Геохімія ізотопів радіоактивних елементів (U, Th, Ra) - Все про Геологію ()
Геохімія ізотопів радіоактивних елементів (U, Th, Ra)
1.2. Радіоактивні властивості ізотопів радіоактивних елементів
Радіоактивні властивості досліджуваних радіонуклідів - ізотопів U, Th, Ra значною мірою пов'язані з їх походженням. Найбільш довгоживучі ізотопи урану і торію - 238 U, 235 U, 232 Th утворилися в результаті первинного нуклеосинтезу разом з іншими важкими нуклідами і отримали назву "первинних" (Титаєва, 1992). Їх періоди напіврозпаду можна порівняти з часом існування Землі, тому вони дожили до теперішнього часу. Вони мають досить високу поширеність. Кларк 232 Th становить 13 г/т, а 238 U - 2,5 г/т (по А.П.Виноградову), що перевищує кларки багатьох широко відомих мікроелементів. Завдяки цьому геохімічна поведінка первинних ізотопів урану і торію цілком визначається їх хімічними властивостями. Всі інші досліджені у цій роботі ізотопи радіоактивних елементів U, Th, Ra є продуктами розпаду первинних ізотопів урану та торію і входять у відповідні ряди розпаду.
Члени кожного ряду пов'язані один з одним послідовними незворотними альфа- та бета-перетвореннями. Якщо система, в якій знаходяться радіонукліди того чи іншого ряду закрита, тобто не відбувається винесення чи надходження окремих їх членів щодо інших, то згодом у ряді настає радіоактивна рівновага. Якщо період напіврозпаду материнського радіонукліда (чи родоначальника ряду) набагато більше періоду напіврозпаду дочірнього (чи інших членів низки), то умова рівноваги виражається співвідношеннями:
(де N – число атомів, – константа розпаду, Т – період напіврозпаду, А – активність – число розпадів в одиницю часу). Це співвідношення визначає так зване "вікове"рівновагу. Швидкість встановлення радіоактивної рівноваги в ряді розпаду залежить від періоду напіврозпаду члена ряду, що найбільш догоджує, а для пари взаємопов'язаних радіонуклідів - періоду напіврозпаду дочірнього - TD. З точністю до 0,8% рівновагу настає через 7 ТD, і з точністю до 0,1 % - через 10 ТD.
Поведінка ізотопів перерахованих елементів, що є продуктами розпаду довгоживучих первинних радіонуклідів, багато в чому пов'язана з присутністю відповідних материнських радіонуклідів - 238 U, 235 U, 232 Th, з яких вони постійно накопичуються і одночасно розпадаються. З наведеного вище рівняння радіоактивної рівноваги видно, що продукти розпаду не можуть накопичитися в кількостях, що перевищують рівноважні значення, які пропорційні назад періодам напіврозпаду. У зв'язку з цим усі продукти розпаду знаходяться у природних сполуках в ультранизьких концентраціях (Таб. 1.1). З урахуванням реальних концентрацій U та Th у земній речовині видно, що концентрації продуктів їхнього розпаду не перевищують 10 -9 % у земній корі.
Поведінка ізотопів перерахованих елементів, що є продуктами розпаду довгоживучих первинних радіонуклідів, багато в чому пов'язана з присутністю відповідних материнських радіонуклідів: U-238 та Th-232, U-235, з яких вони постійно накопичуються та одночасно розпадаються. З наведеного вище співвідношення радіоактивної рівноваги видно, що продукти розпаду не можуть накопичитися в кількостях, що перевищують рівноважні значення, які пропорційні назад періодам напіврозпаду. У зв'язку з цим усі продукти розпаду знаходяться в природних сполуках в ультранизьких концентраціях (Таб. 1.1), тим більше з огляду на реальні концентрації мас U та Th у земній речовині.
У природних розчинах вмісту дочірніх радіонуклідів немаєперевищують 10 -8 моль/л. Тому з речовинами, здатними давати з ними малорозчинні сполуки, твори розчинності ніколи не будуть досягнуті і самостійна фаза ніколи не буде утворена. У той же час без макроносіїв ці радіонукліди будуть поводитися як радіоколоїди і легко адсорбуватися твердою фазою. (Старий, 1969; Вдовенко, 1969; Несміянов, 1972). Для ізотопів радію носієм є елемент Ва. Для радіогенних ізотопів урану та торію носіями, за нашими уявленнями, є первинні ізотопи цих елементів - 238 U та 232 Th. Все це має накладати свій відбиток на поведінку радіонуклідів, що досліджуються. Цей фактор широко використовується при описі штучних радіонуклідів у природі. Однак щодо геохімії природних радіонуклідів він чомусь забутий.