Pochodzenie pierwiastków
-4
0
4
8
12
0 20 40 60 80liczba atomowa
log
(N)
[Si =
6] H
He
BBe
Li
O
N
C
Th
U
Rozpowszechnienie pierwiastków w Układzie Słonecznym
1. Lekkie (N<30) pierwiastki dominują.2. Pierwiastki o parzystych liczbach
atomowych są bardziej rozpowszechnione niżte o liczbach nieparzystych.
Przyczyny: przebieg nukleosyntezy.
Nukleosynteza
1. Podczas „Wielkiego Wybuchu” powstały protony i neutrony, a z nich następujące (stabilne) jądra: 1H, 2H, 3He, 4He, 7Li.
2. Jądra cięższe niż 7Li powstają w gwiazdach w wyniku reakcji syntezy jądrowej. Synteza jąder pierwiastków cięższych niż Fe wymaga energii.
3. Jądra cięższe niż Fe powstają w wyniku reakcji wychwytu neutronów we wnętrzach gwiazd lubpodczas wybuchów supernowych.
Energia wiązania
Energia wiązania na nukleon [MeV]
Liczba masowa jądra
Powstanie Układu Słonecznego i Ziemi
Układ Słoneczny powstał przed 4,6 miliardów lat z materii pozostałej po wybuchu supernowej.
Pierwotna Ziemia była bardzo gorąca i pozbawionaatmosfery. Ciepło pochodziło z energii grawitacyjnej oraz z rozpadu radionuklidów.
Ochłodzenie Ziemi i spowolnienie bombardowania przez meteoryty umożliwiły pojawienie się ciekłej wody 3,8 mld. lat temu.
Gazy, oprócz N2, rozpuściły się w pierwotnym oceanie tworząc kwasy zneutralizowane przez wietrzenie.
Geochemia radionuklidów
Większość najważniejszych naturalnie występujących w środowisku radionuklidów to, z chemicznego punktu widzenia, metale.
1 H
2 He
3 Li
4 Be
5 B
6 C
7 N
8 O
9 F
10 Ne
11 Na
12 Mg
13 Al.
14 Si
15 P
16 S
17 Cl
18 Ar
19 K
20 Ca
21 Sc
22 Ti
23 V
24 Cr
25 Mn
26 Fe
27 Co
28 Ni
29 Cu
30 Zn
31 Ga
32 Ge
33 As
34 Se
35 Br
36 Kr
37 Rb
38 Sr
39 Y
40 Zr
41 Nb
42 Mo
43 Tc
44 Ru
45 Rh
46 Pd
47 Ag
48 Cd
49 In
50 Sn
51 Sb
52 Te
53 I
54 Xe
55 Cs
56 Ba
57 La
72 Hf
73 Ta
64 W
75 Re
76 Os
77 Ir
78 Pt
79 Au
80 Hg
81 Tl
82 Pb
83 Bi
84 Po
85 At
86 Rn
87 Fr
88 Ra
89 Ac
104 Rf
105 Ha
58 Ce
59 Pr
60 Nd
61 Pm
62 Sm
63 Eu
64 Gd
65 Tb
66 Dy
67 Ho
68 Er
69 Tm
70 Yb
71 Lu
90 Th
91 Pa
92 U
93 Np.
94 Pu
95 Am
96 Cm
97 Bk
98 Cf
99 Es
100 Fm
101 Md
102 No
103 Lw
Większość metali jest transportowanych w środowiskach wodnych w formie kompleksów
Kompleks – związek kationu z anionem lub obojętną cząsteczkąwystępujący w formie rozpuszczonej.
przykłady
3-3
4333
UOH,AgS ,HCO
MgSO ,CaHCO ,CaCO ,NaHCO
Kompleksy metali
Stężenie metali w wodach jest zwykleznacznie mniejsze niż wynikałoby z ich rozpuszczalności. Przyczyną jest silna adsorpcja na:
- wodorotlenkach i uwodnionych tlenkach Fe i Mn.
- krzemianach i węglanach- materii organicznej
Adsorpcja – desorpcja
Geochemia uranu i toru
Uran i tor:Koncentrują się w górnej części
skorupy kontynentalnej, w skałach magmowych, zwłaszcza w granitach.
W środowiskach wodnych: U występuje w formie łatwo rozpuszczalnego kompleksu uranylowego [UO2]2+, Th jest trudniej rozpuszczalny.
Występowanie U i Th w różnych środowiskach [ppm]
U Th
Bazalty dna oceanicznego
0,1 0,2
Granity 4,2 20
Boksyty 11 50
Fosforyty 50 - 300 1 - 5
Woda morska 3 10-3 2 10-7
Woda rzeczna 10-3 10-5
Geochemia potasu
Potas koncentruje się w górnej części skorupy kontynentalnej, zwłaszcza w trudno wietrzejących minerałach.Wynika stąd jego małe stężenie w wodach.
Jest bardzo ważny dla organizmów żywych, zwłaszcza dla roślin.
Produktem rozpadu 40K jest 40Ar – stąd duże stężenie argonu w atmosferze
Geochemia radionuklidów
Nie-metalami są 14C i 3H.
14C bierze udział w globalnym obiegu węgla a 3H w globalnym obiegu wody.Procesy te warunkują rozpowszechnienie obydwu kosmogenicznych radionuklidów w środowisku.
Podział radionuklidów występujących na Ziemi
Na Ziemi występuje ponad 60 spośród ponad1500 znanych radionuklidów:
• pierwotnewytworzone przed powstaniem Ziemi
• wtórne powstające w wyniku oddziaływania ziemskiej materii z promieniowaniemkosmicznym
• wytworzone przez człowiekawystępują w niewielkich ilościach w porównaniu z naturalnymi nuklidami
Inny podział radionuklidów
Biorąc pod uwagę wiek Ziemi (4,6 mld lat) radionuklidy występujące naturalnie muszą należeć do jednej z trzech grup:
• o dostatecznie długim czasie rozpadu, np. 238U
• będące produktami rozpadu nuklidów długożyciowych, 222Rn
• produkty reakcji jądrowych, np. 14C
Radionuklidy pierwotne
nuklid T1/2aktywność
235U 7,04 x 108 lat 0,72%238U 4,47 x 109 lat 99,2745%, kilka
ppm w skałach232Th 1,41 x 1010 lat Ok. 10 ppm w
skorupie ziemskiej226Ra 1,60 x 103 lat 16 – 48 Bq/kg w
skałach222Rn 3,82 dni ~ 1 – 10 Bq/m3 w
powietrzu40K 1,28 x 109 lat do 1 Bq/g w
glebach
Niektóre inne radionuklidy pierwotne:
50V, 87Rb, 113Cd, 115In, 123Te, 138La, 142Ce, 144Nd, 147Sm, 152Gd, 174Hf, 176Lu, 187Re, 190Pt, 192Pt, 209Bi.
Naturalne szeregi promieniotwórcze
Łańcuchy nuklidów powstających w wynikuspontanicznych przemian jądrowych z określonego, naturalnie występującego, prekursora. Zakończone trwałymi izotopamiołowiu:
• aktynowy: 235U – 207Pb• torowy: 232Th – 208Pb• uranowy: 238U – 209Pb
Szereg aktynowy
Szereg torowy
Szereg uranowy
Szereg neptunowy (wygasł)
Produkty rozpadu radonu 222
205206207208209210211212213214215216217218219220221222
81 82 83 84 85 86
liczba a tom owa
mas
a at
omow
a
Rn-222
Pb-214 Po-214
Pb-210
Pb-206
Bi-214
Po-210Bi-210
Po-218
3,8 d
27 m
3 m
20 m 180 s
22 l 5 d 138 d
Promieniowanie kosmiczne
Elektrony, protony, promieniowanie , jądrao pochodzeniu pozaziemskim –ze Słońca (głównie protony i jądra helu),z odległych obszarów galaktyki.
Cząstki promieniowania kosmicznego oddziałując z materią atmosfery wywołująwiele reakcji jądrowych
Promieniowanie kosmiczne
Pierwotne promieniowanie kosmiczne
Oddziaływania z cząstkami powietrza
Kaskadahadronowa
Składowa mionowa,neutrina
Składowa hadronowa,fragmenty jąder
Składowa elektromagnetyczna
PromieniowanieCzerenkowa i fluoroscencyjne
Radionuklidy kosmogeniczne
~ 0,01oddziaływania prom. kosm. z N i O
53 dni7Be
~ 1 Bq/l w wodzie opadowej
Oddziaływania prom. kosm. z N i O, spallacja, 6Li(n,)3H
12,3 lat3H
0,22 Bq/g w materii organicznej
14N(n,p)14C5730 lat14C
naturalna aktywność
źródłopółokres
rozpadu
nuklid
Radionuklidy kosmogeniczne
10Be, 26Al, 36Cl, 80Kr, 32Si, 39Ar, 22Na, 35S, 37Ar, 33P, 32P, 38Mg, 24Na, 38S, 31Si, 18F, 39Cl, 38Cl, 34mCl.
Niektóre inne radionuklidy kosmogeniczne
Radionuklidy antropogeniczne
nuklid Półokres rozpadu
źródło
3H 12,3 a Próby jądrowe, reaktory jądrowe, przeróbka paliwa, produkcja broni jądrowej, przedmioty codziennego użytku
131I 8,03 d Produkt rozszczepienia podczas wybuchów jądrowych i w reaktorach, testy tarczycy
129I 1,57 x 107 a
Produkt rozszczepienia podczas wybuchów jądrowych i w reaktorach
Radionuklidy antropogeniczne
nuklid półokres rozpadu
źródła
137Cs 30,17 r Produkt rozszczepienia podczas wybuchów jądrowych i w reaktorach
90Sr 28,78yr Produkt rozszczepienia podczas wybuchów jądrowych i w reaktorach
99Tc 2,11 x 105 r
Testy medyczne
239Pu 2,41 x 104 r
238U + n--> 239U--> 239Np +ß--> 239Pu+ß
Zawartość radionuklidów w glebie (106 m3)
nuklid aktywność
właściwa
masa aktywność
238U 25 Bq/kg 2700 kg
38 GBq
232Th 40 Bq/kg 15 000 kg
64 GBq
40K 400 Bq/kg 2500 kg
610 GBq
226Ra 48 Bq/kg 2,5 g 77 GBq222Rn 10 kBq/m3 13 g 9 GBq
Razem ok. 800 GBq
Aktywności radionuklidów w w wodzie morskiej
nuklid
238U
40K
3H
14C87Rb
aktywność
właściwa
33 mBq/l
11 Bq/l
0,6 mBq/l
5 mBq/l
1,1 Bq/l
Radionuklidy w żywności
Wszelka żywność zawiera naturalne radionuklidy, przede wszystkim są to 40K, 226Ra i 238U oraz ich produkty rozpadu
Radionuklidy w żywności
pokarm 40K [pCi/kg]
226Ra [pCi/kg]
banany 3520 1
orzechy brazylijskie
5600 1000 - 7000
marchew 3400 0,6 – 2,0
ziemniaki 3400 1 - 25
piwo 390 ---
czerwone mięso
3000 0,5
fasola 4640 2 - 5
woda pitna --- 0 – 0,17
Radionuklidy w ludzkim ciele
Nu -klid
Zasób w ciele
Aktywn. w ciele
Dzienna dawka
238U 90 g 1,1 Bq 1,9 g
232Th 30 g 0,11 Bq 3 g
40K 17 mg 4,4 kBq 0,39 mg
226Ra 31 pg 1,1 Bq 2,3 pg
14C 22 ng 3,7 kBq 1,8 ng
3H 0,06 pg 23 Bq 0,003 pg
210Po 0,2 pg 37 Bq 0,6 g
Radionuklidy w materiałach budowlanych
ppm mBq/g ppm mBq/g ppm mBq/g
granit 4,7 63 2 8 4,0 1184
piaskowiec 0,45 6 1,7 7 1,4 414
cement 3,4 46 5,1 21 1,8 237
beton wapienny
2,3 31 2,1 8,5 0,3 89
beton piaskowcowy
0,8 11 2,1 8,5 1,3 385
płyta gipsowa
1,0 14 3 12 0,3 89
gips odpadowy
13,7 186 16,1 66 0,02 5,9
gips naturalny
1,1 15 1,8 7,4 0,5 48
drewno - - - - 11,3 3330
cegła 8,2 111 10,8 44 2,3 666
Uran Tor Potas
Ciepło radiogeniczne
Energia kinetyczna produktów rozpadów promieniotwórczych zachodzących we wnętrzu Ziemi zamieniana jest w ciepło.
Ciepło to pochodzi z rozpadu wszystkich radionuklidów, ale tylko 238U, 235U, 232Th i 40K dają istotne ilości ciepła.
Produkcja ciepła radiogenicznego zależy od stężeń U, Th i K w danej skale:
A [µW/m3] = 10-5 (9.52 cU + 2.56cTh +
3.48cK)
Strumień ciepła radiogenicznego na powierzchni Ziemi wynosi około kilkudziesięciu mW/m2.
Naturalny reaktor jądrowy w Oklo
W złożach rud uranu w Oklo, w Gabonie odkryto pozostałości naturalnych reaktorów jądrowych, które były aktywne przed 2 miliardami lat.
Splot warunków geologicznych i hydrogeologicznych umożliwił funkcjonowanie reaktorów o mocy 15 109 W przez około 1 mln. lat.
Monacyt
(Ce,La,Nd,Th)PO4
Największe nagromadzenia piasków monacytowych znane są z Brazylii, Indii,Florydy, Chin. Naturalna promieniotwórczość (dawki) są tam kilkaset razy większe niż normalnie.
Top Related