Szereg promieniotwórczy – łańcuch radionuklidów powstających w wyniku kolejnych rozpadów promieniotwórczych; szereg tego typu kończy się nuklidem trwałym lub rozszczepiającym się samorzutnie. Przemiany jądrowe zachodzące w szeregach to głównie rozpady typu alfa (α) i beta minus (β−). Niektóre jądra promieniują na obydwa sposoby, przez co szeregi promieniotwórcze bywają rozgałęzione.

W 1913 roku Frederick Soddy i Kazimierz Fajans niezależnie opisali prawo przesunięć – w rozpadzie alfa (α) powstający nuklid ma zmniejszoną liczbę atomową (Z) o 2 i liczbę masową (A) o 4, a w rozpadzie beta minus (β−) liczba atomowa wzrasta o 1.

W przyrodzie istnieją cztery główne szeregi promieniotwórcze: uranowo-radowy, torowy, uranowo-aktynowy i neptunowy, zbiorczo nazywane rodziną promieniotwórczą.

Nuklidy szeregu neptunowego mają krótki okres rozpadu, przez co w przyrodzie występują jedynie w znikomych ilościach, powstając w wyniku przemian jądrowych wywołanych promieniowaniem zewnętrznym. Występujące w naturze szeregi rozpoczynają się izotopem promieniotwórczym o długim okresie półtrwania.

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:

gdzie: – liczba całkowita, – 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

Poszczególne szeregi Uranowo-radowy thumb|400px|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.

Nuklid Typ rozpadu Czas połowicznego rozpadu Uwolniona energia, MeV Produkt rozpadu U 238 α 4,51 lat 4,270 Th 234 Th 234 β− 24,10 d 0,273 Pa 234 Pa 234 β− 1,18 min 2,197 U 234 U 234 α 2,44 lat 4,859 Th 230 Th 230 α 7,50 lat 4,770 Ra 226 Ra 226 α 1599 lat 4,871 Rn 222 Rn 222 α 3,823 d 5,590 Po 218 Po 218 α 3,05 min 6,88 Pb 214 Pb 214 β− 26,8 min 1,024 Bi 214 Bi 214 β− 99,98%α 0,02% 19,7 min 3,2725,617 Po 214Tl 210 Po 214 α 0,162 ms 7,883 Pb 210 Tl 210 β− 1,32 min 5,484 Pb 210 Pb 210 β− 22,3 lat 0,064 Bi 210 Bi 210 β− 99,99987%α 0,00013% 5,0 d 1,4265,982 Po 210Tl 206 Po 210 α 138,375 d 5,407 Pb 206 Pb 206 – trwały – –

Uranowo-aktynowy thumb|400px|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.

Nuklid Typ rozpadu Czas połowicznego rozpadu Uwolniona energia, MeV Produkt rozpadu U 235 α 6,96 lat 4,678 Th 231 Th 231 β− 25,64 h 0,391 Pa 231 Pa 231 α 32760 lat 5,150 Ac 227 Ac 227 β− 98,62%α 1,38% 21,772 lata 0,0455,042 Th 227Fr 223 Th 227 α 18,72 d 6,147 Ra 223 Fr 223 β− 21,8 min 1,149 Ra 223 Ra 223 α 11,434 d 5,979 Rn 219 Rn 219 α 3,920 s 6,946 Po 215 Po 215 α 99,99977%β− 0,00023% 1,78 ms 7,5270,715 Pb 211At 215 Pb 211 β− 36,1 min 1,367 Bi 211 Bi 211 α 99,724%β− 0,276% 2,15 min 6,7510,575 Tl 207Po 211 Po 211 α 510 ms 7,595 Pb 207 Tl 207 β− 4,79 min 1,418 Pb 207 Pb 207 – trwały – –

Torowy thumb|400px|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.

Nuklid Typ rozpadu Czas połowicznego rozpadu Uwolniona energia, MeV Produkt rozpadu Th 232 α 1,405 lat 4,081 Ra 228 Ra 228 β− 5,75 lat 0,046 Ac 228 Ac 228 β− 6,13 h 2,124 Th 228 Th 228 α 1,913 lat 5,520 Ra 224 Ra 224 α 3,64 d 5,789 Rn 220 Rn 220 α 54,5 s 6,404 Po 216 Po 216 α 0,158 s 6,906 Pb 212 Pb 212 β− 10,64 h 0,570 Bi 212 Bi 212 β− 64,06%α 35,94% 60,55 min 2,2526,208 Po 212Tl 208 Po 212 α 3 s 8,955 Pb 208 Tl 208 β− 3,0 min 4,999 Pb 208 Pb 208 – trwały – –

Neptunowy thumb|400px|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%, tj. ok. 2 atomy neptunu na bilion (1012) atomów uranu.

Nuklid Typ rozpadu Czas połowicznego rozpadu Uwolniona energia, MeV Produkt rozpadu Np 237 α 2,14 lat 4,959 Pa 233 Pa 233 β− 27,0 d 0,571 U 233 U 233 α 1,59 lat 4,909 Th 229 Th 229 α 7340 lat 5,168 Ra 225 Ra 225 β− 14,8 d 0,36 Ac 225 Ac 225 α 10 d 5,935 Fr 221 Fr 221 α 4,8 min 6,3 At 217 At 217 α 32,3 ms 7,0 Bi 213 Bi 213 β−α 46 min –5,87 Po 213Tl 209 Po 213 α 4,2 s – Pb 209 Tl 209 β− 2,2 min 3,99 Pb 209 Pb 209 β− 3,25 h 0,644 Bi 209 Bi 209 – quasi trwały* – –

* Izotop 209Bi, choć często opisywany jako trwały, ma okres połowicznego rozpadu 1,9 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

Kategoria:Radioaktywność