Семейства радиоактивных элементов

      и радиоактивность горных пород

Радиоактивными элементами называются химические элементы, все изотопы которых радиоактивны. Они подразделяются на природные (естественные) и искусственные. К природным радиоактивным элементам относятся полоний (Ро), астат (At), радон (Rn), франций (Fr), радий (Ra), плутоний (Ри), актиний (Ас), торий (Th), протактиний (Ра), уран (U).

Радиоактивные изотопы, являющиеся продуктами последовательного распада, начиная с некоторого родоначальника, составляют радиоактивное семейство (ряд). Известны радиоактивные семейства урана (²³⁸U), актиноурана (²³⁵U) и тория (²³²Th). Для всех этих семейств период полураспада родоначальника сопоставим с возрастом земного вещества (примерно 10⁹ лет), а для промежуточных членов ряда не превышает 2,5 · 10⁵ лет. Присутствие промежуточных изотопов на Земле обусловлено постоянным их образованием за счет превращения родоначальника семейства; они являются спутниками урана и тория и получаются химической переработкой урановых и ториевых руд. Радий входит в ряд урана (²³⁸U). В середине цепочки превращений радиоактивных изотопов образуются газы Rn (T = 3,82 сут), Тn (T = 54,5 с) и An (T = 3,92 с). Радиоактивные превращения во всех трех рядах завершаются образованием нерадиоактивного изотопа свинца (Рb). Изотопы всех природных радиоактивных элементов могут быть получены искусственным путем. Важнейшее практическое значение приобрели уран и плутоний, служащие источником получения ядерной энергии.

Существует несколько химических элементов (калий, рубидий, индий, лантан и др.), которые не входят в радиоактивные ряды, но имеют природные радиоактивные изотопы наряду со стабильными изотопами (⁴⁰К, ⁸⁷Rb, ¹¹⁵In, ^138,1La и др.).

Радиоактивность горных пород обусловлена в основном присутствием в них урана, тория, радиоактивных продуктов их распада и, наконец, калия, один из изотопов которого ⁴⁰К также радиоактивен.

Большинство радиоактивных изотопов испускает гамма-лучи; имеются среди них альфа-, и бета-излучатели. Энергия гамма-излучения семейства урана и тория, а также радиоактивного изотопа калия (⁴⁰K) различается по величине, что позволяет использовать этот признак для раздельного определения источников излучения.

Наибольшей радиоактивностью обладают руды радиоактивных элементов, содержащие минералы уранит, карбонаты, сульфаты, фосфаты уранила и т.п. Активность пород определяется содержанием в них рудообразующих минералов.

Среди горных пород наиболее радиоактивными являются магматические горные породы, в первую очередь кислые (граниты лейкократовые, биотитовые, плагиограниты). Осадочные горные породы могут быть практически нерадиоактивными (ангидриты, гипсы, каменная соль, известняки химического отложения, кварцевые пески и т.п.), или область повышенной радиоактивностью. Последняя связана с глинистостью пород: чем выше глинистость, тем выше радиоактивность. (Повышенная радиоактивность глинистых пород объясняется тем, что благодаря большой удельной поверхности они в процессе осадконакопления сорбируют большее количество соединений урана и тория, чем неглинистые породы. Имеет значение и калий, входящий в состав некоторых глинистых минералов).

Самая высокая радиоактивность среди осадочных отложений наблюдается у тонкодисперсных морских глин (илов). Хорошо сорбируют уран битумные соединения, особенно окисленные нефти.

Радиоактивность горных пород определяет радиоактивность почвенного воздуха и природных вод. Радиоактивность почвенного воздуха над радиоактивными породами зависит от количества эманаций, т.е. от количества выделенных радиоактивных газов радона. Воды морей, океанов и рек практически нерадиоактивны. Исключение составляют воды рек и ручьев, подземные воды, соседствующие с месторождениями урановых руд, а также подземные воды хлорбариевого и хлоркальциевого типов. Горные породы, не содержащие радиоактивных элементов в промышленной концентрации, и космические лучи, несущие гамма-кванты, создают нормальный фон радиоактивности.

Аномалиями радиоактивности считаются значения, превышающие нормальный фон в 3 раза и более.