یک نوکلید رادیوژنیک هسته‌ای است که در طی فرآیند تجزیه رادیواکتیو تولید می‌شود . ممکن است خود رادیواکتیو (یک رادیونوکلئید ) یا پایدار ( نوکلیدی پایدار ) باشد.
هسته های پرتوزا (که بیشتر به عنوان ایزوتوپ های پرتوزایی شناخته می شوند ) برخی از مهم ترین ابزارها در زمین شناسی را تشکیل می دهند. آنها به دو صورت اصلی استفاده می شوند:
برخی از ایزوتوپ‌های طبیعی کاملاً پرتوزا هستند، اما همه آنها ایزوتوپ‌های رادیواکتیو هستند و نیمه عمر آنها بسیار کوتاه‌تر از آن است که در ابتدا وجود داشته باشد و هنوز هم وجود دارد. بنابراین، آنها فقط به عنوان دختران پرتوزایی فرآیندهای پوسیدگی در حال انجام، یا فرآیندهای کیهانی (القای پرتوهای کیهانی) که آنها را به تازگی در طبیعت تولید می کنند، حضور دارند. تعدادی دیگر به طور طبیعی توسط فرآیندهای هسته زایی (واکنش های هسته ای طبیعی از انواع دیگر، مانند جذب نوترون) تولید می شوند.
برای ایزوتوپ های پرتوزایی که به اندازه کافی آهسته تجزیه می شوند، یا ایزوتوپ های پایدار هستند ، یک کسر اولیه همیشه وجود دارد، زیرا همه ایزوتوپ های با عمر کافی و پایدار در واقع به طور طبیعی به طور اولیه وجود دارند. بخش دیگری از برخی از این ایزوتوپ ها نیز ممکن است به صورت پرتوزایی رخ دهد.
سرب شاید بهترین نمونه از یک ماده نیمه پرتوزا باشد، زیرا هر چهار ایزوتوپ پایدار آن ( 204 Pb، 206 Pb، 207 Pb، و 208 Pb) در ابتدا، در نسبت های شناخته شده و ثابت وجود دارند. با این حال، 204 سرب فقط در ابتدا وجود دارد، در حالی که سه ایزوتوپ دیگر ممکن است به عنوان محصولات فروپاشی پرتوزایی اورانیوم و توریم نیز وجود داشته باشند . به طور خاص، 206 Pb از 238 U، 207 Pb از 235 U، و 208 Pb از 232 Th تشکیل می شود. در سنگ‌هایی که حاوی اورانیوم و توریم هستند، مقادیر اضافی سه ایزوتوپ سنگین‌تر سرب اجازه می‌دهد تا سنگ‌ها «تاریخ» شوند، بنابراین تخمین زمانی برای زمانی که سنگ جامد شده و ماده معدنی نسبت ایزوتوپ‌ها را ثابت و در جای خود نگه می‌دارد، ارائه می‌کند.
یکی دیگر از هسته های پرتوزای قابل توجه آرگون -40 است که از پتاسیم رادیواکتیو تشکیل شده است . تقریباً تمام آرگون موجود در جو زمین رادیوژنیک است، در حالی که آرگون اولیه آرگون-36 است.
مقداری از نیتروژن -14 رادیوژنیک است که از تجزیه کربن 14 (نیمه عمر حدود 5700 سال) به وجود می آید، اما کربن-14 مدتی زودتر از نیتروژن-14 توسط پرتوهای کیهانی تشکیل شده است.
نمونه‌های مهم دیگر عناصر پرتوزا عبارتند از رادون و هلیوم که هر دو در هنگام فروپاشی عناصر سنگین‌تر در سنگ بستر تشکیل می‌شوند. رادون کاملاً پرتوزا است، زیرا نیمه عمر بسیار کوتاهی دارد که در ابتدا رخ داده است. با این حال، هلیوم در ابتدا در پوسته زمین وجود دارد، زیرا هم هلیوم-3 و هم هلیوم-4 پایدار هستند و مقادیر کمی در پوسته زمین به محض شکل گیری آن به دام افتاده است. هلیوم-3 تقریباً کاملاً اولیه است (مقدار کمی از واکنش های هسته ای طبیعی در پوسته ایجاد می شود). هلیوم-3 همچنین می تواند به عنوان محصول فروپاشی تریتیوم ( 3H ) تولید شود که محصول برخی واکنش های هسته ای از جمله شکافت سه تایی است . عرضه جهانی هلیوم (که در چاه های گاز و همچنین اتمسفر وجود دارد) عمدتاً (حدود 90٪ - 99٪) پرتوزا است، همانطور که با ضریب غنی سازی 10 تا 100 برابری آن در هلیوم-4 پرتوزا نسبت به نسبت اولیه نشان می دهد. از هلیوم-4 تا هلیوم-3. این نسبت اخیر از منابع فرازمینی، مانند برخی از سنگ‌های ماه و شهاب‌سنگ‌ها، که نسبتاً عاری از منابع والدین هلیوم-3 و هلیوم-4 هستند، شناخته شده است.
همانطور که در مورد سرب-204 ذکر شد، یک هسته پرتوزا اغلب رادیواکتیو نیست. در این مورد، اگر هسته پیش ساز آن نیمه عمر بسیار کوتاهی داشته باشد که از زمان های اولیه زنده بماند، آنگاه هسته والد ناپدید می شود و اکنون به طور کامل توسط بیش از حد نسبی دختر پایدار خود شناخته می شود. در عمل، این اتفاق برای همه پرتوزا با نیمه عمر کمتر از 50 تا 100 میلیون سال رخ می دهد. چنین هسته‌هایی در ابرنواخترها تشکیل می‌شوند ، اما به عنوان رادیونوکلئیدهای منقرض شده شناخته می‌شوند ، زیرا امروزه مستقیماً روی زمین دیده نمی‌شوند.
نمونه ای از یک رادیونوکلئید منقرض شده ید-129 است . به زنون-129 تجزیه می شود، ایزوتوپ پایدار زنون که نسبت به سایر ایزوتوپ های زنون بیش از حد ظاهر می شود. در شهاب‌سنگ‌هایی یافت می‌شود که از ابر غبار اولیه منظومه شمسی متراکم شده و ید-129 اولیه (نیمه عمر 15.7 میلیون سال) را در یک دوره کوتاه (احتمالاً کمتر از 20 میلیون سال) بین ایجاد ید-129 در یک ابرنواختر به دام انداخته‌اند. ، و تشکیل منظومه شمسی با متراکم شدن این غبار. ید-129 به دام افتاده اکنون به عنوان بیش از حد نسبی زنون-129 ظاهر می شود. ید-129 اولین رادیونوکلئید منقرض شده ای بود که در سال 1960 استنباط شد. سایرین عبارتند از آلومینیوم-26 (همچنین از منیزیم-26 اضافی موجود در شهاب سنگ ها استنباط می شود) و آهن-60.
جدول زیر تعدادی از مهم ترین سیستم های ایزوتوپی پرتوزا را که در زمین شناسی استفاده می شود، به ترتیب کاهش نیمه عمر ایزوتوپ اصلی رادیواکتیو فهرست می کند. مقادیر داده شده برای نیمه عمر و ثابت پوسیدگی، مقادیر اجماع فعلی در جامعه زمین شناسی ایزوتوپی هستند. [1]
** محصول زوال نهایی یک سری را نشان می دهد.
واحدهای استفاده شده در این جدول
Gyr = gigayear = 10 9 years
Myr = Megayear = 10 6 years
Kyr = کیلو سال = 10 3 سال
گرمایش رادیوژنیک در نتیجه آزاد شدن انرژی گرمایی از واپاشی رادیواکتیو [4] در طی تولید هسته‌های رادیوژنیک اتفاق می‌افتد. همراه با گرمای حاصل از گرمای اولیه (ناشی از برافزایش سیاره ها)، گرمایش پرتوزایی که در گوشته و پوسته رخ می دهد ، دو منبع اصلی گرما در داخل زمین را تشکیل می دهند . [5] بیشتر گرمایش پرتوزایی در زمین ناشی از فروپاشی هسته های دختر در زنجیره های تجزیه اورانیوم 238 و توریم 232 و پتاسیم 40 است . [6]