Radioaktiiviset hajoamissarjat

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

Nykyisin kaikista nuklideista käytetään alkuaineen nimeä, johon lisätään nuklidin massaluku. 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)

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

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)

Uraani- eli radiumsarjaan kuuluvat seuraavat nuklidit:^[1]

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	U_II	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	radium C	RaC	β^- 99,98 % α 0,02 %	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)

Aktiniumsarjaan kuuluvat seuraavat nuklidit:^[1]

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)

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

nuklidi	hajoamistapa	puoliintumisaika	luovutettu energia, MeV	hajoamistuote
²⁴¹Pu	β^-	14,4 a	0,021	²⁴¹Am
²⁴¹Am	α	432,2 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	—	—

Lähteet

↑ ^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.
↑ ^a ^b ^c ^d ^e Leena Lahti: ”Radioaktiiviset sarjat”, Kvanttifysiikka. Gaudeamus, 1977. ISBN 951-662-086-8
↑ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g ”Radioaktiiviset aineet”, Iso tietosanakirja, 10. osa (Renqvist–Sielutiede), s. 913–915. Otava, 1936.
↑ Mendelejev ennusti protaktiniumin. Helsingin Sanomat, 25.10.2005. Artikkelin verkkoversio. (Arkistoitu – Internet Archive)

Aiheesta muualla

Kuvia tai muita tiedostoja aiheesta Radioaktiiviset hajoamissarjat Wikimedia Commonsissa

[stuk-1] 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.

[Lahti-2] Leena Lahti: ”Radioaktiiviset sarjat”, Kvanttifysiikka. Gaudeamus, 1977. ISBN 951-662-086-8

[IsoTieto-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. (Arkistoitu – Internet Archive)

[1]

[2]

[3]

[4]