
Кюри. Пользуясь электрическим методом, Г. Шмидт и М. Кюри в 1898 обнаружили радиоактивность элемента тория. В следующем году Дебьерн открыл радиоактивный элемент актиний. Начатый супругами П. и М.Кюри систематический поиск новых радиоактивных веществ и изучение свойств их излучения подтвердили догадку Беккереля о том, что радиоактивность урановых соединений пропорциональна числу содержащихся в них атомов урана. Среди обследованных минералов эту закономерность нарушала лишь урановая смоляная руда (уранинит), которая оказалась в четыре раза активнее, чем соответствующее количество чистого урана. Кюри сделали вывод о том, что в уранините должен содержаться неизвестный высокоактивный элемент. Проведя тщательное химическое разделение уранинита на составляющие компоненты, они открыли радий, по химическим свойствам сходный с барием, и полоний, который выделялся вместе с висмутом.
Резерфорд. В дальнейших исследованиях радиоактивности ведущая роль принадлежала Э. Резерфорду. Сосредоточив внимание на изучении этого явления, он установил природу радиоактивных превращений и сопутствующего им излучения.
Излучение радиоактивных веществ. Естественные радиоактивные элементы испускают три вида излучений: альфа, бета и гамма. В 1899 Резерфорд идентифицировал альфа- и бета-излучение; спустя год П.Вийар открыл гамма-излучение.
Альфа-излучение. В воздухе при атмосферном давлении альфа-излучение преодолевает лишь небольшое расстояние, как правило, от 2,5 до 7,5 см. В условиях вакуума электрическое и магнитное поля заметно отклоняют его от первоначальной траектории. Направление и величина отклонений указывают на то, что альфа-излучение — это поток положительно заряженных частиц, для которых отношение заряда к массе (e/m) в точности соответствует дважды ионизированному атому гелия (He++). Эти данные и результаты спектроскопического исследования собранных альфа-частиц позволили Резерфорду сделать вывод о том, что они являются ядрами атома гелия.
Бета-излучение. Это излучение обладает большей проникающей способностью, чем альфа-излучение. Как и альфа-излучение, оно отклоняется в магнитном и электрическом полях, но в противоположную сторону и на большее расстояние. Это указывает на то, что бета-излучение является потоком отрицательно заряженных частиц малой массы. По отношению e/m Резерфорд идентифицировал бета-частицы как обычные электроны.
Гамма-излучение. Гамма-излучение проникает в вещество гораздо глубже, чем альфа- и бета-излучения. Оно не отклоняется в магнитном поле и, следовательно, не имеет электрического заряда. Гамма-лучи были идентифицированы как жесткое (т.е. имеющее очень высокую энергию) электромагнитное излучение. Разделение радиоактивного излучения в магнитном поле на альфа-, бета- и гамма-лучи схематично показано на рисунке.

СХЕМА ЭКСПЕРИМЕНТА, иллюстрирующего отклонение разных видов радиоактивного излучения в магнитном поле.
Теория радиоактивного распада. В процессе эмиссии радиоактивного излучения вещество претерпевает ряд изменений. Так, например, излучение радия сопровождается выделением газообразного радона («эманацией»). В свою очередь радон, распадаясь, оставляет радиоактивные отложения на стенках содержащего его сосуда. Собранная при распаде радия эманация теряет половину исходной активности примерно за 4 сут. Эти и другие не поддававшиеся интерпретации экспериментальные факты удалось объяснить с помощью теории радиоактивного распада атомов, предложенной Резерфордом и Содди в 1903, а также правила смещения, сформулированного в 1913 А.Расселом и независимо от него Фаянсом и Содди. Суть теории Резерфорда и Содди состоит в том, что в результате радиоактивного распада происходит превращение одного химического элемента в другой.
Правило смещения. Правило смещения точно указывает, какие именно превращения претерпевает химический элемент, испуская радиоактивное излучение.
Эмиссия альфа- и бета-частиц. Правило смещения можно пояснить с помощью ядерной модели атома, предложенной Резерфордом в 1911. Согласно этой модели, в центре атома находится положительно заряженное ядро, в котором сосредоточена основная часть массы атома. Вокруг ядра вращаются электроны, заряд которых компенсирует положительный заряд ядра. Каждому атому приписывается свой атомный номер Z, соответствующий его порядковому номеру в периодической таблице Менделеева и численно равный заряду ядра, выраженному в единицах заряда электрона. Альфа-частица имеет Z = 2 и массовое число (округленный атомный вес) A = 4. Если неустойчивое ядро испускает бета-частицу, то его Z увеличивается на единицу, а массовое число не изменяется. Следовательно, радиоактивный атом превращается в следующий по порядку атом таблицы Менделеева. При эмиссии альфа-частицы Z и A вновь образованного ядра уменьшаются на 2 и 4 единицы соответственно, а дочерний атом, испытав соответствующее изотопическое превращение, «смещается» в таблице Менделеева влево от родительского элемента.
Гамма-излучение. Орбитальные электроны, получив избыток энергии, могут переходить на более высокие энергетические уровни. Возвращаясь в основное (нормальное) состояние, они отдают избыток энергии в виде света или рентгеновского излучения. Ядра атомов, обладающие избыточной энергией, также могут переходить в возбужденное состояние. Подобное возбуждение часто испытывают ядра, образующиеся в процессе радиоактивных превращений. Переходя в основное состояние, они излучают избыток энергии в виде гамма-квантов. Особый интерес представляет вариант распада, когда радиоактивное ядро имеет большое время жизни возбужденного состояния. В этом случае у находящихся в разных энергетических состояниях одинаковых ядер (с одинаковыми значениями Z и A) наблюдаются однотипные радиоактивные распады, но происходят они с разными скоростями, поскольку одни ядра распадаются из возбужденного, а другие из основного состояния. Это явление получило название ядерной изомерии, а возбужденное и нормальное ядра называются изомерами.
Радиоактивные ряды. Правило смещения позволило проследить превращения естественных радиоактивных элементов и выстроить из них три генеалогических дерева, родоначальниками которых являются уран-238, уран-235 и торий-232. Каждое семейство начинается с чрезвычайно долгоживущего радиоактивного элемента. Урановое семейство, например, возглавляет уран с массовым числом 238 и периодом полураспада 4,5*10 9 лет (в табл. 1 в соответствии с первоначальным названием обозначен как уран I).

Таблица 1.
РАДИОАКТИВНОЕ СЕМЕЙСТВО УРАНА

Период полураспада. Важнейшей характеристикой радиоактивного атома является его время жизни. Согласно закону радиоактивного распада, вероятность того, что за данный промежуток времени произойдет распад одного атома, есть величина постоянная. Следовательно, число ежесекундно происходящих распадов пропорционально количеству имеющихся атомов, а закон, описывающий процесс распада, имеет экспоненциальный характер. Если за время Т распадается половина исходного количества радиоактивных атомов, то половина оставшихся атомов распадется в течение следующего промежутка времени той же длительности. Время Т называется периодом полураспада радиоактивного элемента. Для различных элементов период полураспада составляет от десятков миллиардов лет до миллионных долей секунды и менее.
Семейство урана. На элементах семейства урана можно проследить большинство обсуждавшихся выше свойств радиоактивных превращений. Так, например, у третьего члена семейства наблюдается ядерная изомерия. Уран X2, испуская бета-частицы, превращается в уран II (T = 1,14 мин). Это соответствует бета-распаду возбужденного состояния протактиния-234. Однако в 0,12% случаев возбужденный протактиний-234 (уран X2) излучает гамма-квант и переходит в основное состояние (уран Z). Бета-распад урана Z, также приводящий к образованию урана II, происходит за 6,7 ч. Радий С интересен тем, что может распадаться двумя путями: испуская либо альфа-, либо бета-частицу. Эти процессы конкурируют между собой, но в 99,96% случаев происходит бета-распад с образованием радия С». В 0,04% случаев радий С испускает альфа-частицу и превращается в радий С» (RaC»). В свою очередь RaC’ и RaC» путем эмиссии альфа- и бета-частиц соответственно превращаются в радий D. Изотопы. Среди членов уранового семейства встречаются такие, атомы которых имеют одинаковый атомный номер (одинаковый заряд ядер) и разные массовые числа. Они идентичны по химическим свойствам, но различаются по характеру радиоактивности. Например, радий B, радий D и радий G, имеющие одинаковый со свинцом атомный номер 82, подобны свинцу по химическому поведению. Очевидно, что химические свойства не зависят от массового числа; они определяются строением электронных оболочек атома (следовательно, и Z). С другой стороны, массовое число имеет решающее значение для ядерной стабильности радиоактивных свойств атома. Атомы с одинаковым атомным номером и разными массовыми числами называются изотопами. Изотопы радиоактивных элементов были открыты Ф. Содди в 1913, но вскоре Ф.Астон с помощью масс-спектроскопии доказал, что изотопы имеются и у многих стабильных элементов.
Другие естественные радиоактивные элементы. Все элементы, расположенные в периодической таблице за висмутом (т.е. с Z > 83), являются радиоактивными. Подобно урану-238, долгоживущие уран-235 и торий-232 возглавляют соответственно актиниевое и ториевое радиоактивные семейства. В естественных условиях встречаются уран, торий и их дочерние радиоактивные продукты. Это обусловлено тем, что периоды полураспада у родоначальников семейств сравнимы с возрастом Земли, и они пока еще не распались полностью. Химические элементы с атомным номером > 92 получены в лабораториях в результате ядерных реакций и обнаружены среди продуктов термоядерных взрывов, причем все они оказались радиоактивными. Среди более легких элементов лишь немногие обладают естественной радиоактивностью. Периоды полураспада у них столь велики, что они до сих пор существуют на Земле в заметных количествах. Радиоактивный калий-40, испуская бета-частицы, превращается в стабильный кальций-40 (T РАДИОАКТИВНОСТЬ10 9 лет). Однако он может распадаться и путем захвата электрона, превращаясь в аргон-40. Бета-активный рубидий-87, распадаясь (T РАДИОАКТИВНОСТЬ6*10 10 лет), переходит в стабильный стронций-87. Встречающийся в природе самарий-152 — единственный более легкий, чем висмут, радиоактивный элемент, испускающий альфа-частицы. Его период полураспада — 10 12 лет. У элементов с атомными номерами 43, 61, 85 и 87 нет ни стабильных изотопов, ни долгоживущих предшественников, поэтому на Земле они не обнаружены. У самого долгоживущего изотопа технеция (Z = 43) период полураспада — порядка 300 000 лет, что значительно меньше предполагаемого возраста Вселенной. Однако значительное количество технеция обнаружено в составе звезд спектрального класса S. Этот факт интерпретируется как явное доказательство того, что в них сравнительно недавно происходили активные эволюционные процессы.
Искусственная радиоактивность. Бомбардируя альфа-частицами атомы газообразного азота, Э. Резерфорд и Дж. Чедвик в 1919 впервые осуществили ядерную реакцию, вызвав превращение азота в кислород. С появлением ускорителей заряженных частиц фронт работ по изучению ядерных реакций значительно расширился. В 1934 Фредерик и Ирен Жолио-Кюри открыли явление искусственной радиоактивности и позитронный тип распада. Они обнаружили, что облученные альфа-частицами бор, магний и алюминий превращаются в радиоактивные изотопы других элементов, распад которых сопровождается испусканием позитрона (e+). Так, например, при бомбардировке альфа-частицами алюминия образуется радиоактивный фосфор-30, который, распадаясь (T = 2,5 мин), испускает e+ и превращается в стабильный кремний-30. Позитрон, открытый в 1932 К.Андерсоном в создаваемом космическими лучами вторичном излучении, представляет собой частицу, по массе и величине заряда идентичную электрону, но имеющую положительный электрический заряд (античастица электрона). При испускании позитрона ядром радиоактивного атома порядковый номер атома уменьшается на единицу, а массовое число остается без изменений.
Электронный захват. Захват ядром одного из орбитальных электронов эквивалентен испусканию позитрона: массовое число атома при этом не изменяется, а заряд ядра уменьшается на единицу. Электроны K и L оболочек находятся так близко к ядру, что в некоторых случаях захват электрона, как механизм радиоактивного распада, начинает конкурировать с испусканием позитрона. Поскольку для захвата электрона требуется меньше энергии, чем для эквивалентного позитронного распада, то иногда, как, например, в случае бериллия-7 (см. табл. 2), энергетически возможен только электронный захват.

Таблица 2.
СВОЙСТВА НЕКОТОРЫХ ЛЕГКИХ АТОМОВ

Характеристики самых легких стабильных и радиоактивных атомов представлены в табл. 2, где Z — атомный номер, А — массовое число. Приведенная в таблице атомная масса выражена в углеродных единицах. В энергетической шкале она равна 931,162 МэВ. Атомная масса характеризует стабильность атома. Если два атома имеют одинаковые массовые числа и различные атомные номера (изобары), то более тяжелый изобар будет нестабилен относительно радиоактивного распада в более легкий. Так, тритий-3 превращается в гелий-3, углерод-11 — в бор-11.
Применение радиоактивности.
Медицина. Радий и другие естественные радиоизотопы широко применяются для диагностики и лучевой терапии раковых заболеваний. Использование для этой цели искусственных радиоизотопов значительно повысило эффективность лечения. Например, радиоактивный иод, введенный в организм в виде раствора иодида натрия, селективно накапливается в щитовидной железе и поэтому применяется в в клинической практике для определения нарушений функции щитовидной железы и при лечении базедовой болезни. С помощью меченого по натрию физиологического раствора измеряется скорость кровообращения и определяется проходимость кровеносных сосудов конечностей. Радиоактивный фосфор применяется для измерения объема крови и лечения эритремии.
Научные исследования. Радиоактивные метки, в микроколичествах введенные в физические или химические системы, позволяют следить за всеми происходящими в них изменениями. Например, выращивая растения в атмосфере радиоактивного диоксида углерода, химики смогли понять тонкие детали процесса образования в растениях сложных углеводов из диоксида углерода и воды. В результате непрерывной бомбардировки земной атмосферы космическими лучами с высокой энергией находящийся в ней азот-14, захватывая нейтроны и испуская протоны, превращается в радиоактивный углерод-14. Полагая, что интенсивность бомбардировки и, следовательно, равновесное количество углерода-14 в последние тысячелетия оставались неизменными и учитывая период полураспада C-14 по его остаточной активности, можно определять возраст найденных остатков животных и растений (радиоуглеродный метод). Этим методом удалось с большой достоверностью датировать обнаруженные стоянки доисторического человека, существовавшие более 25 000 лет тому назад.
См. также
АТОМА СТРОЕНИЕ;
КЮРИ Пьер;
РАДИОУГЛЕРОДНОЕ ДАТИРОВАНИЕ.
ЛИТЕРАТУРА
Учение о радиоактивности. История и современность. М., 1973 Ядерные излучения в науке и технике. М., 1984 Фурман В. И. Альфа-распад и родственные ядерные реакции. М., 1985

Энциклопедия Кольера. — Открытое общество. 2000.

• КВАНТОВАЯ МЕХАНИКА
• ОТНОСИТЕЛЬНОСТЬ

Смотреть что такое «РАДИОАКТИВНОСТЬ» в других словарях:

• радиоактивность — радиоактивность …   Орфографический словарь-справочник

• РАДИОАКТИВНОСТЬ — (от лат. radio излучаю, radius луч и activus действенный), способность нек рых ат. ядер самопроизвольно (спонтанно) превращаться в др. ядра с испусканием ч ц. К радиоактивным превращениям относятся: альфа распад, все виды бета распада (с… …   Физическая энциклопедия

• РАДИОАКТИВНОСТЬ — РАДИОАКТИВНОСТЬ, свойство нек рых хим. элементов самопроизвольно превращаться в другие элементы. Это превращение или радиоактивный распад сопровождается выделением энергии в виде различных корпускулярных и лучистых радиации. Явление Р. было… …   Большая медицинская энциклопедия

• Радиоактивность — (от радио… и латинского activus деятельный), свойство атомных ядер самопроизвольно (спонтанно) изменять свой состав (заряд ядра Z, число нуклонов A) путем испускания элементарных частиц, g квантов или ядерных фрагментов. Некоторые из… …   Иллюстрированный энциклопедический словарь

• РАДИОАКТИВНОСТЬ — (от лат. radio испускаю лучи и activus действенный) самопроизвольное превращение неустойчивых атомных ядер в ядра др. элементов, сопровождающееся испусканием частиц или ? кванта. Известны 4 типа радиоактивности: альфа распад, бета распад,… …   Большой Энциклопедический словарь

• Радиоактивность — способность некоторых атомных ядер самопроизвольно распадаться с испусканием элементарных частиц и образованием ядра другого элемента. Р. урана была впервые открыта Беккерелем в 1896 г. Несколько позднее М. и П. Кюри и Резерфордом было доказано… …   Геологическая энциклопедия

• РАДИОАКТИВНОСТЬ — Свойство некотор. тел испускать особого рода невидимые лучи, отличающиеся особыми свойствами. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. радиоактивность (радио… + лат. acti vus деятельный) радиоактивный… …   Словарь иностранных слов русского языка

• радиоактивность — сущ., кол во синонимов: 1 • гамма радиоактивность (1) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 …   Словарь синонимов

• Радиоактивность — самопроизвольное превращение неустойчивых изотопов одного химического элемента в изотопы обычно другого элемента, сопровождающееся испусканием элементарных частиц или ядер (альфа и бетα излучение), а также гаммα излучением. Бывает естественной и… …   Морской словарь

• Радиоактивность — свойство нестабильных атомных ядер (радиоактивных изотопов) превращаться в стабильные, сопровождающееся ионизирующим излучением. Различают естественную Р. (природных изотопов) и искусственную наведённую радиоактивность. Понятие Р. связано с… …   Словарь черезвычайных ситуаций

• РАДИОАКТИВНОСТЬ — РАДИОАКТИВНОСТЬ, процесс распада ядра РАДИОИЗОТОПА, например, урана 238, обычно с выделением АЛЬФА ЧАСТИЦ (ядра гелия) или БЕТА ЧАСТИЦ (ЭЛЕКТРОНЫ), часто сопровождается ГАММА ИЗЛУЧЕНИЕМ. В процессе альфа или бета распада радиоизотоп превращается… …   Научно-технический энциклопедический словарь

Радиоактивный металл и его свойства. Какой самый радиоактивный металл

Среди всех элементов периодической системы значительная часть принадлежит таким, о которых большинство людей говорят со страхом. А как же иначе? Ведь они являются радиоактивными, а это означает прямую угрозу здоровью людей.

Попробуем разобраться, какие же именно элементы являются опасными, и что они собой представляют, а также выясним, в чем заключается их вредоносное действие на организм человека.

Общее понятие о группе радиоактивных элементов

В данную группу входят металлы. Их достаточно много, располагаются они в периодической системе сразу после свинца и до самой последней ячейки. Главный критерий, по которому принято относить тот или иной элемент к группе радиоактивных, — это его способность обладать определенным периодом полураспада.

Другими словами, радиоактивный распад — это преобразование ядра металла в другое, дочернее, которое сопровождается испусканием излучения определенного вида. При этом происходят превращения одних элементов в другие.

Радиоактивный металл — это тот, у которого хотя бы один изотоп является таковым. Даже если всего разновидностей будет шесть, и при этом лишь одна из них будет носителем данного свойства, весь элемент станет считаться радиоактивным.

Виды излучений

Основными вариантами излучения, которое испускается металлами при распадах, являются:

• альфа-частицы;
• бета-частицы или нейтринный распад;
• изомерный переход (гамма-лучи).

Есть два варианта существования подобных элементов. Первый — это естественный, то есть когда радиоактивный металл встречается в природе и самым простым путем под влиянием внешних сил с течением времени преобразуется в иные формы (проявляет свою радиоактивность и распадается).

Вторая группа — это искусственно созданные учеными металлы, способные к быстрому распаду и мощному выделению большого количества радиационного излучения. Делается это для использования в определенных сферах деятельности. Установки, в которых производятся ядерные реакции по превращениям одних элементов в другие, называются синхрофазотронами.

Разница между двумя обозначенными способами полураспада очевидна: в обоих случаях он самопроизвольный, однако лишь искусственно полученные металлы дают именно ядерные реакции в процессе деструктуризации.

Основы обозначения подобных атомов

Так как у большей части элементов лишь один или два изотопа являются радиоактивными, принято указывать конкретный вид при обозначениях, а не весь элемент в целом. Например, свинец — это просто вещество. Если же принимать во внимание, что он — радиоактивный металл, то следует называть его, например, «свинец-207».

Периоды полураспада рассматриваемых частиц могут сильно варьироваться. Есть изотопы, которые существуют лишь 0,032 секунды. Но наравне с ними встречаются и те, что распадаются миллионы лет в земных недрах.

Радиоактивные металлы: список

Полный перечень всех принадлежащих к рассматриваемой группе элементов может быть достаточно внушительным, ведь всего к ней относятся около 80 металлов. В первую очередь это все, стоящие в периодической системе после свинца, включая группу лантаноидов и актиноидов. То есть висмут, полоний, астат, радон, франций, радий, резерфордий и так далее по порядковым номерам.

Выше обозначенной границы располагается множество представителей, каждый из которых также имеет изотопы. При этом некоторые из них могут быть как раз радиоактивными. Поэтому важно, какие разновидности имеет химический элемент. Радиоактивный металл, точнее одна из его изотопных разновидностей, есть практически у каждого представителя таблицы. Например, их имеют:

• кальций;
• селен;
• гафний;
• вольфрам;
• осмий;
• висмут;
• индий;
• калий;
• рубидий;
• цирконий;
• европий;
• радий и другие.

Таким образом, очевидно, что элементов, проявляющих свойства радиоактивности, очень много — подавляющее большинство. Часть из них безопасна из-за слишком длинного периода полураспада и содержится в природе, другая же создана искусственно человеком для различных нужд в науке и технике и является крайне опасной для организма людей.

Характеристика радия

Название элементу дано его первооткрывателями — супругами Кюри, Пьером и Марией. Именно эти люди впервые обнаружили, что один из изотопов этого металла — радий-226 — это наиболее устойчивая форма, обладающая особыми свойствами радиоактивности. Это произошло в 1898 году, и о подобном явлении только стало известно. Подробным его изучением как раз и занялись супруги химики.

Этимология слова берет корни из французского языка, на котором оно звучит как radium. Всего известно 14 изотопных модификаций данного элемента. Но наиболее устойчивые формы с массовыми числами:

Ярко выраженной радиоактивностью обладает форма 226. Сам по себе радий — химический элемент под номером 88. Атомная масса [226]. Как простое вещество способен к существованию. Представляет собой серебристо-белый радиоактивный металл с температурой плавления около 670⁰С.

С химической точки зрения проявляет достаточно высокую степень активности и способен реагировать с:

• водой;
• органическими кислотами, формируя устойчивые комплексы;
• кислородом, образуя оксид.

Свойства и применение

Также радий — химический элемент, который формирует ряд солей. Известны его нитриды, хлориды, сульфаты, нитраты, карбонаты, фосфаты, хроматы. Также есть двойные соли с вольфрамом и бериллием.

То, что радий-226 может быть опасен для здоровья, его первооткрыватель Пьер Кюри узнал не сразу. Однако сумел убедиться в этом, когда провел эксперимент: сутки он ходил с привязанной к плечевой части руки пробиркой с металлом. На месте контакта с кожей появилась незаживающая язва, избавиться от которой ученый не мог больше двух месяцев. От своих экспериментов над явлением радиоактивности супруги не отказались, поэтому и умерли оба от большой дозы облучения.

Помимо отрицательного значения, существует и ряд областей, в которых радий-226 находит применение и приносит пользу:

1. Индикатор смещения уровня океанских вод.
2. Используется для определения количества урана в породе.
3. Входит в состав осветительных смесей.
4. В медицине используется для формирования лечебных радоновых ванн.
5. Применяют с целью снятия электрических зарядов.
6. С его помощью проводится дефектоскопия литья и свариваются швы деталей.

Плутоний и его изотопы

Данный элемент был открыт в сороковых годах XX века американскими учеными. Впервые его выделили из урановой руды, в которой он сформировался из нептуния. Последний при этом — результат распада уранового ядра. То есть все они между собой тесно взаимосвязаны общими радиоактивными превращениями.

Существует несколько устойчивых изотопов данного металла. Однако наиболее распространенной и важной практически разновидностью является плутоний-239. Известны химические реакции данного металла с:

• кислородом,
• кислотами;
• водой;
• щелочами;
• галогенами.

По своим физическим свойствам плутоний-239 является хрупким металлом с температурой плавления 640⁰С. Основные способы воздействия на организм — это постепенное формирование онкологических заболеваний, накапливание в костях и вызывание их разрушения, заболевания легких.

Область использования — в основном ядерная промышленность. Известно, что при распаде одного грамма плутония-239 выделяется такое количество теплоты, которое сравнимо с 4-мя тоннами сгоревшего угля. Именно поэтому этот вид металла находит такое широкое применение в реакциях. Ядерный плутоний — источник энергии в атомных реакторах и термоядерных бомбах. Он же используется при изготовлении электрических аккумуляторов энергии, срок службы которых может достигать пяти лет.

Уран — источник радиации

Данный элемент был открыт в 1789 году химиком из Германии Клапротом. Однако исследовать его свойства и научиться применять их на практике люди сумели лишь в XX веке. Основная отличительная особенность в том, что радиоактивный уран способен при естественном распаде образовывать ядра:

• свинца-206;
• криптона;
• плутония-239;
• свинца-207;
• ксенона.

В природе этот металл светло-серого цвета, обладает температурой плавления свыше 1100⁰С. Встречается в составе минералов:

1. Урановые слюдки.
2. Уранинит.
3. Настуран.
4. Отенит.
5. Тюянмунит.

Известны три стабильных природных изотопа и 11 искусственно синтезированных, с массовыми числами от 227 до 240.

В промышленности широко используется радиоактивный уран, способный быстро распадаться с высвобождением энергии. Так, его используют:

• в геохимии;
• горном деле;
• ядерных реакторах;
• при изготовлении ядерного оружия.

Влияние на организм человека ничем не отличается от предыдущих рассмотренных металлов — накопление приводит к повышенной дозе облучения и возникновению раковых опухолей.

Трансурановые элементы

Самыми главными из металлов, стоящих вслед за ураном в периодической системе, являются те, что были открыты совсем недавно. Буквально в 2004 году в свет вышли источники, подтверждающие рождение на свет 115 элемента периодической системы.

Им стал самый радиоактивный металл из всех известных на сегодняшний день — унунпентий (Uup). Его свойства остаются не изученными до сих пор, ведь период полураспада составляет 0,032 секунды! Рассмотреть и выявить подробности строения и проявляемые особенности при таких условиях просто невозможно.

Однако его радиоактивность во много раз превосходит показатели второго по данному свойству элемента — плутония. Тем не менее используется на практике не унунпентий, а более «медленные» его товарищи по таблице — уран, плутоний, нептуний, полоний и прочие.

Еще один элемент — унбибий — теоретически существует, однако доказать это практически ученые разных стран не могут с 1974 года. Последняя попытка была совершена в 2005 году, однако оказалась не подтвержденной общим советом ученых-химиков.

Торий

Был открыт еще в XIX веке Берцелиусом и назван в честь скандинавского бога Тора. Является слаборадиоактивным металлом. Такой особенностью обладают пять из его 11-ти изотопов.

Основное применение в ядерной энергетике основано не на способности испускать огромное количество тепловой энергии при распаде. Особенность в том, что ядра тория способны захватывать нейтроны и превращаться в уран-238 и плутоний-239, которые уже и вступают непосредственно в ядерные реакции. Поэтому и торий можно отнести к группе рассматриваемых нами металлов.

Полоний

Серебристо-белый радиоактивный металл под номером 84 в периодической системе. Открыт был все теми же ярыми исследователями радиоактивности и всего, что с ней связано, супругами Марией и Пьером Кюри в 1898 году. Главная особенность этого вещества в том, что оно свободно существует около 138,5 дней. То есть таков период полураспада данного металла.

В природе встречается в составе урановых и других руд. Используется как источник энергии, причем достаточно мощной. Является стратегическим металлом, так как применяется для изготовления ядерного оружия. Количество строго ограничено и находится под контролем каждого государства.

Также используется для ионизации воздуха, устранения статического электричества в помещении, при изготовлении космических обогревателей и прочих схожих предметов.

Воздействие на организм человека

Все радиоактивные металлы обладают способностью проникать сквозь кожу человека и накапливаться внутри организма. Они очень плохо выводятся с продуктами жизнедеятельности, вообще не выводятся с потом.

Со временем начинают поражать дыхательную, кровеносную, нервную системы, вызывая в них необратимые изменения. Воздействуют на клетки, заставляя их функционировать неправильно. В результате происходит образование злокачественных опухолей, возникают онкологические заболевания.

Поэтому каждый радиоактивный металл — большая опасность для человека, особенно если говорить о них в чистом виде. Нельзя трогать их незащищенными руками и находиться в помещении вместе с ними без специальных защитных приспособлений.

Откуда они — радиоактивные элементы?

Таким образом, все человечество, начиная со своих одноклеточных «предков», хорошо знакомо с различными видами радиации. Причем не только с небесными, которые несколько гасятся толщей атмосферы, но и с земными — теми, которые испускаются, например, почвой, т.е. содержащимися в ней естественными изотопами. Средний уровень естественной фоновой радиоактивности невелик, он не превышает 0,1 — 0,2 рентгена за год и на две трети он обусловлен чисто земными факторами.

Мы уже говорили, что в наши дни средний радиационный фон гораздо ниже, чем в древние времена, в те эпохи, когда только зарождалась жизнь на Земле. Одна из причин и в том, что тогда на нашей планете было намного больше таких радиоактивных излучателей, которые к нашему времени успели почти распасться. Ведь наша Земля существует уже более 4 миллиардов лет, так что ядра трансурановых (с атомными весами, большими 238 —см. Таблицу распадов) элементов и короткоживущих изотопов просто вымерли к нашему времени. Наполовину уменьшилось количество изотопа U²³⁵. Что уж говорить о прочих? На одну тонну урана в природе приходится примерно одна треть грамма радия и 10^-9 г полония! Помните о радиоактивных семействах, в которых дочерний элемент — результат альфа- или бета-распада материнского? Вот с течением лет и замещается постепенно радиоактивный элемент своим дальним стабильным потомком.

В обозримый период жизни цивилизации не наблюдается процесс рождения новых, дополнительных, количеств радиоактивных элементов. Планета наша находится не в юношеской поре, успокоилась, геологические процессы в ней затормозились. В геологическом смысле, наша Земля не молода и уже не так активна, как в былые миллиарды лет. Пора бурной молодости закончилась, изредка активность проявляют лишь процессы, источник которых где-то в глубине планеты — пробегает дрожь землетрясений, вспоминают былое вулканы, исчезают мелкие островки. Все проходит…Только радиоактивные превращения, неуклонно подчиняясь законам микромира, отмечают время жизни планеты. Все с той же интенсивностью выбрасывая альфа-частицы, электроны и невидимый свет, атомные ядра распадаются, уменьшая количество долгоживущих тяжелых радиоактивных элементов.

Именно по «ядерным часам», скорость хода которых неизменна, ученые смогли определить периоды глобальных геологических и физических катаклизмов на планете, эпохи «перестроек», земных и космических катастроф. Но кто, когда и как завел эти часы?

Насчет «кто» — это вопрос не к ученым-физикам и инженерам, а вот «когда» и «как» — об этом наука кое-что сумела узнать. И относительное содержание элементов в природе, и их происхождение управляются законами микромира, законами ядерных радиоактивных превращений.

Возникновение и эволюция химических элементов — результат цепочки ядерных реакций, которые происходят везде, где складываются подходящие условия. В таких реакциях из нескольких простых ядер рождаются более сложные. Чтобы запустить процесс требовалось какое-то количество исходного сырья — набора элементарных частиц и принципов их взаимодействий (мало купить игру «конструктор», нужно еще найти инструкцию к игре) — и, как всегда, необходима энергия в достаточном количестве. По современным представлениям, во многом подтвержденным астрономическими и астрофизическими измерениями, наш мир действительно возник в результате катастрофического процесса взрывного характера (так называемая модель Большого взрыва).

На ранних стадиях существования Вселенной, через очень маленькое время после взрыва, сверхплотный «колобок», из которого и разворачивался затем весь мир, был только-только вынут из «печи» и температура его была огромной. Поэтому различные реакции с участием элементарных частиц происходили в нем с большой интенсивностью. Нестабильные частицы распадались, превращаясь в стабильные, и через некоторое время в мире выжили протоны, электроны и фотоны — электромагнитное излучение (не забудем, что нейтрон быстро, в течение примерно 10 минут, распадается с вылетом протона и электрона). Таким образом, из всего разнообразия химических элементов в мир состоял, главным образом, из водорода (помните гипотезу Праута?).

Что же можно было построить из водорода? Для начала можно соединить 4 ядра водорода. Так из водорода получается гелий — эта термоядерная реакция дает огромное количество энергии и является основным процессом, питающим энергией наше Солнце. Правда, одно ядро Не⁴ образуется из четырех протонов не очень быстро — как минимум, за 330 миллионов лет! Дело в том, что даже при солнечных температурах вероятность собраться в одной точке четырем одноименно заряженным частицам очень мала. В постепенно остывающей Вселенной эта вероятность еще меньше. Только гравитационные силы могли собрать вещество и сжать до сверхплотного состояния, тем самым разогревая его до миллионов градусов.

Так загорались звезды, в сердцевине которых гравитация, сжимая вещество, поднимала его температуру и до 100 миллионов градусов. Тогда появлялась возможность для взаимодействия и у ядер гелия. Сливаясь вместе, альфа-частицы образовывали ядра углерода. Углерод, поглощая ядро гелия, становился кислородом. Кислород, в свою очередь, захватывал альфа-частицу и превращался в неон. Еще повысится температура — и в реакции вступают ядра углерода. Работа кипит, элементы возникают один за другим. Однако из одних только альфа-частиц получить тяжелые ядра невозможно. По счастью, в реакциях образовывалось значительное число нейтронов. Захват нейтронов тяжелыми ядрами порождал все новые изотопы. Стабильные выживали, нестабильные распадались, их «детали» вновь шли на переплавку.

Далее, например, при взрывах сверхновых звезд, накопленные ими богатства в виде огромного количества тяжелых ядер выбрасываются во Вселенную. Синтез элементов в ней, по-видимому, происходит непрерывно, скажем, обнаруженный в спектрах некоторых звезд радиоактивный технеций распадается за 220 тысяч лет. Значит, обнаруженный сейчас этот элемент образовался в звезде лишь так недавно? Но это относится к звездам, действующим космическим «печам». На Земле же не происходит образования заметных количеств тяжелых радиоактивных элементов. Чем короче их период полураспада, тем их меньше. Насколько же давно они образовались? Если считать, что все такие элементы сформировались примерно в одно время (по космическим масштабам), достаточно знать их периоды полураспадов и нынешнего их количества на планете, чтобы проследить судьбу радиоактивных U²³⁸, Th²³², или, скажем, почти уже отсутствующего на Земле U²³⁵, назад во времени. Оказывается, максимальное количество всех этих тяжелых элементов было на планете около 5 миллиардов лет тому назад. Тогда, когда только-только родилась наша планета, да и вся Солнечная система.

Так что тяжелые радиоактивные вещества — аборигены нашей Земли. Они живут на ней с самого ее рождения, они не только заметно влияют на химические и физические свойства неорганического мира Земли, но и создают тот естественный радиационный фон, в котором возникла, развилась и стала мыслящей Жизнь.