Radioaktiiviset hajoamissarjat

Kohteesta Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun

Radioaktiiviset hajoamissarjat ovat radioaktiivisten isotooppien muodostamia sarjoja, joissa yhden nuklidin hajotessa syntyy toinen ydin, joka edelleen on radioaktiivinen, kunnes lopulta päädytään vakaaseen ytimeen.

Aine, joka syntyy radioaktiivisen aineen hajotessa, saattaa edelleen olla radioaktiivinen, samoin kuin sen hajoamistuote. Suurin osa luonnossa esiintyvistä radioaktiivisista aineista kuuluukin johonkin kolmesta hajoamisketjusta, joista käytetään tunnetuimpien jäsentensä mukaan nimityksiä toriumsarja, uraanisarja (tai radiumsarja) sekä aktiniumsarja. Kukin näistä päättyy stabiiliin lyijyisotooppiin.[1] Toriumsarjan kaikkien jäsenten massa­luvut ovat muotoa 4n, radiumsarjan 4n+2 ja aktiniumsarjan 4n+3. Kukin sarja alkaa hyvin pitkäikäisestä isotoopista, joita on säilynyt Maan syntymisestä sakka. Neljäs hajoamissarja, neptuniumsarja, jossa massaluvut ovat muotoa 4n+1, alkaa neptuniumisotoopista Np-237. Koska se kuitenkin on suhteellisen lyhytikäinen, ei sen jäseniä enää esiinny luonnossa, lukuun ottamatta niistä viimeistä, vismuttia Bi-209, jota aikaisemmin pidettiin stabiilina. Nyttemmin on kuitenkin todettu, että sekin on hyvin heikosti radioaktiivinen puoliintumis­ajan ollessa 1,9×1019 vuotta, ja se hajoaa edelleen talliumiksi Tl-205.

Luonnossa esiintyy myös useita näihin ketjuihin kuulumattomia, kevyempien alkuaineiden radioaktiivisia isotooppeja. Niistä jotkin syntyvät kosmisen säteilyn vaikutuksesta, kuten hiili-14 eli ns. radiohiili, toiset taas kuten kaliumisotooppi kalium-40 ovat niin pitkäikäisiä, että siitä määrästä, mikä niitä oli Maan muodostuessa, on vielä merkittävä osa jäljellä.[1]

Joskus samakin ydin saattaa hajota joko alfa- tai beeta­hajoamisella, jolloin syntyy sekaisin kahta eri hajoamistuotetta. Alla olevista taulukoista on kuitenkin jätetty pois sellaiset hajoamisketjujen sivuhaarat, joiksi pienempi osa kuin 0,0001 % edellisestä aineesta hajoaa. Luovutettuun energiaan on laskettu kaikkien emittoituneiden hiukkasten sekä jäljelle jäävän ytimen liike-energia (elektronien, alfa­hiukkasten, gamma­kvanttien, neutriinojen, Augerin elektronien ja röntgensäteilyn).

Nuklidien nimet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Nykyisin kaikista nuklideista käytetään alkuaineen nimeä, johon lisätään nuklidin masssaluku. Nuklidit, joiden atomiytimessä on yhtä monta protonia, ovat saman alkuaineen isotooppeja. Esimerkiksi radium-226 (Ra-226) on nuklidi, jonka ytimessä muiden radiumisotooppien tavoin on 88 protonia ja 138 neutronia, yhteensä 226 nukleonia, joten sen massaluku on 226.

Hajoamissarjojen tutkimuksen alkuvaiheessa 1900-luvun alussa ei isotoopin käsitettä kuitenkaan vielä tunnettu. Tällöin samankin aineen isotoopeille annettiin eri nimiä ja sen mukaiset symbolit, useimmiten sen mukaan, minkä aineen hajoamistuotteina ne syntyivät ja mihin hajoamissarjaan ne näin ollen kuuluvat.[2] Seuraavissa taulukoissa mainitaan myös nämä vanhat nimet.

Toriumsarja (4n-sarja)[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Toriumsarjaan kuuluvat seuraavat nuklidit.[1][2] Taulukossa kirjain 'a' tarkoittaa juliaanista vuotta (365,25 vuorokautta).

Decay Chain of Thorium.svg
nuklidi vanha nimi vanha symboli[2][3] hajoamistapa puoliintumisaika luovutettu energia, MeV hajoamistuote
232Th Torium Th α 1,405·1010 a 4,081 228Ra
228Ra mesotorium-1 MsTh1 β- 5,75 a 0,046 228Ac
228Ac mesotorium-2 MsTh2 β- 6,15 h 2,124 228Th
228Th radiotorium RdTh α 1,9116 a 5,520 224Ra
224Ra torium X ThX α 3,6319 d 5,789 220Rn
220Rn thoron, toriumemanaatio Tn α 55,6 s 6,404 216Po
216Po torium A ThA α 0,145 s 6,906 212Pb
212Pb torium B ThB β- 10,64 h 0,570 212Bi
212Bi torium C ThC β- 64,06 %
α 35,94 %
60,55 min 2,252
6,208
212Po
208Tl
212Po torium C′ ThC′ α 299 ns 8,955 208Pb
208Tl torium C″ ThC″ β- 3,053 min 4,999 208Pb
208Pb torium D, toriumlyijy[3] ThD stabiili

Radiumsarja (4n+2 -sarja)[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Uraani- eli radiumsarjaan kuuluvat seuraavat nuklidit:[1]

Decay chain(4n+2, Uranium series).svg
nuklidi vanha nimi vanha symboli[2][3] hajoamistapa puoliintumisaika luovutettu energia, MeV hajoamistuote
238U uraani U α 4,468·109 a 4,270 234Th
234Th uraani X1 UX1 β- 24,10 d 0,273 234Pa
234mPa uraani X2, brevium[4] UX2 β- (noin 0,16 % muuttuu vakaampaan muotoon 234Pa, jonka puoliintumisaika on 6,70 h) 1,17 min 2,197 234U
234U Uraani II UII α 245500 a 4,859 230Th
230Th ionium[3] Io α 75380 a 4,770 226Ra
226Ra radium Ra α 1602 a 4,871 222Rn
222Rn radon, radiumemanaatio Rn, Em α 3,8235 d 5,590 218Po
218Po radium A RaA α 99,98 %
β- 0,02 %
3,10 min 6,115
0,265
214Pb
218At
218At α 99,90 %
β- 0,10 %
1,6 s 6,874
2,883
214Bi
218Rn
218Rn α 35 ms 7,263 214Po
214Pb radium B RaB β- 26,8 min 1,024 214Bi
214Bi β- 99,98 %
α 0,02
radium C RaC 19,9 min 3,272
5,617
214Po
210Tl
214Po radium C′ RaC′ α 0,1643 ms 7,883 210Pb
210Tl radium C″ RaC″ β- 1,30 min 5,484 210Pb
210Pb radium D RaD β- 22,3 a 0,064 210Bi
210Bi radium E RaE β- 99,99987 %
α 0,00013 %
5,013 d 1,426
5,982
210Po
206Tl
210Po radium F, polonium RaF α 138,376 d 5,407 206Pb
206Tl β- 4,199 min 1,533 206Pb
206Pb radium G, uraanilyijy[3] RaG - stabiili - -

Aktiniumsarja (4n+3 -sarja)[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Aktiniumsarjaan kuuluvat seuraavat nuklidit:[1]

Decay Chain of Actinium.svg
nuklidi vanha nimi vanha symboli[2][3] hajoamistapa puoliintumisaika luovutettu energia, MeV hajoamistuote
239Pu α 2,41·104 a 5,244 235U
235U aktinouraani AcU α 7,04·108 a 4,678 231Th
231Th uraani Y UY β- 25,52 h 0,391 231Pa
231Pa protaktinium Pa α 32760 a 5,150 227Ac
227Ac aktinium Ac β- 98,62 %
α 1,38 %
21,772 a 0,045
5,042
227Th
223Fr
227Th radioaktinium RdAc α 18,68 d 6,147 223Ra
223Fr aktinium K AcK β- 21,8 min 1,149 223Ra
223Ra aktinium X AcX α 11,43 d 5,979 219Rn
219Rn aktinon, aktiniumemanaatio An, AcEm α 3,96 s 6,946 215Po
215Po aktinium A AcA α 99,99977 %
β- 0,00023 %
1,781 ms 7,527
0,715
211Pb
215At
215At α 0,1 ms 8,178 211Bi
211Pb aktinium B AcB β- 36,1 min 1,367 211Bi
211Bi aktinium C AcC α 99,724 %
β- 0,276 %
2,14 min 6,751
0,575
207Tl
211Po
211Po aktinium C′ AcC′ α 516 ms 7,595 207Pb
207Tl aktinium C AcC β- 4,77 min 1,418 207Pb
207Pb aktinium D, aktiniumlyijy[3] AcD stabiili

Neptuniumsarja (4n+1 -sarja)[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Neptuniumsarjan nuklideista vain Bi-209 ja Tl-205 esiintyvät luonnossa.

Decay Chain(4n+1, Neptunium Series).svg
nuklidi hajoamistapa puoliintumisaika luovutettu energia, MeV hajoamistuote
241Pu β- 14,4 a 0,021 241Am
241Am α 432,7 a 5,638 237Np
237Np α 2,14·106 a 4,959 233Pa
233Pa β- 27,0 d 0,571 233U
233U α 1,592·105 a 4,909 229Th
229Th α 7,54·104 a 5,168 225Ra
225Ra β- 14,9 d 0,36 225Ac
225Ac α 10,0 d 5,935 221Fr
221Fr α 4,8 min 6,3 217At
217At α 32 ms 7,0 213Bi
213Bi α 46,5 min 5,87 209Tl
209Tl β- 2,2 min 3,99 209Pb
209Pb β- 3,25 h 0,644 209Bi
209Bi α 1,9·1019 a 3,14 205Tl
205Tl stabiili

Viitteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. a b c d e Roy Pöllänen (toim.): ”Liite 1: Tärkeimpiä luonnon radionuklideja ja niiden ominaisuuksia; Liite 2: Luonnon hajoamissarjat”, Säteily ympäristössä, s. 375–377. Säteilyturvakeskus, 2003. ISBN 951-712-995-5. Teoksen verkkoversio.
  2. a b c d e Leena Lahti: ”Radioaktiiviset sarjat”, Kvanttifysiikka. Gaudeamus, 1977. ISBN 951-662-086-8.
  3. a b c d e f g ”Radioaktiiviset aineet”, Iso tietosanakirja, 10. osa (Renqvist–Sielutiede), s. 913–915. Otava, 1936.
  4. Mendelejev ennusti protaktiniumin. Helsingin sanomat, 25.10.2005. Artikkelin verkkoversio.