سلاسل النشاط الإشعاعي الطبيعي

لاشك أن الحيرة قد انتابتك عندما علمت بالحقيقة القائلة بأن الراديوم 226 موجود على الأرض حالياً. إن عمر النصف لهذا العنصر ــ بغض النظر عن أي شيء ــ هو 1600  سنة؛ بينما يبلغ عمر الأرض عدة بلايين من السنين. وإذا لجأنا إلى قانون الاضمحلال، لوجدنا أن نسبة العدد الموجود حالياً في نوى الراديوم إلى العدد الذي كان موجوداً منذ 4×10⁹ سنة يجب أن تكون:

وهو كسر متناهي الصغر. ولابد لنا من استنتاج أنه تم تزويد الأرض بنوى راديوم جديد بعد أن انتهي منها النوى الأصلي. وإذا قمنا بحسابات مماثلة لوجدنا أن العديد من مصادر النشاط الإشعاعي الطبيعي ذات أعمار نصف أقصر بكثير من أن تفسر وجودها إلى الأرض على سطح الارض. دعنا ننظر في كيفية وجود هذا النوى.

إن الراديوم والنوى المشع المماثل له موجودة على الأرض لأنها نواتج نظائر ذات عمر طويل للغاية. فاليورانيوم 238 ــ مثلاً ــ له عمر نصف يبلغ 4.47×10⁹ سنة، وهو قارب في ذلك عمر الأرض نفسها. إن نواة اليورانيوم هي النواة الأم لسلسلة كاملة من النوى المشع. وتضمحل نواة اليورانيوم تبعاً لنظام الاضمحلال:

حيث النواة الوليدة هي نواة الثوريوم، وهكذا يكون ²³⁸U هو المصدر الدائم لنظير الثوريوم، الذي يضمحل بدوره بانبعاث β:

حيث النواة الوليدة هي بروتاكتينيوم.

وينحل البروتاكتينيوم بدوره بانبعاث β إلى ²³⁴U.

الشكل 1)): سلسلة نشاط إشعاعي نموذجية، ويطلق عليها سلسلة اليورانيوم لأن النواة الأم هي اليورانيوم.

وتتضمن هذه السلسلة العديد من الخطوات الاخرى قبل الوصول إلى العنصر النهائي المستقر، وهو في هذه الحالة عنصر الرصاص، ²⁰⁶Pb. ويوضح الشكل 1)) تفاصيل هذه السلسلة. ويلاحظ أن المراحل النهائية لنظام الاضمحلال لهذه السلسلة قد تنطوي على عدة بدائل ممكنة. ولكل إمكانية احتمال معين للحدوث كما يتضح من الشكل (1) لحالة ²¹⁶Bi ويطلق على النسبة المئوية لإمكانيات الاضمحلال المختلفة نسبة التفرق بالنسبة لاضمحلال النواة الأم.

هناك أيضاً سلسلتان طبيعيتان أخريان لاضمحلال النشاط الإشعاعي على الأرض. والجدول ((1 يضم هاتين السلسلتين مع السلسلة التي تناولناها منذ قليل. ويلاحظ أن كلا من هذه السلاسل تبدأ بعنصر ذي عمر نصف طويل جداً وتضمحل في نهاية الأمر لتصل إلى نظير مستقر للرصاص. ويفترض أن سلاسل اضمحلال أخرى قد وجدت على الأرض في عصور سابقة ولكنها اضمحلت بسرعة أكبر من أن تكتشف في وقتنا هذا.