Радиоактивное равновесие

Радиоактивное равновесие — статистическое равновесие между количествами радиоактивных веществ, образующихся одно из другого. В состоянии радиоактивного равновесия находятся существующие в природе члены любого радиоактивного ряда.

Если имеется ряд генетически связанных веществ с постоянными радиоактивного распада λ₁, λ₂ и т. д. (причём наименьшую постоянную имеет первый член ряда), то по истечении достаточно большого времени достигается состояние радиоактивного равновесия. Оно характеризуется тем, что относительное количество атомов члена ряда не меняется со временем, в то время как их абсолютное количество убывает с периодом, соответствующим первому члену ряда.

В случае, если λ₁ мало и значительно меньше всех остальных постоянных распада, соотношение для числа атомов члена ряда принимает вид: λ₁N₁ = λ₂N₂ = … = λᵢNⱼ. В этом случае достигается вековое равновесие, которое заключается в том, что число распадов (активность) всех членов ряда равно друг другу, и если материнское вещество имеет очень долгое время жизни, то никакого изменения активности у дочерних радиоактивных веществ не наблюдается.

В месторождениях и горных породах, содержащих уран и торий, вековое равновесие практически наступает за время, равное десятикратному периоду полураспада наиболее долгоживущего дочернего вещества:

• в урановом ряду — через 830 000 лет,
• ториевом — через 67 лет,
• актино-урановом — через 343 000 лет (период полураспада Io — 83·10³ лет, MsTh₁ — 6,7 года и Pa — 34 300 лет).

См. также: Радий.

Современный контекст

Современные геохронологические и изотопные исследования (данные Международной комиссии по стратиграфии, 2023 г.) уточнили периоды полураспада отдельных изотопов и методы расчёта радиоактивного равновесия с применением масс-спектрометрии (ICP-MS, TIMS). Для оценки нарушений равновесия в уран-ториевых системах используются гамма-спектрометрия и альфа-спектрометрия, что позволяет датировать геологические события точнее, чем классические методы.