Естественная радиоактивность

    Естественная радиоактивность обусловлена радиоактивными изотопами (нуклидами) - естественными радионуклидами, содержащимися в  земной коре и гидросфере и образовавшимися

• в результате нуклеосинтеза еще при возникновении Земли и не распавшихся до настоящего времени (премордиальные радионуклиды). Периоды полураспада премордиальных нуклидов сопоставимы с возрастом Земли;
• в результате ядерных реакций под действием первичных и вторичных космических лучей, постоянно идущих в атмосфере, а частично также в литосфере и в метеоритах (космогенные радионуклиды). Например ¹⁴N(n,p)¹⁴C.

    Премордиальные нуклиды ²³⁶U (A = 4n),* ²³⁸U (A = 4n + 2), ²³⁵U (A = 4n + 3) образуют 3 радиоактивных семейства (ряда) последовательных распадов. К ним с некоторой натяжкой, так как изотопы этого ряда успели распасться за время существования Земли, можно отнести четвертый ряд, который начинается c ²³⁷Np (A = 4n + 1). В радиоактивных семействах альфа-распады перемежаются бета-распадами, так как при альфа-распадах конечные ядра оказываются все дальше от линии бета-стабильности, т.е. перегружены нейтронами. При уменьшении массового числа для бета-стабильных ядер отношение количества нейтронов и протонов должно уменьшаться. После ряда последовательных распадов образуются стабильные ядра с близким или равным магическим числам количеством протонов и нейтронов (Z=82, N=126) соответственно ²⁰⁸Pb, ²⁰⁶Pb, ²⁰⁷Pb, ²⁰⁹Bi. Кроме того, к естественным радионуклидам относятся и долгоживущие радионуклиды середины таблицы Менделеева ⁴⁰K, ⁸⁷Rb и др. (см. табл. 1).
    Из космогенных радионуклидов основной вклад в естественную радиоактивность вносят тритий (³H) (общий запас трития в биосфере -1.3·10¹⁸ Бк.) и ¹⁴C (общее содержание 8.5·10¹⁸ Бк). Вклад других космогенных радионуклидов (см. табл.1) заметно меньше. Космогенные радионуклиды используются для датировки, в частности в археологии (радиоуглеродный метод) и науках о Земле, а также в космофизике для определения интенсивности космических лучей в далеком прошлом [1,2].
    В естественную радиоактивность вносят вклад также продукты спонтанного деления урана и тория, однако из-за его малой вероятности этот вклад пренебрежимо мал по сравнению с радиоактивностью техногенного происхождения.

Таблица 1. Премордиальные и космогенные радионуклиды (В таблицу также включены радионуклиды с периодом полураспада большим 1 млн. лет)  

Изотоп	Содержание в естественной смеси	Период полураспада	Мода распада
3H	космогенный	12.33 л	β-
7Be	космогенный	53.29 д	EC
10Be	космогенный	1.51·106 л	β-
14C	космогенный	5730 л	β-
22Na	космогенный	2.6019 л	EC
36Cl	космогенный	3.01·105 л	β- 98.1%, EC 1.9%
40K	0.0117%	1.277·109 л	β- 89.28%, EC 10.72%
46Ca	0.004%	>0.28·1016 л	2β-
48Ca	0.187%	>4·1019 л	2β-
50V	0.250%	1.4·1017 л	EC 83%,- 17%
50Cr	4.345%	>1.8·1017 л	2EC
53Mn		3.74·106 л	EC
54Fe	5.845%	>3.1·1022 л	2EC
60Fe		1.5·106 л	β-
70Zn	0.62%	>5·1014 л	2β-
76Ge	7.83%	0.8·1025 л	2β-
79Se		1.1·106 л	β-
82Se	8.73%	0.83·1020 л	2β-
78Kr	0.35%	>0.9·1020 л	2EC
81Kr		2.29·105 л	EC
87Rb	27.83%	4.75·1010 л	β-
93Zr		1.53·106 л	β-
96Zr	2.80%	>2.2·1019 л	2-
92Nb		3.47·107 л	EC,β-<0.05%
92Mo	14.84%	>1.9·1020 л	2EC
100Mo	9.63%	0.95·1019 л	2β-
97Tc		4.21·106 л	EC
98Tc		4.2·106 л	β-
107Pd		6.5·106 л	β-
106Cd	1.25%	>2.6·1017 л	2EC
113Cd	12.22%	7.7·1015 л	β-
116Cd	7.49%	>3.75·1019 л	2β-
115In	95.71%	4.41·1014 л	β-
123Te	0.89%	>6·1014 л	EC
128Te	31.74%	7.7·1024 л	2β-
130Te	34.08%	>5.6·1022 л	2β-
129I	космогенный	1.57·107 л	β-
124Xe	0.095%	>1.1·1017 л	2EC
136Xe	8.857%	>3.6·1020 л	2β-
135Cs		2.3·106 л	β-
130Ba	0.106%	>3.5·1014 л	2EC
138La	0.090%	1.05·1011 л	EC 66.4%,β- 33.6%
142Ce	11.114%	>5·1016 л	2β-
144Nd	23.8%	2.29·1015 л	α
150Nd	5.6%	>6.8·1018 л	2β-
146Sm		10.3·107 л	α
147Sm	14.99%	1.06·1011 л	α
148Sm	11.24%	7·1015 л	α
149Sm	13.82%	>2·1015 л	α?
154Sm	22.75%	>2.3·1018 л	2β-
150Gd		1.79·106 л	α
152Gd	0.20%	1.08·1014 л	α
160Gd	21.86%	>1.3·1021 л	2β-
154Dy		3.0·106 л	α
170Er	14.910%	>3.2·1017 л	2β-
170Yb	3.04%	>1.6·1018 л	2β-
176Lu	2.59%	3.73·1010 л	β-
174Hf	0.16%	2.0·1015 л	α
182Hf		9·106 л	-
180mTa	0.012%	>1.2·1015 л	β-?,EC?
180W	0.12%	>7.4·1016 л	α
182W	26.50%	>8.3·1018 л	α
183W	14.31%	>1.9·1018 л	α
184W	30.64%	>4·1018 л	α
186W	28.43%	>6.5·1018 л	α
187Re	62.60%	4.35·1010 л	β-, α<0.0001%
184Os	0.02%	>5.6·1013 л	α
186Os	1.59%	2.0·1015 л	α
190Pt	0.014%	6.5·1011 л	α
204Pb	1.4%	>1.4·1017 л	α?
205Pb		1.53·107 л	EC
232Th	100%	1.405·1010 л	α, SF 1.2·10-8%, Ne
234U	0.0054%	2.455·105 л	α, SF 1.6·10-9%, Mg 1·10-11%, Ne 9·10-12%
235U	0.7204%	703.8·106 л	α, SF 7·10-9%, Ne 8·10-10%
238U	99.2742%	4.468·109 л	α, SF 5.4·10-5%
237Np		2.144·106 л	α, SF>2·10-10%
244Pu		8.00·107 л	α 99.88%, SF 0.12%
247Cm		1.56·107 л	α

 β^- - бета-минус-распад, EC - электронный захват или бета-плюс-распад, α - альфа-распад, SF - спонтанное деление. Ne - кластерный распад.

* Это семейство называют также семейством тория  (²³²Th)

О палеоастрофизике

1.  Г.Е. Кочаров "Экспериментальная палеоастрофизика: достижения и перспективы"
2. А.В. Блинов. Ускорительная масс-спектрометрия космогенных нуклидов