Главная » Красота и здоровье » Классификация радиоактивных элементов. Радиоактивные элементы

Классификация радиоактивных элементов. Радиоактивные элементы

Человек всегда стремился отыскать материалы, которые не оставляют никаких шансов своим конкурентам. Издревле учёные искали самые твердые материалы в мире , самые лёгкие и самые тяжелые. Жажда открытий привела к открытию идеального газа и идеально чёрного тела. Представляем вам самые удивительные вещества в мире.

1. Самое черное вещество

Самое чёрное вещество в мире называется Vantablack и состоит из совокупности углеродных нанотрубок (см. углерод и его аллотропные модификации). Проще говоря, материал состоит из бесчисленного множества «волосков», попав в которые, свет отскакивает от одной трубки к другой. Таким образом поглощается около 99,965% светового потока и лишь ничтожная часть отражается обратно наружу.
Открытие Vantablack открывает широкие перспективы применения этого материала в астрономии, электронике и оптике.

2. Самое горючее вещество

Трифторид хлора является самым горючим веществом из когда-либо известных человечеству. Является сильнейшим окислителем и реагирует практически со всеми химическими элементами. Трифторид хлора способен прожечь бетон и легко воспламеняет стекло! Применение трифторида хлора практически невозможно из-за его феноменальной воспламеняемости и невозможности обеспечить безопасность использования.

3. Самое ядовитое вещество

Самый сильный яд — это ботулотоксин. Мы знаем его под названием ботокс, именно так он называется в косметологии, где нашел свое основное применение. Ботулотоксин — это химическое вещество, которое выделяют бактерии Clostridium botulinum. Помимо того, что ботулотоксин — самое ядовитое вещество, так он ещё и обладает самой большой молекулярной массой среди белков. О феноменальной ядовитости вещества говорит тот факт, что достаточно всего 0,00002 мг мин/л ботулотоксина, чтобы на полдня сделать зону поражения смертельно опасной для человека.

4. Самое горячее вещество

Это, так называемый, кварк-глюонная плазма. Вещество было создано с помощью столкновением атомов золота при почти световой скорости. Кварк-глюонная плазма имеет температуру 4 триллиона градусов Цельсия. Для сравнения, этот показатель выше температуры Солнца в 250 000 раз! К сожалению, время жизни вещества ограничено триллионной одной триллионной секунды.

5. Самая едкая кислота

В этой номинации чемпионом становится фторидно-сурьмяная кислота H. Фторидно-сурьмяная кислота в 2×10 16 (двести квинтиллионов) раз более едкая, чем серная кислота. Это очень активное вещество, которое может взорваться при добавлении небольшого количества воды. Испарения этой кислоты смертельно ядовиты.

6. Самое взрывоопасное вещество

Самое взрывоопасное вещество — гептанитрокубан. Он очень дорогой и применяется лишь для научных исследований. А вот чуть менее взрывоопасный октоген успешно применяется в военном деле и в геологии при бурении скважин.

7. Самое радиоактивное вещество

«Полоний-210» — изотоп полония, который не существует в природе, а изготавливается человеком. Используется для создания миниатюрных, но в тоже время, очень мощных источников энергии. Имеет очень короткий период полураспада и поэтому способен вызывать тяжелейшую лучевую болезнь.

8. Самое тяжёлое вещество

Это, конечно же, фуллерит. Его твердость почти в 2 раза выше, чем у натуральных алмазов. Подробнее о фуллерите можно прочитать в нашей статье Самые твердые материалы в мире .

9. Самый сильный магнит

Самый сильный магнит в мире состоит из железа и азота . В настоящее время, широкой общественности недоступны детали об этом веществе, однако уже сейчас известно, что новый супер-магнит на 18% мощнее самых сильных магнитов применяющихся сейчас — неодимовых. Неодимовые магниты изготавливаются из неодима, железа и бора.

10. Самое текучее вещество

Сверхтекучий Гелий II почти не имеет вязкости при температурах близких к абсолютному нулю. Этим свойством обусловлено его уникальное свойство просачиваться и выливаться из сосуда, изготовленного из любого твёрдого материала. Гелий II имеет перспективы использования в качестве идеального термопроводника, в котором не рассеивается тепло.

Радиоактивные металлы — это металлы, которые самопроизвольно излучают поток элементарных частиц во внешнюю среду. Этот процесс называют альфа(α), бета(β), гамма(γ) излучением или просто радиоактивным излучением .

Все радиоактивные металлы со временем распадаются и превращаются в стабильные элементы (иногда проходя целую цепочку превращений). У разных элементов радиоактивный распад может длиться от нескольких миллисекунд до нескольких тысяч лет.

Рядом с названием радиоактивного элемента часто указывается массовое число его изотопа . Например, Технеций-91 или 91 Tc . Разные изотопы одного и того же элемента как правило имеют общие физические свойства и различаются лишь длительностью радиоактивного распада.

Список радиоактивных металлов

Название рус. Название eng. Самый стабильный изотоп Период распада
Технеций Technetium Tc-91 4.21 x 10 6 лет
Прометий Promethium Pm-145 17.4 года
Полоний Polonium Po-209 102 года
Астат Astatine At-210 8.1 часов
Франций Francium Fr-223 22 минут
Радий Radium Ra-226 1600 лет
Актиний Actinium Ac-227 21.77 лет
Торий Thorium Th-229 7.54 x 10 4 лет
Протактиний Protactinium Pa-231 3.28 x 10 4 лет
Уран Uranium U-236 2.34 x 10 7 лет
Нептуний Neptunium Np-237 2.14 x 10 6 лет
Плутоний Plutonium Pu-244 8.00 x 10 7 лет
Америций Americium Am-243 7370 лет
Кюрий Curium Cm-247 1.56 x 10 7 лет
Беркелий Berkelium Bk-247 1380 лет
Калифорний Californium Cf-251 898 лет
Эйнштейний Einsteinium Es-252 471.7 дней
Фермий Fermium Fm-257 100.5 дней
Менделевий Mendelevium Md-258 51.5 дней
Нобелий Nobelium No-259 58 минут
Лоуренсий Lawrencium Lr-262 4 часа
Резенфордий Rutherfordium Rf-265 13 часов
Дубний Dubnium Db-268 32 часа
Сиборгий Seaborgium Sg-271 2.4 минуты
Борий Bohrium Bh-267 17 секунд
Ганий Hassium Hs-269 9.7 секунд
Мейтнерий Meitnerium Mt-276 0.72 секунды
Дармштадий Darmstadtium Ds-281 11.1 секунды
Рентгений Roentgenium Rg-281 26 секунд
Коперниций Copernicium Cn-285 29 секунд
Унунтрий Ununtrium Uut-284 0.48 секунд
Флеровий Flerovium Fl-289 2.65 секунд
Унунпентий Ununpentium Uup-289 87 миллисекунд
Ливерморий Livermorium Lv-293 61 миллисекунда

Радиоактивные элементы делятся на естественные (существующие в природе) и искусственные (получаемые в результате лабораторного синтеза). Естественных радиоактивных металлов не много — это полоний, радий, актиний, торий, протактиний и уран. Их наиболее стабильные изотопы встречаются в природе, чаще в виде руды. Все остальные металлы из списка созданы человеком.

Самый радиоактивный металл

Самый радиоактивный металл на данный момент — ливерморий . Его изотоп Ливерморий-293 распадается всего за 61 милисекунду. Впервые этот изотоп был получен в Дубне, в 2000 году.

Другой очень радиоактивный металл — унунпентий . Изотоп унунпентий-289 имеет чуть больший период распада (87 милисекунд).

Из более-менее стабильных, практически применяемых веществ, самым радиоактивным металлом считается полоний (изотоп полоний-210 ). Это серебристый белый радиоактивный металл. Хотя его период полураспада достигает 100 и более дней, даже один грамм этого вещества раскаляется до 500°C, а излучение может мгновенно убить человека.

Что такое радиация

Всем известно, что радиация очень опасна и лучше держаться подальше от радиоактивного излучения. С этим трудно поспорить, хотя в реальности мы постоянно подвержены влиянию радиации, где бы не находились. В земле залегает довольно большое количество радиоактивной руды , а из космоса на Землю постоянно прилетают заряженные частицы .

Кратко говоря, радиация это самопроизвольное испускание элементарных частиц. От атомов радиоактивного вещества отделяются протоны и нейтроны, «улетая» во внешнюю среду. Ядро атома при этом постепенно изменяется, превращаясь в другой химический элемент. Когда все нестабильные частицы отделяются от ядра, атом перестает быть радиоактивным. Например, торий-232 в конце своего радиоактивного распада превращается в стабильный свинец .

Наука выделяет 3 основных вида радиоактивного излучения

Альфа излучение (α) — поток альфа-частиц, положительно заряженных. Они сравнительно большие по размеру и плохо проходят даже через одежду или бумагу.

Бета излучение (β) — поток бета-частиц, негативно заряженных. Они довольно малы, легко проходят через одежду и проникают внутрь клеток кожи, что наносит большой вред здоровью. Но бета-частицы не проходят через плотные материалы, такие как алюминий.

Гамма излучение (γ) — это высокочастотная электромагнитная радиация. Гамма-лучи не имеют заряда, но содержат очень много энергии. Скопление гамма-частиц излучает яркое свечение. Гамма-частицы проходят даже через плотные материалы, что делает их очень опасными для живых существ. Их останавливают только самые плотные материалы, например, свинец.

Все эти виды излучения так или иначе присутствуют в любой точке планеты. Они не представляют опасности в малых дозах, но при высокой концентрации могут причинить очень серьезный ущерб.

Изучение радиоактивных элементов

Первооткрывателем радиоактивности является Вильгельм Рентген . В 1895 году этот Прусский физик впервые наблюдал радиоактивное излучение. На основе этого открытия был создан знаменитый медицинский прибор, названый в честь ученого.

В 1896 г изучение радиоактивности продолжил Анри Беккерель , он экспериментировал с солями урана.

В 1898 г Пьер Кюри в чистом виде получил первый радиоактивный металл — Радий. Кюри хоть и открыл первый радиоактивный элемент, однако, не успел толком его изучить. И выдающиеся свойства радия привели к быстрой гибели ученого, который беспечно носил свое «детище» в нагрудном кармане. Великое открытие отомстило своему первооткрывателю — Кюри умер в возрасте 47 лет от мощной дозы радиоактивного облучения.

В 1934 г был впервые синтезирован искусственный радиоактивный изотоп.

Сейчас изучением радиоактивности занимаются множество ученых и организаций.

Добыча и синтез

Даже естественные радиоактивные металлы не встречаются в природе в чистом виде. Их синтезируют из урановой руды. Процесс получения чистого металла чрезвычайно трудоемок. Состоит он из нескольких стадий:

  • концентрирование (дробление и выделение осадка с ураном в воде);
  • выщелачивание - то есть, перевод уранового осадка в раствор;
  • выделение чистого урана из полученного раствора;
  • перевод урана в твердое состояние.

В итоге, из тонны урановой руды можно получить всего несколько граммов урана.

Синтез искусственных радиоактивных элементов и их изотопов проходит в специальных лабораториях, в которых создаются условия для работы с подобными веществами.

Практическое применение

Чаще всего, радиоактивные металлы используют для выработки энергии.

Ядерные реакторы — это устройства, использующие уран для нагревания воды и создания потока пара, который вращает турбину, с помощью чего вырабатывается электричество.

Вообще, сфера применения радиоактивных элементов довольно широка. Они используются для изучения живых организмов, диагностирования и лечения болезней, выработки энергии и для мониторинга промышленных процессов. Радиоактивные металлы являются основой для создания ядерного оружия — самого разрушительного оружия на планете.

  Цезий-137, Cs-137
  Цезий-137, известен также как радиоцезий - один из главных компонентов радиоактивного загрязнения биосферы. Содержится в радиоактивных выпадениях, радиоактивных отходах, сбросах заводов, перерабатывающих отходы атомных электростанций. Интенсивно сорбируется почвой и донными отложениями; в воде находится преимущественно в виде ионов. Содержится в растениях и организме животных и человека.
  В организме животных 137Cs накапливается главным образом в мышцах и печени
  Выброс цезия-137 в окружающую среду происходит в основном в результате ядерных испытаний и аварий на предприятиях атомной энергетики
  Известны случаи загрязнения внешней среды в результате небрежного хранения источников цезия-137 для медицинских и технологических целей.
  Биологическое действие
  Внутрь живых организмов цезий-137 в основном проникает через органы дыхания и пищеварения. Хорошей защитной функцией обладает кожа

Поглощённая доза излучения измеряется энергией ионизирующего излучения, переданного массе облучаемого вещества.
  Единица поглощённой дозы – грей (Гр), равный 1 джоулю, поглощённому 1 кг вещества
  1 Гр = 1Дж/кг = 100 рад.


  Развитие радиационных поражений у человека можно ожидать при поглощении дозы примерно в 2 Гр и более. Симптомы во многом схожи с острой лучевой болезнью при гамма-облучении: угнетённое состояние и слабость, диарея, снижение массы тела, внутренние кровоизлияния
  Радионуклиды Cs-137, проникая в организм человека, инкорпорируются жизненно важными органами. При этом, в клетках происходят дистрофические и некробиотические изменения, связанные в первую очередь с нарушением энергетических механизмов и приводящие к нарушениям жизненно-важных функций организма. Тяжесть поражения находится в прямой зависимости от количества Cs-137 инкорпорированного организмом и отдельными органами. Эти поражения могут представлять опасность, прежде всего, как индукторы мутаций в генетическом аппарате половых и соматических клеток.

Способность Cs-137 вызывать мутации в половых клетках, будет являться в будущих поколениях основой для возникновения внутриутробной гибели зародыша, врожденных пороков развития, патологии плода и новорожденного, заболеваний взрослого организма, связанных с недостаточной генной активностью.

Это внутреннее облучение организма также чрезвычайно опасно и тем, что оно сочетается со способностью радионуклидов Cs-137 и продуктов их распада в виде бария, воздействовать на биологические структуры, взаимодействовать с рецепторным аппаратом клеточных мембран, изменять состояние регуляторных процессов.

Выявлена зависимость между частотой нарушений сердечной деятельности у детей и содержанием радионуклидов в их организме. Следует обратить особое внимание на то, что присутствие даже относительно небольших количеств Cs-137 в организме детей 10-30 Бк/кг (при этом, в ткани сердца концентрация данного радионуклида значительно большая) приводит к увеличению в два раза числа детей с электрокардиографическими нарушениями.
  В этой связи, факторы внешней среды, подавляющие функцию систем, регулирующих (стимулирующих) активность генетического аппарата клеток, будут являться индукторами (провокаторами) возникновения многих заболеваний. Cs-137 способен в относительно небольших количествах, подавлять активность регуляторных систем организма, и прежде всего, иммунной системы.
  Период полураспада цезия-137 составляет 30 лет.

  Радий, Ra-226
  радиоактивный изотоп химического элемента радия с атомным номером 88 и массовым числом 226. Принадлежит к радиоактивному семейству урана-238
  Наиболее устойчивым изотопом является радий-226 (226Ra), образующийся при распаде урана. Период полураспада радия-226 составляет 1600 лет, в процессе распада образуется радиоактивный газ радон.
  Радий-226 является источником альфа-излучения и считается потенциально опасным для костной ткани человека.
  В ничтожных концентрациях присутствует в природных водах.
  Применение
  Соли радия используются в медицине как источник радона (см. РАДОН) для приготовления радоновых ванн.

Развиваются опухоли костной ткани и органов, заключённых в костной капсуле (кроветворная ткань, гипофиз) или топографически близких к ней (слизистая ротовой полости, гайморова полость).

  Кобальт-60, Co-60
  Кобальт-60, радиокобальт - радиоактивный нуклид химического элемента кобальта с атомным номером 27 и массовым числом 60. В природе практически не встречается из-за малого периода полураспада. Открыт в конце 1930-х годов

Активность одного грамма этого нуклида составляет приблизительно 41,8 ТБк. Период полураспада кобальта-60 составляет 5,2 года
  Применение Кобальт-60 используется в производстве источников гамма-излучения с энергией около 1,3 МэВ, которые применяются для:
  - стерилизации пищевых продуктов, медицинских инструментов и материалов;
  - активации посевного материала (для стимуляции роста и урожайности зерновых и овощных культур);
  - обеззараживания и очистки промышленных стоков, твёрдых и жидких отходов различных видов производств;
  - радиационной модификации свойств полимеров и изделий из них;
  - радиохирургии различных патологий (см. «кобальтовая пушка», гамма-нож);
  - гамма-дефектоскопии.
  Также Кобальт-60 используется в системах контроля уровня металла в кристализаторе при непрерывной разливке стали. Является одним из изотопов, применяющихся в радиоизотопных источниках энергии.
  Его лучи обладают высокой проникающей способностью. По мощности излучения 17 граммов радиоактивного кобальта эквивалентны 1 килограмму радия - самого мощного природного источника радиации. Вот почему при получении, хранении и транспортировке этого изотопа, как, впрочем, и других, тщательно соблюдают строжайшие правила техники безопасности, принимают все необходимые меры, чтобы надежно оградить людей от смертоносных лучей.

У радиоактивного кобальта много «профессий». Все более широкое применение в промышленности находит, например, гамма-дефектоскопия, т.е. контроль качества продукции путем просвечивания ее гамма-лучами, источником которых служит изотоп кобальт-60. Такой метод контроля позволяет с помощью сравнительно недорогой и компактной аппаратуры легко выявлять трещины, поры, свищи и другие внутренние дефекты массивных отливок, сварных швов, узлов и деталей, находящихся в труднодоступных местах. В связи с тем, что гамма-лучи распространяются источником равномерно во все стороны, метод дает возможность контролировать одновременно большое число объектов, а цилиндрические изделия проверять сразу по всему периметру.

Радиоактивный кобальт используют для контроля и регулирования уровня расплавленного металла в плавильных печах, уровня шихтовых материалов в домнах и бункерах, для поддержания уровня жидкой стали в кристаллизаторе установок непрерывной разливки.

Прибор, называемый гамма-толщиномером, быстро и с большой степенью точности определяет толщину обшивки судовых корпусов, стенок труб, паровых котлов и других изделий, когда к их внутренней поверхности невозможно подобраться и поэтому обычные приборы оказываются бессильны.

Находит кобальт применение и в медицине. Крупицы изотопа кобальт-60, помещенные в медицинские «пушки», не причиняя вреда организму человека, бомбардируют гамма-лучами внутренние злокачественные опухоли, губительно влияя на быстро размножающиеся больные клетки, приостанавливая их деятельность и тем самым ликвидируя очаги страшной болезни.
  В аппарате для облучения глубокозалегающих злокачественных опухолей, «кобальтовой пушке» ГУТ-400 (гамма-установка терапевтическая), количество кобальта-60 соответствует по своей активности 400 г радия. Это очень большая величина, такого количества радия нет ни в одной лаборатории. Но именно высокая активность позволяет предпринимать попытки лечения опухолей, расположенных в глубине организма больного.
  Однако, несмотря на свою столь обширную плезность радиация есть радиация и бесконтрольное облучение приводит к описанным выше печальным последствиям.

  Торий-232, Th-232
  Торий-232 - природный радиоактивный нуклид химического элемента тория с атомным номером 90 и массовым числом 232.
  Является наиболее долгоживущим изотопом тория, альфа-радиоактивен с периодом полураспада 1,405·10 10 (14 млрд.) лет.
  Торий-232 является альфа – излучателем
  Активность одного грамма этого нуклида составляет 4 070 Бк.
  В виде препарата торотраста суспензия диоксида тория использовалась в качестве контрастного вещества при ранней рентгенодиагностике. В настоящее время препараты тория-232 классифицируются как канцерогенные
  Поступление тория в желудочно-кишечный тракт (тяжелый металл, к тому же радиоактивный!) не вызывает отравления. Объясняется это тем, что в желудке – кислая среда, и в этих условиях соединения тория гидролизуются. Конечный продукт – нерастворимая гидроокись тория, которая выводится из организма. Острое отравление способна вызвать лишь нереальная доза в 100 г тория...
  Однако чрезвычайно опасно попадание тория в кровь. Следствием этого могут быть заболевания кроветворной системы, образование специфических опухолей.

  Плутоний-239, Pu-239
  Плутоний-239 (англ. plutonium-239) - радиоактивный нуклид химического элемента плутония с атомным номером 94 и массовым числом 239.
  В природе встречается в чрезвычайно малых количествах в урановых рудах.
  Активность одного грамма этого нуклида составляет приблизительно 2,3 ГБк.
  Плутоний-239 имеет период полураспада 24 100 лет.
  Плутоний-239 используют:
  - в качестве ядерного топлива в ядерных реакторах на тепловых и особенно на быстрых нейтронах;
  - при изготовлении ядерного оружия;
  - в качестве исходного вещества для получения трансплутониевых элементов.
  Плутоний был открыт в конце 1940 г.
  Хотя плутоний, по-видимому, химически токсичен, как и любой тяжелый металл, этот эффект выражается слабо по сравнению с его радиотоксичностью. Токсические свойства плутония появляются как следствие альфа-радиоактивности. Альфа частицы представляют серьезную опасность только в том случае, если их источник находится в теле (т.е. плутоний должен быть принят внутрь). Хотя плутоний излучает еще и гамма-лучи и нейтроны, которые могут проникать в тело снаружи, уровень их слишком мал, чтобы причинить сильный вред.

Альфа-частицы повреждают только ткани, содержащие плутоний или находящиеся в непосредственном контакте с ним. Значимы два типа действия: острое и хроническое отравления. Если уровень облучения достаточно высок, ткани могут страдать острым отравлением, токсическое действие проявляется быстро. Если уровень низок, создается накопляющийся канцерогенный эффект.

Плутоний очень плохо всасывается желудочно-кишечным трактом, даже когда попадает в виде растворимой соли, впоследствии она все равно связывается содержимым желудка и кишечника. Загрязненная вода, из-за предрасположенности плутония к осаждению из водных растворов и к формированию нерастворимых комплексов с остальными веществами, имеет тенденцию к самоочищению.

В почвах и почвообразующих породах широко представлены радиоактивные элементы (радионуклиды). Радиоактивность (естественная) – это явление самопроизвольного превращения (распада) неустойчивых изотопов одного химического элемента в изотоп другого, сопровождающееся ά-, β- и γ-излучениями. Радиоактивность почв обусловлена присутствием в них радиоактивных элементов естественного и антропогенного происхождения. В связи с этим различают естественную и искусственную радиоактивность. Она выражается количеством ядерных распадов в единицу времени и измеряется в беккерелях (1 Бк=1 распад/с) или в единицах активности радиоактивных изотопов – кюри (1 Ки=3,7·10 10 Бк).

Естественная радиоактивность. Естественными радионуклидами принято считать такие, которые образовались и постоянно вновь образуются без участия человека.

Естественная радиоактивность обусловлена двумя группами радиоактивных элементов: первичными, которые содержатся в материнских породах и вошли в состав почв, и космогенными – поступающими в почву из атмосферы, образование которых происходит при взаимодействии космического излучения с ядрами стабильных элементов.

Все первичные естественные радиоактивные элементы в основном долгоживущие, с периодом полураспада 10 8 -10 17 лет, возникшие, вероятно, одновременно с образованием Земли. Наибольший вклад в естественную радиоактивность почв вносят радиоактивный изотоп 40 К, на долю которого приходится более 50 % естественной радиоактивности почв, а также кальций (48 Са), рубидий (87 Rb), уран (238 U), радий (226 Ra), торий (232 Th). Главный источник этих элементов в почвах – почвообразующие породы. Они существенно различаются между собой концентрацией естественных радиоактивных элементов.

Наибольший вклад в дозу облучения из большого числа космогенных радиоактивных элементов вносят тритий (3 Н), бериллий (7 Ве, 10 Ве), углерод (14 С, 13 С), фосфор (32 Р, 33 Р), сера (35 S), хлор (35 Сl) и натрий (22 Nа). На естественную радиоактивность почв влияют следующие космогенные изотопы: радиоуглерод (14 С) и тритий (3 Н) – сверхтяжелый изотоп водорода, поступающие в почву из атмосферы. Эти радиоизотопы относятся к сравнительно короткоживущим. У радиоуглерода период полураспада составляет 5760 лет, у трития – 12,3 лет. Поскольку они поступают в почву из атмосферы, то их содержание поддерживается на относительно постоянном уровне.

Всего известно более 300 естественных радионуклидов, присутствие которых в почве определяет ее естественную радиоактивность. Концентрация естественных радионуклидов в природе варьирует в широких пределах. В земной коре из всех радиоактивных веществ больше всего содержится калия (примерно 2,5 %), тогда как содержание урана и тория в десятки и сотни, а радия в миллионы раз меньше по сравнению с содержанием радиоактивного калия (40 К). Этот элемент в природе представлен смесью трех изотопов: 39 К, 40 К и 41 К, два из которых (39 К и 41 К) – стабильные и один (40 К) – долгоживущий радиоактивный, период полураспада которого измеряется сотнями миллионов лет (Анненков Б.Н., Юдинцева Е.В., 1991).

Валовое содержание радионуклидов в почвах зависит, прежде всего, от материнских пород. Максимальная радиоактивность обнаружена у почв, развившихся на кислых магматических породах, чем в почвах, образовавшихся на основных и ультраосновных породах, а наиболее высокая концентрация радионуклидов наблюдается в мелкодисперсной фракции почв – в глинистых частицах. Например, почвы, сформировавшиеся на обогащенных фосфором породах, содержат повышенные концентрации урана.

Покровные и лессовидные суглинки, лессы и ленточные глины содержат в 2-4 раза больше радиоактивных элементов, чем песчаные и супесчаные флювиогляциальные отложения. В почвах, сформировавшихся на элювии карбонатных пород, содержание радиоактивных элементов в несколько раз выше, чем в породах. Эти элементы накапливаются в почве при преобразовании (выветривании) карбонатных пород.

В почвах естественные радиоактивные элементы присутствуют в ультромикроконцентрациях в пределах n10 -4 - n10 -12 %. На земном шаре встречаются районы с повышенным уровнем естественной радиоактивности почв. Естественно-радиоактивные вещества в повышенных концентрациях обнаруживают в местах их добычи, технического использования и захоронения.

Таблица 33

Концентрация основных естественных радиоизотопов в почвах (Ковриго В.П., 2008)

Особенность распределения радиоактивности в вертикальной плоскости (по генетическим горизонтам) зависит от характера почвообразовательного процесса.

В дерново-карбонатных почвах наиболее высокое содержание естественных радионуклидов отмечается в гумусовых горизонтах и постепенно убывает при переходе к почвообразующей породе.

В черноземах, темно-серых лесных, каштановых, полупустынных и пустынных почвах, формирование которых не связано с активным преобразованием и передвижением компонентов твердой фазы, распределение естественных радиоактивных элементов по почвенному профилю отличается слабой дифференциацией. В лесостепных почвах и почвах степных областей профильная дифференциация содержания радиоэлементов совпадает с типичными профильными закономерностями изменений в них гранулометрического состава, оксидов железа и алюминия.

Оподзоливание, осолодение, лессиваж, осолонцевание приводят к выносу естественных радионуклидов из элювиальных (верхних) горизонтов в иллювиальные с последующей аккумуляцией, где концентрация радионуклидов возрастает в 1,5-3 раза по сравнению с почвообразующей породой. Уран осаждается на глеевых барьерах, в связи с чем происходит обогащение этим элементом гидроморфных почв.

Искусственная радиоактивность. В настоящее время известно более 1300 искусственных радионуклидов, из которых наибольшую опасность представляют изотопы 90 Sr, 137 Cs, 144 Ce. Период полураспада у стронция – 28 лет, у цезия – 30 лет. Они отличаются высокой энергией излучения и способны активно включаться в биологический круговорот. Искусственные (техногенные) радионуклиды условно разделены на три группы: радиоактивные продукты деления (наиболее значимые из которых 89 Sr, 90 Sr, 137 Cs, 134 Cs, 131 I, 131 Ce, 144 Ce); продукты наведенной активации (в том числе 54 Мn, 60 Co, 55 Fe. 59 Fe, 65 Zn); трансурановые элементы (среди которых наиболее долгоживущие 237 Np, 239 Np, 239 Pu, 244 Pu, 241 Am, 242 Cm, 243 Cm, 244 Cm).

Искусственная радиоактивность обусловлена поступлением в почву радиоактивных изотопов, образующихся в результате атомных и термоядерных взрывов, в виде отходов атомной промышленности, в результате аварий на атомных предприятиях, внесения фосфорных удобрений (часто содержащих изотопы урана), зольными выбросами тепловых электростанций, работающих на угле и горючих сланцах, содержащих уран, радий, торий, полоний. Радиоэлементы разносятся ветром, дождевыми и талыми потоками, расширяя зоны радиоактивных загрязнений почвенного покрова и природных вод, подвергая радиоактивному облучению живые организмы. При работе АЭС во внешнюю среду поступают интенсивно мигрирующие продукты деления – 90 Sr, 137 Cs, 131 I, а также нуклиды с наведенной активностью – 54 Мn, 60 Co, 65 Zn.

Содержание радионуклидов в почве увеличивается при внесении мелиорантов, органических и минеральных удобрений, содержащих радиоактивные вещества. Так, активность 1 кг фосфорных удобрений составляет: суперфосфата – 120 Бк, обогащенного концентрата – 70 Бк. При средних дозах внесения этих удобрений (60 кг/га) в почву дополнительно вовлекаются радионуклиды, активность которых в 60 кг удобрений равна 1,35· 10 6 Бк. Повышается радиоактивность почвы при известковании за счет 48 Са, концентрация которого в естественной смеси изотопов кальция составляет 0,19 %.

Радиоактивное загрязнение почвы не влияет на уровень плодородия, но приводит к накоплению радионуклидов в продукции растениеводства. Однако с увеличением уровня плодородия концентрация радионуклидов в урожае снижается за счет увеличения биомассы урожая. Усиление антагонизма между ионами радионуклидов и вносимых солей (Са – Sr, К – Cs) препятствует поступлению стронция и цезия в растения.

В настоящее время почва является основным источником поступления радионуклидов в сельскохозяйственную продукцию. (Рекомендации, 1991). Большинство искусственных радионуклидов закрепляется компонентами твердой фазы почвы, благодаря чему они аккумулируются в верхней части почвенного профиля. В почвах легкого гранулометрического состава радионуклиды проникают более глубоко, чем в тяжелых почвах, в результате чего они могут достигать уровня почвенно-грунтовых вод и поступать с ними в речную сеть.

На фиксацию радионуклидов влияют содержание гумуса, гранулометрический и минералогический составы, реакция среды. По мере увеличения содержания органического вещества и степени дисперсности почвенных частиц сорбция 90 Sr усиливается. В сорбции 137 Cs основную роль играют глинистые минералы, особенно иллит, вермикулит. При подкислении среды подвижность искусственных радионуклидов обычно возрастает, а в нейтральных и щелочных почвах снижается. Основное количество стронция и цезия, поступившее в растение, накапливается в их надземной массе, а остальных радионуклидов – в корнях.

В целом наиболее высокая сорбция радионуклидов отмечается у почв тяжелого гранулометрического состава с высоким содержанием гумуса и минералов типа вермикулита, монтмориллонита, гидрослюд. В таких почвах происходит прочное закрепление искусственных радионуклидов компонентами ППК, что предотвращает вовлечение их в миграционные процессы и поступление в растения.

Миграция радионуклидов в почвах протекает медленно, и основное их количество в настоящее время находится в слое 0-5 см. Хозяйственная деятельность человека, в частности перепашка угодий, приводит к достаточно равномерному распределению радионуклидов в пределах пахотного слоя. Вспашка с оборотом пласта обуславливает перемещение радионуклидов в глубь почвы, а внесение удобрений и извести резко снижает поступление их в культурные растения (в 4-5 раз).

Уран, торий и некоторые другие элементы обладают свойством непрерывно и без каких-либо внешних воздействий (т. е. под влиянием внутренних причин) испускать невидимое излучение, которое подобно рентгеновскому излучению способно проникать сквозь непрозрачные экраны и оказывать фотографическое и ионизационное действия.

Свойство самопроизвольного испускания подобного излучения получило название радиоактивности. Элементы, обладающие этим свойством, называются радиоактивными элементами, а испускаемое ими излучение - радиоактивным излучением. Радиоактивные свойства были впервые обнаружены в 1896 г. у урана французским физиком Антуаном Анри Беккерелем (1852-1908).

Открытие радиоактивности произошло вслед за открытием рентгеновского излучения. Испускание рентгеновского излучения впервые было замечено при бомбардировке стеклянных стенок разрядной трубки катодными лучами. Наиболее эффективным результатом такой бомбардировки является интенсивное зеленое свечение стекла, люминесценция (см. том II, § 102). Это обстоятельство навело на мысль, что рентгеновское излучение есть продукт люминесценции и сопровождает всякую люминесценцию, и сопровождает «осужденную светом.

Опытной проверкой этого предположения занялся Беккерель. Он возбуждал люминесцирующие вещества светом, а затем подносил их к обёрнутой в черную бумагу фотопластинке. Испускание проникающего излучения должно было бы обнаружиться по почернению фотопластинки после проявления. Из всех испытанных Беккерелем люминесцирующих веществ почернение пластики сквозь черную бумагу вызывала лишь соль урана. Но при этом оказалось, что образец, предварительно возбужденный сильным освоением, давал такое же почернение, как и невозбужденный образец. Отсюда следовало, что испускаемое урановой солью излучение не связано с люминесценцией, а испускается независимо от внешних воздействий. Этот вывод подтвердился опытами с нелюминесцирующими соединениями урана - они все давали проникающие излучение.

После открытия радиоактивности урана Беккерелем польский и французский физик Мария Склодовская-Кюри (1867-1934), которая основные научные работы выполняла в сотрудничестве со своим мужем Пьером Кюри (1859-1906), исследовала большую часть известных элементов и многие их соединения с целью установить, не обладают ли какие-либо из них радиоактивными свойствами. В своих опытах М. Кюри использовала в качестве признака радиоактивности способность радиоактивных веществ ионизовать воздух. Этот признак гораздо более чувствителен, чем способность радиоактивных веществ действовать на фотопластинку. Ионизующее действие радиоактивного препарата легко обнаруживается с помощью опыта, изображенного на рис. 376 (ср. том II, § 92). Опыты М. Кюри привели к следующим результатам.

Рис. 376. Измерение ионизационного тока: 1 – корпус ионизационной камеры, 2 – электрод, отделенный от 1 изолирующей пробкой 3,4 – изучаемый препарат, 5 – электрометр. Сопротивление . При достаточно высоком напряжении батареи все ионы, образуемые в объеме камеры ионизующим излучением, собираются на электроды, и через камеру точек ток, пропорциональный ионизационному действию препарата. В отсутствие ионизующих агентов воздух в камере является непроводником, и ток равен нулю

1. Радиоактивность обнаруживают не только уран, но и все его химические соединения. Кроме того, радиоактивные свойства были обнаружены еще у одного элемента - тория и у всех его химических соединений.

2. Радиоактивность препарата с любым химическим составом равна радиоактивности чистых урана или тория, взятых в количестве, в котором они содержатся в этом препарате.

Последний результат означает, что свойства молекулы, в состав которой входит радиоактивный элемент, не влияют на радиоактивность. Таким образом, радиоактивность представляет собой не молекулярное явление, а внутреннее свойство атомов радиоактивного элемента.

Помимо чистых элементов и их соединений, Кюри исследовала также различные природные минералы. Радиоактивность минералов оказалась обусловленной присутствием в них урана или тория. При этом, однако, некоторые минералы обнаружили неожиданно большую радиоактивность. Так, урановая смоляная руда давала в четыре раза большую ионизацию, чем содержащийся в ней уран.

Повышенную активность смоляной руды можно было объяснить только примесью неизвестного радиоактивного элемента в количестве настолько малом, что он ускользал от химического анализа. Несмотря на малое содержание, этот элемент испускал больше радиоактивного излучения, чем присутствующий в большом количестве уран. Следовательно, радиоактивность этого элемента должна быть во много раз сильнее радиоактивности урана.

Исходя из этих соображений, Пьер и Мария Кюри предприняли химическое выделение гипотетического элемента из урановой смоляной руды. Контролем успешности проводимых химических операций служила радиоактивность на единицу массы получаемого продукта, которая должна была расти по мере увеличения в нем содержания нового элемента. После нескольких лет напряженной работы действительно удалось получить несколько десятых долей грамма чистого элемента, радиоактивность которого более чем в миллион раз превосходила радиоактивность урана. Элемент этот получил название радий (т. е. лучистый).

По своим химическим свойствам радий относится к щелочно-земельным металлам. Атомная масса его оказалась равной 226. На основании химических свойств и атомной массы радий был помещен в дотоле пустовавшую клетку № 88 периодической системы Менделеева.

Радий является постоянным спутником урана в рудах, но содержится в ничтожных количествах - примерно радия на урана; ввиду этого добыча радия представляет собой весьма трудоемкий процесс. Радий - один из самых редких и дорогих металлов. Он ценится как концентрированный источник радиоактивных излучений.

Дальнейшие исследования Кюри и других ученых значительно расширили число известных радиоактивных элементов.

Все элементы с порядковым номером, превышающим 83, оказались радиоактивными. Они были найдены в виде небольших примесей к урану, радию и торию.

Таким же образом были найдены радиоактивные изотопы элементов таллия , свинца и висмута . Следует отметить, что радиоактивны только редкие изотопы этих элементов, примешанные к урану, радию и торию. Обычные таллий, свинец и висмут нерадиоактивны.

Помимо элементов, образующих коней периодической системы Менделеева, радиоактивными оказались также элементы: самарий, калий, рубидий. Радиоактивность этих элементов слаба и обнаруживается с трудом.





Предыдущая статья: Следующая статья:

© 2015 .
О сайте | Контакты | Карта сайта