Pochodzenie pierwiastków

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

2. Nukleosynteza • Podczas „Wielkiego Wybuchu” powstały • protony i neutrony, a z nich następujące • (stabilne) jądra: 1H, 2H, 3He, 4He, 7Li. • Jądra cięższe niż 7Li powstają w gwiazdach • w wyniku reakcji syntezy jądrowej. Synteza • jąder pierwiastków cięższych niż Fe wymaga • energii. • Jądra cięższe niż Fe powstają w wyniku reakcji • wychwytu neutronów we wnętrzach gwiazd lub • podczas wybuchów supernowych.

3. Energia wiązania

4. 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 N2, rozpuściły się w pierwotnym oceanie tworząc kwasy zneutralizowane przez wietrzenie.

5. Geochemia radionuklidów Większość najważniejszych naturalnie występujących w środowisku radionuklidów to, z chemicznego punktu widzenia, metale.

6. 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

7. 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

8. 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 [UO2]2+, Th jest trudniej rozpuszczalny.

9. Występowanie U i Th w różnych środowiskach [ppm]

10. 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 40K jest 40Ar – stąd duże stężenie argonu w atmosferze

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

12. 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

13. 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. 238U • będące produktami rozpadu nuklidów długożyciowych, 222Rn • produkty reakcji jądrowych, np. 14C

14. Radionuklidy pierwotne

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

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

17. Szereg aktynowy

18. Szereg torowy

19. Szereg uranowy

20. Szereg neptunowy (wygasł)

21. Produkty rozpadu radonu 222

22. 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

23. Promieniowanie kosmiczne

24. Radionuklidy kosmogeniczne

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

26. Radionuklidy antropogeniczne

27. Radionuklidy antropogeniczne

28. Zawartość radionuklidów w glebie (106 m3) Razem ok. 800 GBq

29. Aktywności radionuklidów w w wodzie morskiej

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

31. Radionuklidy w żywności

32. Radionuklidy w ludzkim ciele

33. Radionuklidy w materiałach budowlanych Uran Tor Potas

34. Ciepło radiogeniczne Energia kinetyczna produktów rozpadów promieniotwórczych zachodzących we wnętrzu Ziemi zamieniana jest w ciepło. Ciepło to pochodzi z rozpadu wszystkich radionuklidów, ale tylko 238U, 235U, 232Th i 40K dają istotne ilości ciepła. Produkcja ciepła radiogenicznego zależy od stężeń U, Th i K w danej skale: A [µW/m3] = 10-5r (9.52 cU + 2.56cTh + 3.48cK) Strumień ciepła radiogenicznego na powierzchni Ziemi wynosi około kilkudziesięciu mW/m2.

35. 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.

36. Monacyt (Ce,La,Nd,Th)PO4 Największe nagromadzenia piasków monacytowych znane są z Brazylii, Indii, Florydy, Chin. Naturalna promieniotwórczość (dawki) są tam kilkaset razy większe niż normalnie.