7.2.3. Образование космогенных радионуклидов в атмосфере

Радионуклиды, образующиеся в результате ядерных реакций, индуцируемых космическими лучами, называются космогенными. Бомбардирующими частицами служат частицы первичного и вторичного космического излучения, мишенями - ядра атомов, входящих в состав атмосферного воздуха, прежде всего азот, кислород и аргон.

Помимо реакций активации наиболее распространены ядерные реакции на протонах и нейтронах: (р, хруп); (р, n); (n, р); (n, 2n); (n, α); (n, γ) и др. При этом образуются изотопы различных химических элементов. Основные характеристики наиболее распространенных космогенных радионуклидов даны в табл. 7.2.

161

Таблица 7.2

Основные характеристики космогенных радионуклидов Земли
(Природные изотопы гидросферы, 1975)

Радионуклид	Основные реакции образования	Т1/2	Тип распада; Eизлуч, МэВ	Продукт распада	Скорость образования, атомов/(см2 · с)	Равновесное количество на Земле, г
3Н	14N (n, t) 12С 16О (р, t) 14С	12,26 года	β- 0,018	3Не	0,25	3500
7Ве	14N (n, 3p5n) 7Ве 14N (p, 4p4n) 7Be 16О (р, 5р5n) 7Ве	53 дн.	β- 0,48	7Li	8,1 · 10-2	3,2
10Ве	14N (р, 4pn) 10Ве 16О (р, 5p2n) 10Ве	1,5 · 106лет	β- 0,55	10B	4,5 · 10-2	4,8 · 108
14C	14N (n, р) 14С 16О (р, 3р) 14С	5730 лет	β- 0,156	14N	2,5	7,5 · 107
22Na	40Аr (расщепл.) 22Na	2,6 года	β+ 0,54 K-захват	22Ne	8,6 · 10-5	1,9
26Аl	26Mg (p, n) 26Al 28Si (p, 2pn) 26Аl	7,4 · 105 лет	β+ 1,17 K-захват	26Mg	1,4 · 10-3	1,1 · 106
32Si	40Аr (расщепл.) 32Si	500 лет	β- 0,1	32Р	1,6 · 10-4	1400
35S	40Аr (расщепл.) 35S	87,1 дн.	β- 0,167	35Сl	1,4 · 10-3	4,5
36Сl	40Аr (р, 2p3n) 36Сl	3,1 · 105лет	β- 0,714	36Аr	1,1 · 10-3	1,5 · 106
39Аr	40Аr (n, 2n) 39Аr 39К (n, р) 39Аr 38Аr (n, γ) 39Аr	270 лет	β- 0,565	39К	5,6 · 10-3	-
53Мn	53Fe (p, 2р) 53Мn 56Fe (р , α) 53Мn	2 · 106лет	K-захват	53Сr	< 10-7	-
59Ni	59Со (р, n) 59Ni 60Ni (p, pn) 59Ni	8 · 104 лет	K-захват	59Со	< 10-7	-
81Кr	82Кr (n, 2n) 81Кr 80Kr (n, γ) 81Кr	8,1 · 105 лет	К-захват	81Вr	1,5 · 10-7 - 10-5	-

162

Примерно 70% космогенных радионуклидов образуется в верхних слоях атмосферы и лишь около 30% - в тропосфере. Последующее поведение космогенных радионуклидов обусловлено процессами обмена между стратосферой и тропосферой, перемещением воздушных масс в тропосфере, а также обменом между атмосферой и другими геосферами. Космогенные радионуклиды, за исключением благородных газов, после своего образования быстро окисляются. Радиоуглерод и тритий сохраняются в виде свободных оксидов ¹Н₃НО и ¹⁴СО₂. Остальные оксиды сорбируются на аэрозолях и удаляются из атмосферы при конденсации влаги и последующем вымывании из атмосферы осадками либо за счет гравитационного "сухого" осаждения. Тритий поступает из атмосферы с осадками. Космогенные ¹⁴СО₂, изотопы Аr, Кr и Хе покидают атмосферу значительно медленнее, путем молекулярного обмена на границе атмосферы и гидросферы. Представление о скорости образования космогенных радионуклидов и распределении между основными обменными резервуарами Земли могут дать лишь цифры, полученные до начала ядерных испытаний в атмосфере (табл. 7.2). Ядерные взрывы резко повысили концентрацию радионуклидов в атмосфере (см. гл. 10).

163