Ядерные реакции в природе
Ядерные реакции в природе разделяются на два класса: термоядерные реакции и реакции под действием ядерно-активных частиц и деления ядер.
- Термоядерные реакции — требуют для своего осуществления температуры порядка нескольких миллионов градусов и протекают лишь в недрах звёзд или при взрывах водородных бомб.
- Реакции под действием ядерно-активных частиц — происходят в атмосфере и литосфере за счёт космического облучения и за счёт ядерно-активных частиц в верхних оболочках Земли.
Быстрые космические частицы (со средней энергией ~2·10⁹ эВ), попадая в атмосферу Земли, вызывают нередко полное расщепление атомов атмосферы (азота, кислорода) на более лёгкие ядерные осколки, включая нейтроны. Скорость образования последних достигает величины 2,6 нейтрона (см⁻²·сек⁻¹). Нейтроны взаимодействуют преимущественно с азотом атмосферы, обеспечивая постоянное образование радиоактивных изотопов углерода ¹⁴C (период полураспада T₁/₂ = 5568 лет) и трития ³H (T₁/₂ = 12,26 лет) по следующим реакциям:
¹⁴N + n → ¹⁴C + ¹H
¹⁴N + n → ¹²C + ³H
Ежегодное образование радиоуглерода в земной атмосфере составляет около 10 кг. Отмечено также образование в атмосфере радиоактивных ⁷Be и ³⁹Cl.
Ядерные реакции в литосфере
Ядерные реакции в литосфере происходят в основном за счёт α-частиц и нейтронов, возникающих при распаде долгоживущих радиоактивных элементов (в основном урана и тория). Следует отметить:
- накопление ³He в некоторых месторождениях, содержащих литий (см. Изотопы гелия в геологии);
- образование отдельных изотопов неона в эвксените, монаците и других минералах по реакциям:
¹⁸O + ⁴He → ²¹Ne + n
¹⁹Fe + He → ²²Na + n
²²Na → ²²Ne
- образование изотопов аргона в радиоактивных минералах по реакциям:
³⁵Cl + He → ³⁸Ar + n
³⁵Cl + He → ³⁸K + ¹H
³⁸K → ³⁸Ar
При спонтанном и нейтронно-индуцированном делении урана наблюдается образование тяжёлых изотопов криптона и ксенона (см. Метод определения абсолютного возраста ксеноновый).
В месторождениях литосферы искусственное расщепление атомных ядер вызывает накопление некоторых изотопов в количестве 10⁻⁹–10⁻¹²% от массы месторождения.
Современный контекст
На современном этапе (данные на 2022–2024 гг.) уточнены периоды полураспада радиоактивных изотопов, используемых в геохронологии: для ¹⁴C — 5730 лет (по данным Международной комиссии по стратиграфии, 2023), для ³H — 12,32 года. Активно применяются методы масс-спектрометрии и ускорительной масс-спектрометрии для точного анализа ядерных реакций в природных образцах, включая космогенные радионуклиды в атмосфере и литосфере (см. работы в области изотопной геохимии, Geochimica et Cosmochimica Acta, 2024).