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文檔簡介
海洋中的鈾系放射化學(xué)
(1)
主講:蔡平河電話:2880179;e-mail:Caiph@高級海洋化學(xué)
(2016-4-28)Thethreedecayseriesnowadaysrecognized1.ThebirthofUranium-SeriesScience
ThediscoveryofRadiationin1896byHenriBeckquerelwhenheinvestigatedtheraysemittedbyphosphorescenturaniumsalt(Becquerel1896a,1896b)HenriBeckquerel(1852-1908)TheinvestigationsoftheradioactivityofuraniumandthoriumledtothediscoveryofRadiumandPoloniumbytheCuries(Curie1898;CurieandCurie1898;Curieetal.,1898)MarieCurie(1867-1934)In1899,ErnestRutherfordidentifiedtwodifferentformsofradiation—alphaandbetarays(Rutherford1899).
ErnestRutherford(1871-1937)TheActinium(Ac)wassoonunearthed(Debierne1900)afterthediscoveryofRaandPo.
TheintroductionofthedecayequationfromThemanation:dN/dt=-lNandtheconceptofhalf-lives(Rutherford1900a);半衰期的概念The“excitedactivity”byThemanation—212Pb(Rutherford1900b):Thefirstdescriptionofsecularequilibrium:
“Thenormalofconstantradioactivitypossessedbythoriumisanequilibriumvalue,wheretherateofincreaseofradioactivityduetotheproductionoffreshactivematerialisbalancedbytherateofdecayofradioactivityofthatalreadyformed”
RutherfordandSoddy(1902)
Thefirstpublishedsetof“U-series”in1903(Rutherford1903):
Radioactivityreleasedlargequantitiesofheat(CurieandLaborde1903)AlphadecayreleaseHe(RamsayandSoddy1903)Thebuild-upofHewasputtousetodategeologicalmaterialThedatingoftheEarthusingU-PbmethodproposedbyBoltwood.Thediscoveryof230Th(ionium)
byBoldwood(1907)Introductionoftheterm“isotope”(Soddy,1910;1913)234Pa(brevium)wasdiscoveredin1913(FajanandGohring)DisplacementruleofatomicdecaywasdeducedindependentlybyFajansandSoddy(Soddy1913;Fajans1913).Thethreedecayseriespublishedin1913.Thethreedecayseriesnowadaysrecognized
核衰變類型
—alpha衰變核衰變類型
—Beta衰變核衰變類型
—Beta衰變核衰變類型
—Beta衰變原子核的衰變規(guī)律原子核的衰變規(guī)律N=-Ntor:dN=-NdtlnN=-t+Cift=0,N=N0andC=lnN0,then:N=N0e-t原子核的衰變規(guī)律
—衰變常數(shù)、半衰期和平均壽命
衰變常數(shù):-dN/dt=N
=(-dN/dt)/N
半衰期:
Ift=T1/2,then:N=1/2N0=N0e-T1/2
T1/2=0.693/
平均壽命:=1/or=1.44T1/2
原子核的衰變規(guī)律
—放射性活度及其單位放射性活度:A=-dN/dt=N=N0e-t
或:A=A0e-t單位:1Ci=3.71010dps1Bq=1dps1Bq=60dpm放射性活度:
238Uand234Thactivitiesindeep-seawater:
238U=234Th=2.45dpm/LN(238U)=8.31E+15;N(234Th)=1.23E+5C(238U)=3.28E-6g/L;C(234Th)=4.77E-17g/L;原子核的衰變規(guī)律
—兩次連續(xù)衰變90Sr
-
90Y
-90Zr(Stable)95Zr
-
95Nb
-95Mo(Stable)99Mo
-
99mTc
99Tc(Stable)113Sn
-
113mIn
113In(Stable)ABC(穩(wěn)定)
半衰期T1/2(1)T1/2(2)
衰變常數(shù)1
20t=0N1,000t=tN1N2N3
對于A:N1=N1,0e-1t;-dN1/dt=1N1
對于B:dN2/dt=1N1-2N2dN2/dt=1N1,0e-1t-2N2Solution:N2=[1/(2-1)]N1,0(e-1t-e-2t)原子核的衰變規(guī)律
—兩次連續(xù)衰變原子核的衰變規(guī)律
—兩次連續(xù)衰變:暫時平衡N2=[1/(2-1)]N1,0
e-1t[1-e-(2-1)t]IfT1/2(1)>T1/2(2)i.e.2>1,andt足夠長時,e-(2-1)t<<1,then:N2=[1/(2-1)]N1,0
e-1t=[1/(2-1)]N1or:N2/N1=1/(2-1)=Cor:A2/A1=2/(2-1)原子核的衰變規(guī)律
—兩次連續(xù)衰變:暫時平衡原子核的衰變規(guī)律
—兩次連續(xù)衰變:長期平衡90Sr
-(28.8y)
90Y
-(
64.1h)90Zr(Stable)137Cs
-(30.17y)
137mBa
(
2.551min)137Ba(Stable)IfT1/2(1)>>T1/2(2),2>>1,2-12then:N2=(1/2)N1,0
e-1t(1-e-2t)Ift>7T1/2(2),e-2t0then:N2=(1/2)N1,0
e-1t=(1/2)N1or:2N2=1N1原子核的衰變規(guī)律
—兩次連續(xù)衰變:不成平衡129Te
-(69min)
129I
-(
1.6107y)129Xe(Stable)103Tc
-(50s)
103Ru
-(
39.4y)103Rh(Stable)N2=[1/(1-2)]N1,0
e-2t[1-e-(1-2)t]IfT1/2(1)<T1/2(2)or1>2,andt>7T1/2(1),thene-(1-2)t0N2=[1/(1-2)]N1,0
e-2t原子核的衰變規(guī)律
—多次連續(xù)衰變:四個放射系鈾系(4n+2)238U234Th234mPa234U230Th226Ra222Rn218Po214Pb214Bi214Po210Pb210Bi210Po206Pb原子核的衰變規(guī)律
—多次連續(xù)衰變:四個放射系1.2錒系(4n+3)235U231Th231Pa227Ac227Th223Ra219Rn215Po211Pb211Bi211Po207Pb
原子核的衰變規(guī)律
—多次連續(xù)衰變:四個放射系1.3釷系(4n)
232Th228Ra228Ac228Th224Ra220Rn216Po212Pb212Bi212Po208Pb
原子核的衰變規(guī)律
—多次連續(xù)衰變:四個放射系1.4镎系(4n+1)
241Pu241Am237Np233Pa233U229Th225Ra225Ac221Fr217At213Bi213Po209Pb209Bi
原子核的衰變規(guī)律
—多次連續(xù)衰變規(guī)律
(1)(2)(3)…(n)衰變常數(shù)
1
2
3
nt=0時的原子數(shù)
N1,0000t時刻的原子數(shù)N1N2N3NndN1/dt=-1N1dN2/dt=1N1-2N2dN3/dt=2N2-3N3…dNn/dt=n-1Nn-1-nNnSolution:N1=N1,0e-1t,N2=[1/(2-1)]
N1,0(e-1t-e-2t)代入上式得:N3=12N1,0[e-1t/[(2-1)(3-1)]+e-2t/[(1-2)(3-2)]+e-3t/[(1-3)(2-3)]…Nn=12…n-1N1,0(C1e-1t+C2e-2t+…+Cne-nt)WhereC1=1/[(2-1)(3-1)…(n-1)]C2=1/[(1-2)(3-2)…(n-2)]Cn=1/[(1-n)(2-n)…(n-1-n)]原子核的衰變規(guī)律
—多次連續(xù)衰變規(guī)律原子核的衰變規(guī)律
—多次連續(xù)衰變規(guī)律鈾系不平衡在海洋學(xué)中的應(yīng)用—虧損(deficit)與過剩(excess)鈾系不平衡在海洋學(xué)中的應(yīng)用—虧損(deficit)與過剩(excess)鈾系不平衡在海洋學(xué)中的應(yīng)用—虧損(deficit)與過剩(excess)鈾系不平衡在海洋學(xué)中的應(yīng)用—(1)海洋沉積物表層沉積過程的研究:a.沉積速率鈾系不平衡法在海洋學(xué)中的應(yīng)用—(1)海洋沉積物表層沉積過程的研究:a.沉積速率鈾系不平衡法在海洋學(xué)中的應(yīng)用—(1)海洋沉積物表層沉積過程的研究:a.沉積速率Thegeneraldiageneticequations:鈾系不平衡在海洋學(xué)中的應(yīng)用—(1)海洋沉積物表層沉積過程的研究:a.沉積速率鈾系不平衡在海洋學(xué)中的應(yīng)用—(1)海洋沉積物表層沉積過程的研究:a.沉積速率:平流與擴散The1Dadvection-diffusionbalance:Ithasthesolution:
Hereccaneitherbepot.temp.,salinityorDICetc,andc0,c1andHarethreeunknowns,tobedeterminedthroughfittingtheobservedprofiles.(SeeWalterMunk’s1966DSRpaperforitsapplication.)鈾系不平衡在海洋學(xué)中的應(yīng)用—(1)海洋沉積物表層沉積過程的研究:a.沉積速率鈾系不平衡在海洋學(xué)中的應(yīng)用—(1)海洋沉積物表層沉積過程的研究:a.沉積速率鈾系不平衡法在海洋學(xué)中的應(yīng)用—(1)海洋沉積物表層沉積過程的研究:a.沉積速率鈾系不平衡在海洋學(xué)中的應(yīng)用—(1)海洋沉積物表層沉積過程的研究:a.沉積速率鈾系不平衡法在海洋學(xué)中的應(yīng)用—(1)海洋沉積物表層沉積過程的研究:a.沉積速率:230Th;14C鈾系不平衡法在海洋學(xué)中的應(yīng)用—(1)海洋沉積物表層沉積過程的研究:b.混合速率放射性同位素:234Th(24.1d),7Be(53.4d)化學(xué)行為:234Th:particlereactive;7Be:modestparticlereactivity.來源:234Th:decayfrom238U;7Be:Naturallyp
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