Pochodzenie pierwiastkw Rozpowszechnienie pierwiastkw w Ukadzie Sonecznym H

Pochodzenie pierwiastków Rozpowszechnienie pierwiastków w Układzie Słonecznym H He CO N Li Be B Th U 1. Lekkie (N<30) pierwiastki dominują. 2. Pierwiastki o parzystych liczbach atomowych są bardziej rozpowszechnione niż te o liczbach nieparzystych. Przyczyny: przebieg nukleosyntezy.

Nukleosynteza 1. Podczas „Wielkiego Wybuchu” powstały protony i neutrony, a z nich następujące (stabilne) jądra: 1 H, 2 H, 3 He, 4 He, 7 Li. 2. Jądra cięższe niż 7 Li 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 lub podczas wybuchów supernowych.

Energia wiązania

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 pozbawiona atmosfery. 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 N 2, 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.

Kompleksy metali Większość metali jest transportowanych w środowiskach wodnych w formie kompleksów Kompleks – związek kationu z anionem lub obojętną cząsteczką występujący w formie rozpuszczonej. przykłady

Adsorpcja – desorpcja Stężenie metali w wodach jest zwykle znacznie mniejsze niż wynikałoby z ich rozpuszczalności. Przyczyną jest silna adsorpcja na: - wodorotlenkach i uwodnionych tlenkach Fe i Mn. - krzemianach i węglanach - materii organicznej

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 [UO 2]2+, Th jest trudniej rozpuszczalny.

Występowanie U i Th w różnych środowiskach [ppm] Bazalty dna oceanicznego Granity Boksyty Fosforyty Woda morska Woda rzeczna U 0, 1 Th 0, 2 4, 2 11 50 - 300 3 10 -3 20 50 1 -5 2 10 -7 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 40 K jest 40 Ar – stąd duże stężenie argonu w atmosferze

Geochemia radionuklidów Nie-metalami są 14 C i 3 H. 14 C bierze udział w globalnym obiegu węgla a 3 H w globalnym obiegu wody. Procesy te warunkują rozpowszechnienie obydwu kosmogenicznych radionuklidów w środowisku.

Podział radionuklidów występujących na Ziemi Na Ziemi występuje ponad 60 spośród ponad 1500 znanych radionuklidów: • pierwotne wytworzone przed powstaniem Ziemi • wtórne powstające w wyniku oddziaływania ziemskiej materii z promieniowaniem kosmicznym • wytworzone przez człowieka występują 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. 238 U • będące produktami rozpadu nuklidów długożyciowych, 222 Rn • produkty reakcji jądrowych, np. 14 C

Radionuklidy pierwotne nuklid T 1/2 235 U 238 U 232 Th 226 Ra 222 Rn 40 K aktywność 7, 04 x 108 lat 0, 72% 4, 47 x 109 lat 99, 2745%, kilka ppm w skałach 1, 41 x 1010 lat Ok. 10 ppm w skorupie ziemskiej 1, 60 x 103 lat 16 – 48 Bq/kg w skałach 3, 82 dni ~ 1 – 10 Bq/m 3 w powietrzu 1, 28 x 109 lat do 1 Bq/g w glebach

Niektóre inne radionuklidy pierwotne: 50 V, 87 Rb, 113 Cd, 115 In, 123 Te, 138 La, 142 Ce, 144 Nd, 147 Sm, 152 Gd, 174 Hf, 176 Lu, 187 Re, 190 Pt, 192 Pt, 209 Bi.

Naturalne szeregi promieniotwórcze Łańcuchy nuklidów powstających w wyniku spontanicznych przemian jądrowych z określonego, naturalnie występującego, prekursora. Zakończone trwałymi izotopami ołowiu: • aktynowy: • torowy: • uranowy: 235 U – 207 Pb 232 Th – 208 Pb 238 U – 209 Pb

Szereg aktynowy

Szereg torowy

Szereg uranowy

Szereg neptunowy (wygasł)

Produkty rozpadu radonu 222

Promieniowanie kosmiczne Elektrony, protony, promieniowanie g, jądra o pochodzeniu pozaziemskim – ze Słońca (głównie protony i jądra helu), z odległych obszarów galaktyki. Cząstki promieniowania kosmicznego oddziałując z materią atmosfery wywołują wiele reakcji jądrowych

Promieniowanie kosmiczne

Radionuklidy kosmogeniczne

Radionuklidy kosmogeniczne Niektóre inne radionuklidy kosmogeniczne 10 Be, 26 Al, 36 Cl, 80 Kr, 32 Si, 39 Ar, 22 Na, 35 S, 37 Ar, 33 P, 32 P, 38 Mg, 24 Na, 38 S, 31 Si, 18 F, 39 Cl, 38 Cl, 34 m. Cl.

Radionuklidy antropogeniczne nuklid Półokres źródło rozpadu 3 H 12, 3 a Próby jądrowe, reaktory jądrowe, przeróbka paliwa, produkcja broni jądrowej, przedmioty codziennego użytku 131 I 8, 03 d Produkt rozszczepienia podczas wybuchów jądrowych i w reaktorach, testy tarczycy 129 I 1, 57 x 107 a Produkt rozszczepienia podczas wybuchów jądrowych i w reaktorach

Radionuklidy antropogeniczne nuklid 137 Cs półokres źródła rozpadu 30, 17 r Produkt 90 Sr 28, 78 yr Produkt rozszczepienia podczas wybuchów jądrowych i w reaktorach 99 Tc 2, 11 x 105 r 2, 41 x 104 r Testy medyczne 239 Pu rozszczepienia podczas wybuchów jądrowych i w reaktorach 238 U + n--> 239 U--> 239 Np +ß--> 239 Pu+ß

Zawartość radionuklidów w glebie (106 m 3) nuklid aktywność masa właściwa 238 U 25 Bq/kg 2700 kg 232 Th 40 Bq/kg 40 K 400 Bq/kg 226 Ra 48 Bq/kg 222 Rn 10 k. Bq/m 3 15 000 kg 2500 kg 2, 5 g 13 mg aktywność 38 GBq 64 GBq 610 GBq 77 GBq 9 GBq Razem ok. 800 GBq

Aktywności radionuklidów w w wodzie morskiej nuklid 238 U aktywność właściwa 33 m. Bq/l 40 K 11 Bq/l 3 H 0, 6 m. Bq/l 14 C 5 m. Bq/l 1, 1 Bq/l 87 Rb

Radionuklidy w żywności Wszelka żywność zawiera naturalne radionuklidy, przede wszystkim są to 40 K, 226 Ra i 238 U oraz ich produkty rozpadu

Radionuklidy w żywności pokarm 40 K 226 Ra [p. Ci/kg] banany 3520 orzechy 5600 brazylijskie 1 1000 - 7000 marchew ziemniaki piwo czerwone mięso fasola woda pitna 3400 390 3000 0, 6 – 2, 0 1 - 25 --0, 5 4640 --- 2 -5 0 – 0, 17

Radionuklidy w ludzkim ciele Nu klid 238 U Zasób w ciele 90 mg Aktywn. Dzienna w ciele dawka 1, 1 Bq 1, 9 mg 232 Th 30 mg 0, 11 Bq 3 mg 40 K 17 mg 4, 4 k. Bq 0, 39 mg 226 Ra 31 pg 1, 1 Bq 2, 3 pg 14 C 22 ng 3, 7 k. Bq 1, 8 ng 3 H 0, 06 pg 23 Bq 0, 003 pg 210 Po 0, 2 pg 37 Bq 0, 6 mg

Radionuklidy w materiałach budowlanych Uran Tor Potas ppm m. Bq/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 0, 8 piaskowcowy 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

Ciepło radiogeniczne Energia kinetyczna produktów rozpadów promieniotwórczych zachodzących we wnętrzu Ziemi zamieniana jest w ciepło. Ciepło to pochodzi z rozpadu wszystkich radionuklidów, ale tylko 238 U, 235 U, 232 Th i 40 K dają istotne ilości ciepła. Produkcja ciepła radiogenicznego zależy od stężeń U, Th i K w danej skale: A [µW/m 3] = 10 -5 r (9. 52 c. U + 2. 56 c. Th + 3. 48 c. K) Strumień ciepła radiogenicznego na powierzchni Ziemi wynosi około kilkudziesięciu m. W/m 2.

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)PO 4 Największe nagromadzenia piasków monacytowych znane są z Brazylii, Indii, Florydy, Chin. Naturalna promieniotwórczość (dawki) są tam kilkaset razy większe niż normalnie.