Радиоактивные элементы земной коры и константы их распада

^* Элементы литофильной группы.

^** Средневзвешенная энергия частиц и γ-квантов в группе.

Уран, торий и их дочерние радиоактивные элементы являются источниками различных видов излучения и потоков частиц. Собственно уран и торий испускают α-излучение и низкоинтенсивное γ-излучение, следующие дочерние элементы при распаде испускают β-излучение и слабое γ-излучение. Наиболее интенсивными излучателями семейств урана и тория являются элементы дочерних рядов радия и радиотория, имеющие малую продолжительность жизни.

Все естественные и дочерние радиоактивные элементы имеют различные времена жизни, оцениваемые периодом полураспада, и, следовательно, разные скорости распада.

Задача определения содержаний радиоактивных элементов с использованием радиоактивных излучений весьма сложна, поскольку в руде могут одновременно содержаться в меняющихся соотношениях как родоначальники радиоактивных рядов, так и их дочерние элементы. Каждый из них испускает различные (α-, β-, γ-) виды излучений, отличающиеся интенсивностями испускания и энергетическими спектрами. Поэтому для обеспечения благоприятных условий определения концентраций требуется их радиоактивное равновесие с наиболее интенсивными излучателями соответствующего ряда. Нарушение равновесия снижает эффективность определения содержаний и разделения.

В естественных условиях все радиоактивные элементы приходят в состояние радиоактивного равновесия с продуктами своего распада.

Нарушение радиоактивного равновесия в рядах вызывается растворением и выщелачиванием отдельных элементов, а также частичным удалением газообразных изотопов, таких как ²²²Rn, Tn (²²²Rn), An (²¹⁹Rn). Наиболее часто отмечается нарушение равновесия в урановом ряду, особенно между U, Io (²³⁰Th), изотопами тория, радия. Радиоактивные элементы ряда тория дают труднорастворимые химические соединения, у них также малый срок существования и потому нет условий для избыточного накопления дочерних элементов. Благодаря этому руды тория всегда находятся в состоянии радиоактивного равновесия.

Состояние радиоактивного равновесия между ураном и радием, например, характеризуется коэффициентом равновесия c из выражения

c = ^aRa × 2,9 ×10⁶ ,

a_U

где α_Ra, α_U – содержание радия и урана в руде, %.

При c=1 урановая руда равновесная, при c<1 равновесие смещено в сторону урана, при c>1 равновесие смещено в сторону радия.