Podczas rozpadu jąder pierwiastków promieniotwórczych tworzą się jądra nowego pierwiastka, które są nietrwałe i ulegają samorzutnie dalszemu rozpadowi. W ten sposób tworzą się szeregi promieniotwórcze. Wyróżniamy naturalne szeregi promieniotwórcze:
- szereg uranowo-radowy, wywodzący się od izotopu uranu \( \ce{^{238}_{92}$U$} \),
- szereg torowy, wywodzący się od izotopu toru \( \ce{^{232}_{90}$Th$} \),
- szereg uranowo-aktynowy, wywodzący się od izotopu uranu \( \ce{^{235}_{92}$U$} \).
Neptun jest pierwiastkiem promieniotwórczym otrzymywanym sztucznie. Jego izotop \( \ce{^{237}_{93}$Np$} \) zapoczątkowuje szereg promieniotwórczy zwany szeregiem neptunowym. Każdy szereg promieniotwórczy zaczyna się nuklidem stosunkowo trwałym, który zanika wolniej niż pozostałe nuklidy, a kończy się nuklidem niepromieniotwórczym, który nie ulega dalszym przemianom. Te trzy szeregi promieniotwórcze kończą się trwałymi izotopami ołowiu. Na Rys. 1 przedstawiono szereg torowy.
.
Szereg torowy rozpoczyna się izotopem toru \( \ce{^{232}$Th$} \), a kończy stabilnym izotopem ołowiu \( \ce{^{208}$Pb$} \).
Liczba masowa A decyduje o tym, do jakiego szeregu promieniotwórczego należy dany nuklid. Podczas rozpadu promieniotwórczego liczba masowa zmniejsza się o 4 jednostki na skutek emisji cząstki \( {\alpha} \). W szeregu torowym liczby masowe nuklidów wyrażają się liczbą 4n, gdzie n jest liczbą naturalną. W szeregu uranowo-radowym liczby masowe nuklidów wyrażają się liczbą 4n + 2, a w szeregu uranowo-aktynowym 4n + 3, natomiast w sztucznym neptunowym szeregu promieniotwórczym liczby masowe wyrażają się liczbą 4n +1.
Reakcje jądrowe i termojądrowe
Rozpad promieniotwórczy dotyczy nie tylko pierwiastków, które występują w przyrodzie, ale tego typu przemiany jąder atomowych są prowadzone również w warunkach laboratoryjnych. Sztuczne przemiany promieniotwórcze pierwiastków zachodzą podczas bombardowania jąder atomowych cząstkami \( {\alpha} \), neutronami, protonami, deuteronami i innymi cząstkami. Energia cząstek bombardujących jądra atomowe jest zwykle rzędu kilkudziesięciu MeV. Jądra atomowe pochłaniają energię i emitują cząstki elementarne np. protony, neutrony itp. Neutron jest cząstką, która najłatwiej dociera do jądra atomowego, ponieważ nie posiada ładunku elektrycznego i nie ulega odpychaniu elektrostatycznemu podczas zbliżania się do niego. Dzięki temu neutrony posiadające nawet niedużą energię są często używane do przeprowadzenie reakcji jądrowych.
Reakcje jądrowe można przeprowadzić również używając jądra pierwiastków o większych liczbach atomowych i posiadających dużą energię. Podczas reakcji jądrowych przebiegających przy użyciu takich jąder powstają nowe pierwiastki oraz neutrony. Nowo powstające pierwiastki mają liczby atomowe powiększone o 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 lub 10 jednostek. Przykładem tego typu reakcji jądrowej jest otrzymywanie rubidu.
Metodę tę wykorzystuje się do otrzymywania pierwiastków transuranowych.
Przykładem reakcji termojądrowej jest łączenie się dwóch jąder deuteru ( \( \ce{^{2}_{1}$D$} \)) w jedno jądro helu ( \( \ce{^{4}_{2}$He$} \)). Podczas takiej reakcji wydzielają się bardzo duże ilości energii, ponieważ energia wiązania nukleonu w deuterze jest znacznie mniejsza niż energia wiązania nukleonu w jądrze helu [1]. Reakcje termojądrowe mogą zachodzić samorzutnie, ale tylko w bardzo wysokich temperaturach, np. takich jakie panują we wnętrzu gwiazd.