Радиоактивные свойства минералов и горных пород. Общие сведения

К основным радиационным (ядерно-физическим, радиоактивным) свойствам минералов и горных пород относятся: естественная радиоактивность, поглощение и рассеяние внешних излучений (γ-лучей, нейтронов и других частиц).
Естественная радиоактивность представляет собой самопроизвольное превращение нестабильных ядер в другие ядра, более устойчивые. Эти превращения не зависят от внешних условий, происходят с постоянной скоростью и сопровождаются испусканием элементарных частиц или ядер, а также жестким электромагнитным излучением. Радиоактивный распад атомов приводит к изменению строения, состава и энергии ядер. Основными характеристиками излучения являются вид излучения, способность к ионизации среды, период полураспада.
Как известно, при радиоактивном распаде происходит излучение α-, β-частиц и γ-лучей. Альфа-частицы представляют собой положительно заряженные ядра атомов гелия, состоящие из двух протонов и двух нейтронов. Бета-частицы — это поток электронов или позитронов, вылетающих из ядра с различной скоростью. Гамма-лучи (γ-излучение) — это очень короткие электромагнитные волны, длина которых для естественных радиоактивных элементов изменяется в пределах 1,2∙10в-10 — 4,7∙10в-13 м.
Имея большую скорость и начальную энергию, лишенные заряда γ-кванты обладают большой проникающей способностью. Пучок γ-лучей от ядерного взрыва ослабляется в 2 раза при толщине стали 3 см, бетона 10 см, грунта 14 см, дерева 30 см.
Для оценки интенсивности радиоактивного излучения пользуются единицей радиоактивности — беккерелем (Бк). Беккерель соответствует активности источника, в котором за 1 с происходит 1 акт распада и имеет размерность св-1. Единицей массовой или удельной радиоактивности является в СИ — беккерель на килограмм (Бк/кг).
Все естественные и искусственные радиоактивные элементы и изотопы распадаются с различной скоростью. Закон радиоактивного распада ядер устанавливает зависимость между количеством распадающихся и имеющихся атомов. В дифференциальной форме эта зависимость выражается формулой:

где dN — число распадающихся атомов за время dt; λ — постоянная радиоактивного распада.
Кроме постоянной распада λ, важнейшей характеристикой радиоактивных веществ является период полураспада Т1/2 — время, за которое количество радиоактивных атомов убывает наполовину. Его значения для разных элементов лежат в широких пределах — от долей секунды до миллиардов лет.
Среди всех встречающихся в природе радиоактивных изотопов наибольший интерес представляют радиоактивные изотопы тяжелых элементов урана 238U92, актиноурана 235U92 и тория 232Тh90, которые испытывают многократные последовательные превращения в результате излучения α- и β-частиц и образуют так называемые радиоактивные ряды или семейства. По наименованию начального элемента различают ряды урана, тория и актиноурана. Каждый ряд включает 15—18 радиоактивных изотопов и заканчивается образованием устойчивых изотопов свинца.

---