PHÂN RÃ PHÓNG XẠ

- PHÂN RÃ PHÓNG XẠ.
- Các đặc trưng cơ bản của hiện tượng phóng xạ Hiện tượng phóng xạ là quá trình hạt nhân tự động phát ra những hạt để trở thành hạt nhân khác hoặc thay đổi trạng thái của nó Hạt nhân chịu sự phóng xạ gọi là hạt nhân phóng xạ ( ví dụ.
- Các tia phát ra gọi là các tia phóng xạ (tia anpha (α), bêta (β), tia gama (γ)….
- Một hạt nhân phóng xạ được đặc trưng bởi:.
- Loại phóng xạ.
- Năng lượng.
- Hạt nhân bền là hạt nhân không phóng xạ, quá trình phóng xạ có thể là tự nhiên hoặc nhân tạo..
- Hiện tượng phóng xạ là một quá trình thống kê, các hạt nhân phóng xạ như nhau nhưng chúng sẽ phóng xạ tại những thời điểm khác nhau, hiện tượng phóng xạ xãy ra bên trong hạt nhân không phụ thuộc các tác nhân lý hóa bên ngoài..
- Các đặc trưng cơ bản của hiện tượng phóng xạ.
- Phương trình cơ bản của hiện tượng phóng xạ.
- Ta kí hiệu λ là hằng số phân rã có thứ nguyên.
- Giả sử tại thời điểm t số hạt nhân phóng xạ có trong mẫu là N, sau thời gian dt số hạt nhân phóng xạ là: Dấu trừ chỉ số hạt nhân phóng xạ giảm theo thời gian..
- Đây là phương trình cơ bản của hiện tượng phóng xạ.
- Gọi T là thời gian để số hạt nhân phóng xạ còn lại một nữa, đại lượng T gọi là chu kì bán rã của hạt nhân phóng xạ..
- Đối với hạt nhân phóng xạ xác định, ta không thể biết thời điểm khi nào thì hạt nhân phóng xạ .Nhưng xét một tập thể hạt nhân phóng xạ cùng loại,ta có thể xác định giá trị trung bình thời gian kể từ lúc hạt nhân phóng xạ tạo ra đến khi nó phóng xạ, đại lượng đó được gọi là thời gian sống trung bình của một loại hạt nhân phóng xạ kí hiệu là .Được xác định như sau.
- Ý nghĩa của : thế vào phương trình cơ bản của hiện tượng phóng xạ ta có.
- Nghĩa là là thời gian để số hạt nhân phóng xạ giảm đi e lần.
- Độ phóng xạ.
- Để đặc trưng cho tốc độ phân rã của một nguồn phóng xạ, người ta đưa đại lượng độ phóng xạ A là số hạt nhân phóng xạ của một nguồn phóng xạ phân rã trong một đơn vị thời gian..
- Độ phóng xạ A = -dN/dt = N.
- Đơn vị của độ phóng xạ: Curie kí hiệu Ci, 1Ci=3,7.10^10 phân rã/giây.
- 1Bq = 1 phân rã/giây.
- Phương pháp xác định hằng số phân rã λ bằng thực nghiệm.
- Xét trường hợp đơn giản: Hạt nhân phóng xạ trở thành hạt nhân bền và hạt nhân có chu kì bán rã bé.
- Muốn xác định , ta ghi số hạt bay ra khỏi nguồn trong một đơn vị thời gian, nghĩa là độ phóng xạ của nguồn A = -dN/dt.
- ta có: Trường hợp hạt nhân mẹ sau khi phân rã trở thành hạt nhân con, hạt nhân con lại tiếp tục phóng xạ theo sơ đồ A ----->.
- Đối với hạt nhân A ta có:.
- Với hạt nhân B ta có phương trình: Hay: Giải phương trình trên ta tìm định luật mô tả sự biến thiên số hạt nhân phóng xạ theo thời gian..
- Phương pháp xác định hằng số phân rã λ bằng thực nghiệm Khi t = 0, chưa có hạt nhân B nên:.
- Nếu hạt nhân mẹ có thời gian bán rã rất bé so với thời gian bán rã của hạt nhân con.
- tốc độ phân rã của hạt nhân mẹ bằng tốc độ phân rã của hạt nhân con, suy ra hạt nhân con B không đổi.
- Khi đó hệ ở trạng thái cân bằng phóng xạ.
- Nếu hạt nhân con tiếp tục phân rã và nếu có sự cân bằng phóng xạ giữa các hạt nhân con thì ta có chuỗi cân bằng ở trạng thái cân bằng bền.
- Hay Gọi là công thức cân bằng phóng xạ.
- Nếu hạt nhân mẹ có thời gian bán rã rất lớn so với thời gian bán rã của hạt nhân con.
- thì hạt nhân A chuyển ngay thành hạt nhân B, trong khi đó số hạt nhân B tạo thành hầu như không đổi.
- Phân rã anpha.
- Phân rã anpha là hiện tượng hạt nhân tự động phát rã hạt nhân α và trở thành hạt nhân con.
- Điều kiện về năng lượng:.
- Hạt nhân phóng xạ phải có năng lượng liên kết âm.
- Năng lượng của phân rã anpha đúng bằng giá trị tuyệt đối của năng lượng liên kết.
- Phân rã anpha Năng lượng dành cho động năng của hạt anpha và hạt nhân giật lùi Y..
- Ta có điều kiện về khối lượng để hạt nhân X phóng xạ anpha.
- v: vận tốc của hạt anpha (cm/s).
- 2.Năng lượng Eα và chu kì bán rã.
- Để đo chính xác năng lượng của hạt anpha, hiện nay người ta sử dụng phương pháp mẫu chuẩn để so sánh.
- Một trong những đặc điểm của phân rã anpha là hằng số phân rã anpha phụ thuộc mạnh vào năng lượng của anpha.
- Hằng số A gần giống nhau ở 3 họ phóng xạ, B khác nhau từ họ này đến họ kia chỉ 5% nếu viết theo năng lượng a, b hằng số cho cùng một họ phóng xạ.
- Để xác định các hằng số A,B ta xác định , R đối với 2 nguyên tố phóng xạ của cùng một dãy(chuỗi).
- Nhờ định luật Geiger-Nutlal ta có thể xác định hằng số phân rã của cá hạt nhân mà ta không thể xác định trực tiếp được, ví dụ các hạt anpha có quãng chạy dài (cường độ rất yếu).
- Gần 200 đồng vị phóng xạ nằm trong vùng.
- năng lượng trung bình.
- Các hạt nhân trong bảng phân hạng tuần hoàn có thể chia thành hai nhóm theo quan điểm phóng xạ.
- Nhóm hạt nhân phóng xạ.
- Nhóm bền đối với phóng xạ anpha.
- Thực nghiệm cho thấy các hạt nhân có Z >.
- 82 có tính phóng xạ anpha.
- Khi so sánh năng lượng phân rã anpha ∆Eα giữa các nguyên tố đồng vị thì ta thấy năng lượng ∆Eα giảm khi tăng số nuclon A.
- Nhờ tính chất này người ta có thể tiên đoán được năng lượng phân rã anpha đối với các đồng vị chưa biết của cùng 1 nguyên tố cho trước..
- Năng lượng phân rã anpha phụ thuộc theo số khối A của đồng vị.
- a, Loại phổ gồm có vài vạch năng lượng chênh lệch nhau 0,1MeV .
- Giải thích sự tồn tại hai loại vạch phổ Trường hợp a : ta xem hạt nhân mẹ ở trạng thái cơ bản khi phân rã hạt nhân con ở trạng thái khích thích.
- Thí dụ: hạt nhân E2 : E4 : E do đó cường độ giảm khi giảm.
- Chuyển dời chỉ có thể xảy ra giữa các trạng thái có momen quỹ đạo giống nhau của nuclon lẽ trong hạt nhân mẹ và hạt nhân con Còn các trạng thái khác do có sự chênh lệch momen quỹ đạo càng lớn dịch chuyển càng khó..
- Trường hợp b : ta giả thiết hạt nhân mẹ ở trạng thái kích thích khi phân rã về hạt nhân con ở trạng thái cơ bản..
- Số hạt nhân phân rã anpha của nhóm cơ bản là đa số hạt nhân phân rã gamma quyết định.
- ở 1 mức kích thích của hạt nhân mẹ có hai quá trình phân rã anpha và gamma cạnh tranh nhau.
- Trong một khoãng thời gian dt số hạt nhân phân rã là dN ta có:.
- Gọi lần lượt là hằng số phân rã gamma và anpha.
- Khi đó là hằng số phân rã tổng cộng, ta có: Suy ra.
- Do lớn nên phân rã từ trạng thái cơ bản về trạng thái cơ bản là lớn nhất..
- Nghiên cứu năng lượng trong phân rã anpha.
- Ta biết, điều kiện để 1 hạt nhân phân rã là năng lượng liên kết của hạt nhân đó đối với các thành phần của hạt nhân con phải âm tức là:.
- Nghĩa là ,khối lượng hạt nhân mẹ lớn hơn khối lượng của hạt nhân con và hạt anpha..
- Năng lượng phát ra trong quá trình phóng xạ α: động năng Eα và của hạt giật lùi ER.
- Nếu xem hạt nhân bị phân rã nằm ở trạng thái tĩnh tức là.
- Vì nên phần chủ yếu năng lượng tỏa ra khi phân rã là dưới dạng động năng của hạt anpha.
- Ví dụ: trong phân rã anpha của (hay còn gọi là Thc) với động năng.
- Năng lượng toàn phần của phân rã α là.
- Lý thuyết phân rã anpha.
- Năng lượng của hạt α phát ra trong hầu hết các hạt nhân phóng xạ có giá trị dưới 10MeV.
- Trong khi đó thế năng tương tác Coulomb giữa hạt nhân con và α rất lớn so với giá trị này..
- Xét trường hợp hạt nhân.
- Mặt khác thế năng tương tác Coulomb tại khoảng cách R bằng bán kính hạt nhân là 30MeV..
- Theo vật lý cổ điển, hạt α phải có năng lượng lớn hơn giá trị 30MeV mới có thể thoát ra khỏi hạt nhân mẹ Uran..
- Ở phần trên ta coi momen quỹ đạo của hạt anpha bằng 0 tức là , nếu thế năng tương tác giữa anpha và hạt nhân con sẽ khác..
- Xem hạt nhân như một quả cầu bán kính R, khi hạt nhân anpha trong hạt nhân bay ra với khoảng nhắm theo vật lý cổ điển hạt anpha sẽ có momen động lượng là.
- Nếu ta xem đối với hạt nhân nặng thì (2.2.31) Do khối lượng hạt anpha gấp bốn lần khối lượng của nuclon do đó: (2.2.32) Với năng lượng trung bình của hạt anpha.
- Với lần lượt là spin của hạt nhân mẹ và hạt nhân con.
- Để tìm mối liên hệ giữa hệ số truyền qua D và hằng số phân rã ta cần nhân D với xác xuất mà hạt anpha tiếp cận đến bên hạt nhân.
- Nếu hạt anpha trong hạt nhân có vận tốc v thì nó sẽ đi đến giới hạn hạt nhân, liên tục va chạm lên hàng rào thế với tần số va chạm:.
- Xác suất phân rã anpha:.
- Đây là một dạng của của định luật Geiger-Nuttall, trong đó G là một hàm của năng lượng hay là quãng chạy của hạt anpha..
- So sánh các giá trị tính theo công thức trên với giá trị thực nghiệm thấy các giá trị thực nghiệm phù hợp với các hạt nhân chẵn (trừ ) còn đối với hạt nhân lẻ thì phân rã anpha thường bị cấm.
- Với hạt nhân A lẻ: thì bán kính tiên đoán theo công thức là không đúng, thực tế giá trị của R nhỏ hơn các giá trị đó, nếu R nhỏ thì.
- Khi phân rã anpha thì spin hạt nhân cũng thay đổi nên hạt anpha bay ra có và có thể có những giá trị lớn, làm cho giảm mạnh, dẫn đến giảm, các trạng thái phân rã rất nhiều, hầu như bị cấm..
- Nếu xem hạt anpha được hình thành ở thời điểm phân rã thì xác suất tạo thành anpha trong hạt nhân có A lẻ sẽ nhỏ hơn ở hạt nhân chẵn.
- A chẵn: trường hợp các hạt nhân lẻ lẻ ví dụ.
- Riêng thì N = 126 mặc dù hạt nhân A chẵn nhưng vì nó có vỏ đầy nên nhỏ..
- Hằng số nhỏ vì phải kể đến ảnh hưởng của trường bức xạ gamma của hạt nhân con tác dụng lên hạt anpha.