| Изотоп | Тип распада | t0,5 | Изотоп | Тип распада | t0,5 |
| 3H | b–-Распад | 12,3 лет | 232Th | a-Распад | 1,4·1010 лет |
| 11C | b+-Распад | 20,4 мин | 237Pa | b–-Распад | 10 мин |
| 14C | b–-Распад | 5760 лет | 235U | a-Распад | 7,1·108 лет |
| 15O | b+-Распад | 122 c | 238U | a-Распад | 4,5·109 лет |
| 40K | b–-Захват | 1,3·109 лет | 252Fm | a-Распад | 2 ч |
| 212Po | a-Распад | 3·10–7 c | 256Md | b–-Захват | 30 мин |
| 226Ra | a-Распад | 1620 лет | n | b–-Распад | 15 мин |
Подчеркнем, что вследствие очень высоких энергий процессов, отсутствуют способы влияния на протекание и скорость радиоактивного распада. Так, в случае химических загрязнений существует (по крайней мере, потенциально, теоретически) возможность нейтрализации загрязняющего вещества путем каких-либо его химических превращений. Радиоактивный изотоп независимо от того, в каком химическом соединении он находится – в виде индивидуального соединения, раствора или в любой смеси, при какой температуре, влажности и т. п., характеризуется одним и тем же периодом полураспада t0,5. Если для 235U t0,5 = 7·108 лет, то независимо от того, металлический это уран или его диоксид, находится он в составе природного минерала, в отвалах руд или в боеголовке, через 7·108 лет останется 50 % его исходного количества и столько же распадется (причем с образованием более короткоживущих осколков!). Выводы о возможности создания безопасных технологий работы с радиоактивными материалами можете сделать сами.
Процессы радиоактивного распада сыграли большую роль в формировании химического состава земной коры и распространенности элементов в ней. Всего природных изотопов насчитывается около 300 (искусственно полученных более 2000, и это число постоянно растет). Установлено, что все земные тяжелые природные изотопы с Z > 83 (после Bi) образовались в результате последовательности радиоактивных a- и b--распадов, причем таких цепочек распада насчитывается всего четыре. Эти цепочки называют радиоактивными семействами или рядами. Их родоначальники – 23892U, 23290Th, 23592U и 23793Np. Последний имеет относительно малый период полураспада ~2·106 лет и в природе уже не встречается. Массовые числа изотопов, относящихся к тому или иному ряду, подчиняются соотношениям A = 4n + 2; A = 4n; A = 4n + 3; A = 4n + 1 в порядке их перечисления выше; здесь n – целое положительное число.
Строгое постоянство периода полураспада для данного изотопа позволяет использовать явление радиоактивного распада для определения возраста геологических материалов (геохронология). Например, 40K претерпевает электронный захват, превращаясь в 40Ar. Если определить в материале относительные количества исходного40K и образовавшегося аргона, можно вычислить время, за которое произошло это превращение, т. е. определить возраст материала (аргоновый метод). Для этой цели используют также анализ соотношения He/U – гелиевый метод, т. е. определение количества выделившихся a-частиц, а также 235U/207Pb, 87Rb/87Sr и др.
Особенно интересно определение возраста углеродсодержащих материалов радиоуглеродным методом. Все живые организмы обмениваются углеродом (в виде углекислого газа) с атмосферой. Под действием космических лучей в атмосфере образуется и постоянно поддерживается определенное количество радиоактивного 14С: 14N + n ® 14C + p. Соотношение 14C/12C, равное в атмосфере 10–12, остается таким же и во время жизни организма, но после его гибели уменьшается со временем вследствие прекращения углеродного обмена с атмосферой и b-распада 14С, содержащегося в организме. Таким образом, определив количество 14С относительно 12С в материале и зная период его полураспада 5760 лет, можно определить время, прошедшее от момента гибели организма (с точностью ±200 лет).
Кроме процессов радиоактивного распада, известны превращения атомных ядер при их взаимодействии с другими частицами (a‑, b‑, g‑, p, n и др.) или друг с другом – ядерные реакции (это могут быть реакции как деления, так и слияния ядер – синтеза).
Основа ядерных бомб и ядерной энергетики – вызываемые нейтронным облучением цепные реакции деления 235U или 239Pu , например 235U + n ®92Kr + 141Ba + 3n + 200 МэВ.
Ядерные силы – короткодействующие (~10-15 м), поэтому для осуществления ядерных реакций синтеза требуется сближение ядер до таких малых расстояний, т. е. очень высокие энергии. Реально такие условия реализуются либо в ускорителях, где элементарные частицы или легкие ядра разгоняют до очень больших скоростей и бомбардируют ими ядра-мишени, либо при очень высоких температурах, более 1010 К.
Именно при помощи ядерных реакций в ускорителях получены все химические элементы с Z > 92 (трансурановые), не встречающиеся в природе, и многие изотопы природных элементов, например: 14N + a ® 17O + p; 242Pu + 22Ne ® 260104Db + a[†].
Ядерные реакции синтеза при сверхвысоких температурах, при плазменном состоянии вещества, называют термоядерными. Они реализуются в природе в звездах и при термоядерных взрывах. При этом из легких элементов образуются более тяжелые («средние» ядра наиболее прочные, как уже говорилось) и выделяется энергия, например при «сгорании» водорода в гелий: 4p ® 4He2+ + 2e+ +2n, и далее 2 4He ® 84Be; 4He + 84Be ® 126С; 126С + p ® 137N; 137N ® 136С + e+ и т. д. Это пример нуклеосинтеза в природе (nucleus – ядро). Действие термоядерной («водородной») бомбы может быть основано на реакции 63Li + 21D ® 2a + 22,4 МэВ и подобных ей.
Вопросы для самопроверки
1. Во сколько раз снизится количество испускаемых в единицу времени b-частиц для образца 14С за 57600 лет?
2. За какое время радиоактивное излучение 226Ra снизится в 8 раз?
3. Все ли искусственные изотопы радиоактивны? Все ли радиоактивные изотопы искусственные?
4. Может ли изотоп с А ³ 200 быть стабильным?
5. Запишите несколько возможных реакций последовательного радиоактивного распада 23793Np. Какой стабильный изотоп происходит от его распада?
6. От какого радиоактивного ряда произошел изотоп 208Pb?