Радиобиология (стр. 6 )

ной планеты.

Кстати, это имя в древнегреческой мифологии носил бог неба, супруг Геи (Земли), отец титанов, циклопов и сторуких исполинов, который был свергнут собственным сыном Кроносом.

Более пятидесяти лет «уран Клапрота» считался

М. Клапрот () металлом. И только в 1841 г. французский ученый

Эжен Пелиго доказал, что, несмотря на характерный металлический блеск, «уран Клапрота» не чистый элемент, а его окисел - UO2. В металлическом состоянии уран был получен Пелиго при восстановлении хлорида урана (UCl4) металлическим калием.

2). семейство урана-235 (92U235) приведено в таблице 9. Иногда используется еще одно название - семейство актиноурана (89Ac227).

Таблица 9. Радиоактивное семейство урана-235

Химический элемент	Атомная масса	Тип распада	Период полураспада
Уран	235	α	7,04 млн. лет
Торий	231	β-	25,5 часа
Протактиний	231	α	3,28 .104 лет
Актиний	227	α	21,7 года
Торий Франций	227 223	α α	18,2 сут 22 мин
Радий Астат	223 219	α β-	11,4 сут 0,9 мин
Полоний	215	α	1,8 .10-3 сек
Астат Свинец	215 211	α α	10-4 сек 36,1 мин
Висмут	211	α	2,16 мин
Таллий Полоний	207 211	α α	4,77 мин 0,52 сек
Свинец	207	Стабилен	-

Следующий важный шаг в изучении урана был сделан в 1874 году выдающимся русским химиком Дмитрием Ивановичем Менделеевым. Опираясь на разработан -

ную им периодическую систему, он разместил уран в самой дальней клетке своей таблицы. Прежде атомный вес урана считали равным 120. Великий химик удвоил это значение. И, как оказалось, он был совершенно

прав.

()

Через 12 лет гениальное предвидение Менделеева было подтверждено опытами немецкого химика Иоганна Циммермана.

«Для меня лично, – писал позже Дмитрий Иванович, – уран весьма знаменателен уже потому, что играл выдающуюся роль в утверждении периодического закона, так как перемена его атомного веса вызвана была признанием закона и оправдана действительностью, а для меня (вместе с атомными весами Ce и Be) служила пробным камнем общности периодического закона».

Длительное время уран представлял интерес только для узкого круга химиков и находил ограниченное применение для производства красок и стекла. Но с момента открытия в 1896 г. А. Беккерелем радиоактивности урана началась промышленная переработка урановых руд с целью его извлечения и использования в научных исследованиях и медицине. С 1942 года, после открытия явления деления ядер (1939 г.), его изотопы стали применяться в качестве основного ядерного топлива.

В природе уран – характерный элемент гранитного слоя и осадочной оболочки земной коры. Его среднее содержание в земной коре составляет по массе 2,5·10-4 %. В кислых изверженных породах его удельный вес не превышает 3,5·10-4 %, в глинах и сланцах - 3,2·10-4 %, а в основных породах - 5·10-5 %.

Уран достаточно энергично мигрирует в холодных и горячих, нейтральных и щелочных водах в форме простых и комплексных ионов, особенно в форме карбонатных комплексов. При этом важную роль в геохимии урана играют окислительно-восстановительные реакции, поскольку его соединения, как правило, хорошо растворимы в водах с кислой средой и плохо растворимы в водах со щелочной средой (например, сероводородных).

Всего известно около 100 урановых минералов, из которых только 12 представляют практический интерес. Наибольшее промышленное значение имеют окислы урана – уранинит и его разновидности (настуран и урановая чернь), а также силикаты – коффинит, титанаты – давидит и браннерит; водные фосфаты и арсенаты уранила – урановые слюдки.

На сегодняшний день основным топливом для атомных станций является уран, а точнее - его 235-й изотоп. По распространенности в земной коре уран можно сравнить с цинком. Его концентрация в среднем составляет 0,00014%.

Но в урановой руде, используемой для промышленного производства урана, его концентрация может достигать 2%. Наибольшими мировыми запасами обладает Австралия (табл. 10).

Таблица 10. Распределение природных запасов урана в мире, тыс. т*

Страны	U3O8	В % к мировым запасам
Австралия	889	27
Казахстан	558	17
Канада	511	15
Южная Африка	354	11
Намибия	256	8
Бразилия	232	7
Россия	157	5
США	125	4
Узбекистан	125	4
Всего в мире	3340	-

* - по данным Uranium Information Center

Доля Австралии в мировой добыче урана возросла с 1% (365 т) в 1977 г. до 22% (7579 т) в 2000 г., так что теперь эта страна занимает второе место после Канады. Сама Австралия уран не потребляет; а весь добываемый металл экспортируется в страны Северной Америки, Ближнего Востока и Европы, где он используется в качестве топлива на атомных электростанциях. В последнее время появились сообщения о том, что к 2028 г. Казахстан намерен довести производство урана с 2,5 до 15 тыс. т в год, что сделает его крупнейшим производителем урана в мире. С 2001 г. начата разработка трех месторождений урана, расположенных в Южно-Казахстанской и Кзыл-Ордынской областях, общие запасы которых составляют примерно 53 тыс. т урана.

В ходе геологической истории содержание урана в земной коре уменьшилось за счёт радиоактивного распада; с этим процессом связано накопление в земной коре атомов свинца. Радиоактивный распад изотопов урана играет важную роль в энергетике земной коры, являясь существенным источником глубинного тепла.

3). семейство тория-232 (90Th232).Торий был открыт в 1828 г. шведским химиком Йенсом Берцелиусом в одном из редких минералов горных пород Норвегии. Свое название он получил в честь Тора - всемогущего древнескандинавского бога войны.

Кстати, именно Й. Берцелиус в 1813 г. предложил обозначать химические элементы начальной или на-

чальной и одной из последующих букв их латинского названия. Чистый препарат тория был получен лишь

в 1882 г. другим известным шведским химиком Лар-

Й. Берцелиус () сом Нильсоном, ставшим первооткрывателем скандия.

Следующее важное событие в истории элемента № 90 произошло в 1898 году, когда независимо друг от друга и практически одновременно Мария Склодовская-Кюри и немецкий ученый Герберт Шмидт обнаружили, что торий радиоактивен. Склодовская-Кюри отметила тогда же, что активность чистого тория даже выше активности урана.

Торий приблизительно в три раза более распространен в земной коре, чем уран и представляет собой характерный элемент верхней части земной коры (гранитного слоя и осадочной оболочки), где его удельное содержание в среднем составляет соответственно 1,8·10-3 и 1,3·10-3 %. В таблице 11 приведен радиоактивный ряд изотопов семейства тория-232.

Таблица 11. Радиоактивное семейство тория-232

Химический элемент	Атомная масса	Тип распада	Период полураспада
Торий	232	α	13,9 млрд. лет
Радий	228	β-	6,7 года
Актиний	228	β-	6,13 часа
Торий	228	α	1,9 года
Радий	224	β-	3,64 сут
Радон	220	α	51,5 сек
Полоний	216	α	0,145 сек
Свинец Астат	212 216	β- α	10,6 часа 3.10-4 сек
Висмут	212	α	60,5 мин
Полоний Таллий	212 208	α β-	3.10-7 сек 3,1 мин
Свинец	208	Стабилен	-

Торий представляет собой серебристо-белый металл с удельной плотностью 11,7 г/см3. Его температуры плавления и кипения соответственно равны

1750 и °С.

В природных водах тория содержится особенно мало: в пресной воде –

2.10-9 %, а в морской - только 1.10-9 %. Он очень слабо мигрирует в биосфере и гидротермальных растворах. В основном он участвует в магматических процессах, накапливаясь в гранитах, щелочных породах и пегматитах. Способность к концентрации слабая.

Основной промышленный источник тория — морские и континентальные монацитовые россыпи. Известно 12 собственных ториевых минералов. В частности он содержится в монаците, уранините, цирконе, апатите, ортите и других.

Характерным свойством естественных радиоактивных семейств является образование одного из очень токсичных газообразных изотопов. Это: радон (86Rn222) - в семействе урана-238, торон (86Rn220) - в семействе тория-232 и актинон (86Rn219) - в семействе урана-235.

В книге Парацельса «Uber die Bergsuсht und andere Bergkrankeiten», изданной еще

в 1567 г., было описано загадочное заболевание горняков, позже получившее название «шнеебергская легочная болезнь». В середине XIX века его идентифицировали как рак легких. Лишь в наше время удалось выяснить, почему у шахтеров он возникал в десятки раз чаще, чем у остального населения. Заболевание оказалось связанным с радиоактивным газом радоном и короткоживущими продуктами его распада, накапливающихся в воздухе плохо вентилируемых шахт.

Концентрация этих инертных радиоактивных газов в приземном воздухе зависит от состава подстилающих пород Земли, погодных и других факторов и в большинстве случаев колеблется в пределах от 5•10-12 до 5•10-13 Ки/л для радона и от 1•10-13 до 3•10-14 Ки/л - для торона.

Конечным продуктом распада во всех трех семействах является один из стабильных изотопов свинца: Pb206 - в семействе U238, Pb207 - в семействе U235 и Pb208 - в семействе Th232.

С момента получения искусственных радиоизотопов было выделено еще одно семейство. Его родоначальником является изотоп 93Np237. Радиоактивный ряд нептуния-237 представлен в таблице 12.

Таблица 12. Радиоактивное семейство нептуния-237

Химический элемент	Атомная масса	Тип распада	Период полураспада
Нептуний	237	α	2,14 млн. лет
Протактиний	233	β-	27 сут
Уран	233	α	1,6 .105 лет
Торий	229	α	7340 лет
Радий	225	β-	14,9 сут
Актиний	225	α	10 сут
Франций	221	α	4,8 мин
Астат	217	α	32 мсек
Висмут Висмут	213 213	α β-	46 мин
Полоний Таллий	213 209	α β-	4 мксек 2,2 мин
Свинец	209	β-	3,25 час
Висмут	209	Стабилен	-

Нептуний был первым из открытых трансурановых элементов и назван в честь планеты Нептун. В виде изотопа Np239 он впервые был получен Эдвином Макмилланом и Филиппом Эйблсоном (Абельсоном) в 1940 г. в Калифорний-

ском университете (г. Беркли) при бом-

Э. Макмиллан () бардировке ядер урана нейтронами.

Нептуний-237 получают как побочный продукт при производстве плутония в ядерных реакторах. Следовые количества нептуния обнаружены в при-

роде как результат реакций трансмутации в урановых рудах, вызываемых нейтронами, которые образуются в результате природного процесса деления урана. Конечным продуктом его распада является висмут-209 (83Bi209).

Элементарный нептуний - это ковкий, сравнительно мягкий металл с серебристым блеском плотностью около 20,5 г/см3 и температурами плавления 640°С и кипения 3902°С. По химическим свойствам он во многом сходен с ураном и плутонием. Весомые количества изотопа Np237 образуются в качестве побочного продукта при производстве плутония в атомных реакторах за счёт ядерных реакций урана с нейтронами. Нептуний используется в основном для научно-исследовательских целей.

3.3. Сущность ядерной реакции

В 1919 г. Эрнест Резерфорд впервые искусственным путем превратил один элемент в другой. Для этого он облучил атомы N14 α-лучами одного из изотопов полония. В результате этого образовались один из изотопов кислорода и ядро водорода (протон):

7N14 + 2He4 → 8O17 + 1H1

Эта реакция сопровождалась поглощением энергии, поскольку масса ее продуктов – кислорода и катиона водорода – несколько превышала массу компонентов, вступавших в реакцию.

Выделение же ядерной энергии впервые удалось осуществить в 1932 году английскому физику Джону Кокрофту и ирланд-