Радионуклид

Радионуклид – радиоактивный нуклид, т.е. вид радиоактивных атомов с определенными значениями заряда ядра (атомного номера) Z и массового числа А (массовое число – общее число нуклонов – протонов и нейтронов – в ядре). Для обозначения нуклида используют два способа. В первом из них массовое число нуклида через дефис присоединяют к названию соответствующего химического элемента (например, натрий-22, стронций-90, радон-222, уран-238). Во втором массовое число, отвечающее данному нуклиду, указывают рядом с символом химического элемента слева вверху. Слева внизу указывают атомный номер (заряд ядра) элемента. Для приведенных выше радионуклидов записи будут иметь вид:²²₁₁Na, ⁹⁰₃₈Sr, ²²²₈₆Rn, ²³⁸₉₂U. Так как каждому химическому элементу отвечает строго определенное значение атомного номера, то и без указания атомного номера рядом с символом элемента ясно, какой именно атомный номер отвечает данному элементу. Поэтому обычно при обозначении как стабильного, так и радиоактивного нуклида значение атомного номера обычно опускают, и для их обозначения используют записи типа: ²²Na, ⁹⁰Sr, ²²²Rn, ²³⁸U.

Нуклиды одного элемента называют изотопами. У большинства химических элементов с атомными номерами до 92 имеется как несколько природных нуклидов, так и 8-10 или большее число искусственно полученных радионуклидов. У искусственно полученных  элементов с атомными номерами 93 и больше известно от 1-2 до 10-15 радионуклидов.

Каждому радионуклиду отвечает определенный тип радиоактивного распада. Если радиоактивный распад сопровождается вылетом из исходного ядра α-частицы (ядра гелия-4), то такой радиоактивный распад называют α-распадом. При этом массовое число материнского ядра уменьшается на 4 единицы, а атомный номер – на 2 единицы, и, например, при α-распаде ядер радона-222 образуются ядра элемента с атомным номером 84 (ядра полония) и с массовым числом 222-4 = 218: ²²²Rn → ²¹⁸Ро+ ⁴Не.

Радиоактивный распад может сопровождаться испусканием электронов e^- (β^-- частиц) или позитронов e⁺ (β⁺- частиц). Испускание из ядра электрона связано с превращением в нем одного из нейтронов в протон р и электрон e^-. При этом массовое число сохраняется, а заряд ядра возрастает на 1: ⁹⁰₃₈Sr → ⁹⁰₃₉Y + e^-. Когда из ядра вылетает позитрон e⁺, протон в ядре превращается в нейтрон n, и заряд ядра уменьшается на 1: ²²₁₁Na → ²²₁₀Ne + e⁺.

В большинстве случаев как α-, так и β-распад сопровождается испусканием квантов электромагнитного излучения довольно высокой энергии (γ-квантов). При испускании γ-квантов ни заряд ядра, ни массовое число ядра не изменяется; само по себе испускание ядром γ-квантов к радиоактивному распаду не относят.

Общее число известных к настоящему времени как стабильных, так и радиоактивных ядер превышает 5000. Систематизацию всех нуклидов чаще всего осуществляют в виде таблицы, разработанной в середине ХХ века учеными Карлсруэ (Германия) В.Зеелманн-Эггебертом, Г.Пфеннингом, Г.Мюнцелем и Г.Клеве-Небениусом. Эту таблицу часто называют «Нуклидкартой Карсруэ».

Радиоактивный распад ядер разных нуклидов происходит с различной скоростью. Для характеристики скорости радиоактивного распада того или иного радионуклида используют значение периода полураспада T_½ – время, за которое начальное число ядер радионуклида уменьшается в 2 раза. Для каждого радионуклида значение T_½  постоянно и не зависит от давления, температуры, химической формы атомов и др. факторов  (исключение составляют только радионуклиды, распадающиеся с испусканием позитронов). Самые большие значения периодов полураспада, которые удается экспериментально зафиксировать, составляют 10¹³ -10¹⁴ лет. Наименьшие значения периодов полраспада, которые можно определить в настоящее время, составляют 10^-9 -10^-8 с).

Период полураспада связан с важной характеристикой устойчивости каждого радионуклида – постоянной распада λ – через соотношение T_1/2  λ = ln 2. Если размерность постоянной распада λ сек^-1, то общее число атомов радионуклида N, имеющееся в данный момент времени, связано с числом актов радиоактивного распада, происходящих в данном препарате за 1 с, через соотношение a = λ N. Значение а называют радиоактивностью препарата (или просто его активностью). Единица радиоактивности в СИ – 1 беккерель (1Бк). 1 Бк отвечает активности препарата, в котором за 1 с происходит 1 распад ядер.

Радионуклиды можно подразделить на природные и искусственно полученные. Природные радионуклиды – это, во-первых, радионуклиды с большими T_1/2 (радионуклиды ⁴⁰К, ²³²Th, ²³⁵U, ²³⁸U и некоторые другие). Во-вторых, это сравнительно быстро распадающиеся радионуклиды, возникающие при радиоактивном распаде долгоживущих природных радионуклидов тория-232, урана-235 и урана-238 (члены так называемых радиоактивных рядов ториz-232, урана-235 и урана-238). В-третьих, это радионуклиды, постоянно образующиеся в атмосфере Земли и на ее поверхности в результате ядерных реакций, обусловленных попаданием на Землю космического излучения. К числу таких радионуклидов относится, в частности, углерод-14, образующийся при взаимодействии быстрых нейтронов с ядрами азота-14.

В настоящее время важное внимание уделяется выявлению особенностей миграции радионуклидов в атмосферном воздухе, в воде рек и морей, по поверхности земли и влиянию этих радионуклидов как на отдельные живые организмы, так и на их сообщества. Этими вопросами занимается бурно развивающаяся в настоящее время радиоэкология.