2. Полуостров трансуранов.
Радиоактивные семейства урана и тория

    Самыми тяжелыми стабильными изотопами являются изотопы свинца ^{204,206,207,208}Pb (Z = 82) и висмута ²⁰⁹Bi (Z = 83), расположенные вблизи магических чисел Z = 82, N = 126. Все изотопы с Z > 83 являются радиоактивными (рис. 2). Среди этих изотопов относительно высокую распространенность на Земле имеют изотопы тория Th (Z = 90) и урана U (Z = 92), которые сохранились на Земле с момента образования Солнечной системы. В табл. 1 приведены периоды полураспада и процентное содержание в естественной смеси наиболее долгоживущих изотопов тория и урана. Все химические элементы тяжелее урана, трансураны, получены на Земле искусственно в различных ядерных реакциях.

Таблица 1: Долгоживущие тяжелые изотопы урана U и тория Th

    Наиболее долгоживущие изотопы элементов с Z ~ 83 − 89 являются α-излучателями. Легкие изотопы распадаются в результате β⁺-распада, тяжелые − в результате (β⁻-распада. В естественных условиях некоторые из этих изотопов наблюдаются как продукты распада более долгоживущих изотопов урана или тория.
    Периоды полураспада наиболее долгоживущих изотопов Z = 83 − 89 не превышают 2·10³ лет. Изотопы тория и урана образуют полуостров стабильности − группу долгоживущих изотопов, окруженную "морем радиоактивности"относительно короткоживущих изотопов (рис. 2).

Рис. 2. Периоды полураспада (верхняя шкала) тяжелых ядер в зависимости от чисел протонов и нейтронов [25]. Образование Острова стабильности сверхтяжелых элементов обусловлено влиянием оболочки Z = 114 и N = 184

Выделенность изотопов Th и U обусловлена их большим периодом полураспада, сравнимым со временем существования Земли. Для обозначения таких ядер существует специальный термин − Primordial Nuclide. Так как, с одной стороны, времена жизни таких ядер велики по сравнению с земными масштабами времен, а, с другой стороны, эти ядра все же нестабильны, они являются источником существования целой группы ядер, расположенных между ураном и свинцом. Значительное число изотопов с массовыми числами А = 210 − 234, обнаруженных на Земле, но имеющих времена жизни значительно меньше, чем время существование Земли, обязаны своим происхождением радиоактивным семействам урана и тория. На рис. 3 показано радиоактивное семейство ²³⁵U, включающее в себя цепочку радиоактивных изотопов до свинца ²⁰⁷Pb. Родоначальниками остальных трех радиоактивных семейств являются изотопы уран ²³⁸U, торий ²³²Th и нептуний ²³⁷Np (Т_1/2 = 2.1·10⁶ лет). Семейство ²³⁷Np в настоящее время распалось, так как период полураспада ²³⁷Np − родоначальника этого семейства, − существенно меньше возраста Земли.

Рис.3. Радиоактивный ряд актиния 4n + 3. Для промежуточных изотопов указаны периоды полураспада, моды и энергии распада (в МэВ). Данные из [27, 28]