Л.И. Баюров
Курс лекций по сельскохозяйственной радиологии
Учебное пособие. – Краснодар: КубГАУ, 2009. – 112 с.

Лекция 3. Ядерные превращения

2. Радиоактивные семейства

В природе постоянно происходят распады радиоизотопов. При этом образуются как стабильные, так и нестабильные ядра новых элементов. Нестабильные изотопы при этом вновь вступают в ядерные распады. Этот процесс может представлять собой очень длительное явление и проходить через ряд промежуточных элементов. Такая цепочка элементов, связанных между собой, называется радиоактивным семейством (рядом). Каждое из них носит название своего родоначальника.

Если изотоп принадлежит к естественному радиоактивному семейству, то он обязательно присутствует в природе, даже если скорость распада его ядер очень велика.

Связано это с тем, что в радиоактивных семействах с течением времени устанавливается так называемое вековое равновесие.

Время достижения такого равновесия во всем ряду приблизительно равно 10 периодам полураспада самого долгоживущего промежуточного члена ряда. При вековом равновесии скорости образования изотопа и его распада равны. Поэтому содержание такого изотопа остаётся практически неизменным в течение столетий.

Некоторые изотопы радиоактивных семейств — распадаются не по одному, а по двум типам (a- и b-распады).

Всего существует три естественных и одно искусственное радиоактивные семейства:

1) семейство урана-238 (₉₂U²³⁸). Иногда это семейство обозначается также как семейство урана — радия, т.к. наиболее важным его представителем является изотоп ₈₈Ra²²⁶ .

Уран был открыт в 1789 году немецким химиком Мартином Клапротом и назван им в честь одноименной планеты.

Кстати, это имя в древнегреческой мифологии носил бог неба, супруг Геи (Земли), отец титанов, циклопов и сторуких исполинов, который был свергнут собственным сыном Кроносом.

Более пятидесяти лет «уран Клапрота» считался металлом. И только в 1841 г. французский ученый Эжен Пелиго доказал, что, несмотря на характерный металлический блеск, «уран Клапрота» не чистый элемент, а его окисел — UO₂. В металлическом состоянии уран был получен Пелиго при восстановлении хлорида урана (UCl₄) металлическим калием.

2) семейство урана-235 (₉₂U²³⁵). Иногда используется еще одно название — семейство актиноурана (₈₉Ac²²⁷).

3) семейство тория-232 (₉₀Th²³²).Торий был открыт в 1828 г. шведским химиком Йенсом Берцелиусом в одном из редких минералов горных пород Норвегии. Свое название он получил в честь Тора – всемогущего древнескандинавского бога войны.

Кстати, именно Й.Берцелиус в 1813 г. предложил обозначать химические элементы начальной или начальной и одной из последующих букв их латинского названия. Чистый препарат тория был получен лишь в 1882 г. другим известным шведским химиком Ларсом Нильсоном, ставшим также первооткрывателем скандия.

Следующее важное событие в истории элемента № 90 произошло в 1898 году, когда независимо друг от друга и практически одновременно Мария Склодовская-Кюри и немецкий ученый Герберт Шмидт обнаружили, что торий радиоактивен. Склодовская-Кюри отметила тогда же, что активность чистого тория даже выше активности урана.

Конечным продуктом распада во всех трех семействах является один из стабильных изотопов свинца: Pb²⁰⁶ — в семействе U²³⁸, Pb²⁰⁷ — в семействе U²³⁵  и Pb²⁰⁸ — в семействе Th²³².

С момента получения искусственных радиоизотопов было выделено еще одно семейство. Его родоначальником является изотоп ₉₃Np²³⁷.

Нептуний был первым из открытых трансурановых элементов и назван в честь планеты Нептун. В виде изотопа Np²³⁹ он впервые был получен Эдвином Макмилланом и Филиппом Эйблсоном (Абельсоном) в 1940 г. в Калифорнийском университете (г. Беркли) при бомбардировке ядер урана нейтронами.

Нептуний-237 получают как побочный продукт при производстве плутония в ядерных реакторах. Конечным продуктом его распада является висмут-209 (₈₃Bi²⁰⁹).