Реклама на сайте (разместить):


Реклама и пожертвования позволяют нам быть независимыми!

Изотопы Урана

Материал из Вавилон.wiki
Перейти к: навигация, поиск

ИЗОТОПЫ УРАНА. ВРЕМЯ ИХ ОБРАЗОВАНИЯ И МЕХАНИЗМЫ НАКОПЛЕНИЯ РАДИОГЕННЫХ СВИНЦОВ[править]

Время образования изотопов урана[править]

Проблема возраста химических элементов не является проблемой собственно геохронологии как науки, «изучающей возрастную последовательность геологических процессов» (Ранкама, 1956). Но при определении возраста земной коры и Земли в целом как планеты- части Солнечной системы «эта проблема возникла в связи с решением задачи о верхней (максимальной) границе возраста Земли [1, 23]. В ранний период становления геохронологии возраст Земли и элементов устанавливался на основе анализа распространенности изотопов U,Pb\! [1, 2; Соботович, 1970]. Потом были использованы данные по распространенности K,Ar,Ne,Sm,Cm,Pu\! и т.д., а также стабильных изотопов (O,Si\! и др.) [3]. Основные результаты с использованием нескольких «моделей» (гипотез) образования вещества Солнечной системы изложены во многих работах [3 и др.].

Существуют две основные гипотезы образования ядер элементов, в частности, урана: 1) путем одноактного процесса или 2) постепенно в пределах нашей Галактики в течение 20 млрд. лет при окончании процесса нуклеосинтеза около 5 млрд. лет назад (Соботович, 1970). Считается, что «имеющиеся в настоящее время изотопные данные заставляют отказаться от представлений о гомогенной Солнечной системе в пользу изотопно гетерогенной модели …» [3]. Однако «происхождение изотопной гетерогенности остается спорным вопросом» [3, стр.223]. Одной из проблем, возникающих при решении этих вопросов, «…остается не объяснимым отсутствие значительных вариаций изотопного состава урана» [3, стр.9].

Впервые вопрос об определении возраста U на основе первой гипотезы поднял Резерфорд (Баранов, 1955), использовавший для этих целей отношение R(U)={{}^{{238}}U \over {}^{{235}}U}. Приняв R(U)=1\!, он получил значение возраста в 4 млрд. лет. В то же время появились предпосылки для возникновения и второй гипотезы. Это косвенно следует из методики Коллинса и др. [2], принявшего за начало образования элементов время, при котором распространенность изотопа свинца {}^{{206}}Pb\! равна нулю ("приобретает отрицательное значение"). А это означает, что авторы [3] предполагают существование такого интервала времени (1 этап), когда существовал только изотоп {}^{{238}}U\!. Во второй этап был образован уже изотоп {}^{{235}}U\!. Следствием этого должна быть независимость концентраций этих изотопов друг от друга, в результате чего в разных частях Солнечной системы возможны разные значения R(U)\!. Как отмечалось [З, стр.9], имеющиеся измерения этого отношения в объектах разного возраста и генетической природы показали значительное его постоянство. В то же время проведенные измерения в некоторых фракциях метеоритов установили колебания концентраций изотопов R(U)\! в пределах 89,88-163,50 [7], природа которых не установлена. В дальнейшем при анализе (Burbidge et al., 1957; Fowler et al., 1960) исходной распространенности изотопов U\! были приняты значения R(U)=1;=1,65;=2,0\!. При согласовании с другими данными (распространенность Ar,Sr\! и др. элементов (Левский, Морозова, 1969)) окончательно принято значение R(U)=1,64-1,65\! при условии, что изотопы U\! образованы в простой сверхновой звезде, остатками которой являются Солнце и Солнечная система [7].

Не вставая на ту или иную точку зрения о механизме образовании элементов, отметим, что возможности определения величины R(U)\! для первой гипотезы не исчерпаны. При решении задачи приняты аксиомы:

-значения постоянных радиоактивного распада ядер {}^{{235}}U\! и {}^{{238}}U\! соответственно есть величины постоянные и не зависимые от времени: \lambda _{{8}}=1,5369*10^{{-10}} и \lambda _{{5}}=9,7216*10^{{-10}} (Шуколюков и др., 1974);
-время протекания нуклеосинтеза настолько мало, что к моменту его завершения количество атомов дочернего элемента, которое образовалось при появлении первых и последуюших атомов U\!, бесконечно мало. Другими словами образование ядер изотопов U\! происходит практически мгновенно. Условием выполнения этой гипотезы является замкнутость системы, в которой определяется распространенность атомных ядер (Баранов, 1955). Изотопы урана достаточно хорошо удовлетворяют этому условию, поскольку в природных условиях они практически не разделяются, всегда мигрируют вместе и величина R(U)\! определяется только радиоактивным распадом. Редкие отклонения, достигающие R(U)=200\! в Окло (Ланцелот и др., 1975) или R(U)=89-163,5\! в метеоритах [7], в общем, не меняют представлении о постоянстве R(U)=137,88\! (Шуколюков и др.,1974).

По современным взглядам [7] Солнце и Солнечная система - остатки от взрыва некоторой Сверхновой звезды, соответствуя первому механизму образования урана. Тогда на некотором отрезке времени после взрыва, обозначаемого через t_{{p}}^{{**}}\!, начинается синтез атомов U\! с выполнением указанных условий. С этого момента действует уравнение радиоактивного распада в форме {}^{{i}}U_{{t_{{p}}^{{*}}}}={{}^{{i}}U_{{0}}}\cdot {\exp {\left(-\lambda _{{i}}\cdot {t_{{p}}^{{*}}}\right)}}), в котором {}^{{i}}U_{{0}}\! –исходное, {}^{{i}}U_{{t_{{p}}^{{*}}}}\!- конечное количество атомов к моменту времени t_{{p}}^{{*}}\! (i=235,238\!); \lambda _{{i}}\! –постоянная радиоактивного распада; t_{{p}}^{{*}}=\Delta {t_{{p}}^{{**}}}=t_{{p_{{2}}^{{**}}}}-t_{{p_{{1}}^{{**}}}}\! . Количество выделившегося Pb\! определится по уравнению (1):

\left({{}^{{206}}Pb \over {}^{{207}}Pb}\right)_{{t_{{p}}^{{*}}}}={\left({{}^{{238}}U \over {}^{{235}}U}\right)_{{0}}}\cdot {{\left(1-{\exp {\left(-\lambda _{{8}}\cdot {t_{{p}}^{{*}}}\right)}}\right)} \over {\left(1-{\exp {\left(-\lambda _{{5}}\cdot {t_{{p}}^{{*}}}\right)}}\right)}}\qquad (1)

Простая подстановка t_{{p}}^{{*}}=0\! приводит к тому, что lim \left({{}^{{206}}Pb \over {}^{{207}}Pb}\right) = limR(U)=0/0\! . Обходя эту неопределенность с помощью правила Лопиталя, при t_{{p}}^{{*}}\rightarrow 0\! Г.Фор (1989 г.) получил соотношение (2), определяющее исходную величину отношения концентраций.

\left({{}^{{206}}Pb \over {}^{{207}}Pb}\right)_{{0}} = lim \left({{}^{{206}}Pb \over {}^{{207}}Pb}\right)_{{t_{{p}}^{{*}}\rightarrow 0}}={\left({\lambda _{{8}} \over \lambda _{{5}}}\right)}{R(U)_{{0}}}\qquad (2)

С другой стороны положим, что \Delta t_{{p}}^{{*}}\! - это время, в течение которого происходит радиоактивный распад одного атома {}^{{238}}U\! и образование соответственно атома {}^{{206}}Pb\!. За этот же отрезок времени количество распавшихся атомов {}^{{235}}U\! и образовавшихся атомов {}^{{207}}Pb\! найдется по отношению {\lambda _{{8}} \over \lambda _{{5}}}. Подстановка его в (2) дает величину исходного отношения (3) концентраций изотопов U\!.


Механизмы накопления радиогенных свинцов[править]

РАЗНОЕ[править]


ЛИТЕРАТУРА[править]

Статью можно улучшить?
✍ Редактировать 💸 Спонсировать 🔔 Подписаться 📩 Переслать 💬 Обсудить
Позвать друзей