Радиоактивные ряды

Радиоакти́вные ряды́ (семейства) — группы изотопов, связанных друг с другом цепочкой радиоактивных превращений.

Выделяют четыре естественных радиоактивных ряда (один из которых вымер, достигнув почти стабильного висмута-209):

• ряд тория (4n) — начинается с нуклида Th-232;
• ряд радия (4n + 2) — начинается с U-238;
• ряд актиния (4n + 3) — начинается с U-235.
• ряд нептуния (4n + 1) — начинается с Np-237.

После альфа- и бета-радиоактивных превращений ряды заканчиваются образованием стабильных изотопов.

Активности тех членов ряда, путь к которым от родительского изотопа не проходит через ветвления, при наступлении векового равновесия равны. Так, активность радия-224 в ториевых образцах через несколько десятков лет после изготовления становится практически равной активности тория-232, тогда как активность таллия-208 (образующегося в этом же ряду при α-распаде висмута-212 с коэффициентом ветвления 0,3594) стремится к 35,94 % от активности тория-232. Характерное время прихода к вековому равновесию в ряде равно нескольким периодам полураспада наиболее долгоживущего (среди дочерних) члена семейства. Вековое равновесие в ряду тория наступает достаточно быстро, за десятки лет, так как периоды полураспадов всех членов ряда (кроме родительского нуклида) не превышают нескольких лет (максимальный период полураспада T_1/2 = 5,7 лет — у радия-228). В ряду урана-235 равновесие восстанавливается примерно за сто тысяч лет (наиболее долгоживущий дочерний член ряда — протактиний-231, T_1/2 = 32 760 лет), в ряду урана-238 — примерно за миллион лет (определяется ураном-234, T_1/2 = 245 500 лет).

Тремя наиболее распространёнными видами радиоактивного распада являются α-распад, β^±-распад и изомерный переход. В результате альфа-распада массовое число ядер всегда уменьшается на четыре, тогда как в результате бета-распадов и изомерных переходов массовое число ядра не меняется. Это приводит к тому, что все нуклиды делятся на четыре группы (ряда) в зависимости от остатка целочисленного деления массового числа нуклида на четыре (то есть родительский нуклид и его дочерний нуклид, образовавшийся в результате альфа-распада, будут принадлежать к одной группе). Во всех рядах происходит образование гелия (из альфа-частиц).

Три основных радиоактивных ряда, наблюдающихся в природе, обычно называются рядом тория, рядом радия и рядом актиния. Каждый из этих рядов заканчивается образованием различных стабильных изотопов свинца. Массовый номер каждого из нуклидов в этих рядах может быть представлен в виде A = 4n, A = 4n + 2 и A = 4n + 3, соответственно.

Радиоактивный ряд нуклидов с массовым числом, представимым в виде 4n, называется рядом тория. Ряд начинается с встречающегося в природе тория-232 и завершается образованием стабильного свинца-208.

Радиоактивный ряд нуклидов с массовым числом, представимым в виде 4n + 1, называется рядом нептуния. Ряд начинается с нептуния-237 и завершается образованием стабильного таллия-205. В этой серии только два нуклида встречаются в природе — чрезвычайно долгоживущий висмут-209 (период полураспада в миллиард раз превышает возраст Вселенной) и стабильный таллий-205. Однако с развитием ядерных технологий в результате ядерных испытаний и радиационных аварий в окружающую среду попали радионуклиды, такие как плутоний-241 и америций-241, которые также могут быть отнесены по массовому числу к началу ряда нептуния. Так как этот ряд был изучен недавно, его изотопы не имеют исторических названий. Слабая альфа-активность висмута-209 была обнаружена лишь в 2003 году, поэтому в более ранних работах он называется конечным (и единственным сохранившимся в природе) нуклидом ряда.

Радиоактивный ряд нуклидов с массовым числом, представимым в виде 4n + 2, называется рядом радия (иногда называют рядом урана или урана-радия). Ряд начинается с урана-238 (встречается в природе) и завершается образованием стабильного свинца-206.

Радиоактивный ряд нуклидов с массовым числом, представимым в виде 4n + 3, называется рядом актиния или урана-актиния. Ряд начинается с урана-235 и завершается образованием стабильного свинца-207.

• Атомное ядро
• Радиоактивный распад
• Вековое равновесие

• Lederer C. M., Hollander J. M., Perlman I. Table of Isotopes (англ.). — 6th Ed. — New York: John Wiley & Sons, 1968.
• Радиоактивные ряды // Таблицы физических величин : Справочник / Под ред. акад. И. К. Кикоина. — М.: Атомиздат, 1976. — С. 872—873. — 1008 с. — 28 000 экз.
• Decay chains
• National Nuclear Data Center