Chương 8: PHÂN RÃ PHÓNG XẠ §1. HIỆN TƯỢNG PHÂN RÃ PHÓNG XẠ Nhà vật lý người Pháp Bécơren là người đầu tiên khám phá ra hiện tượng phóng xạ vào năm 1896 Sản phẩm phân rã phóng xạ Tia α là chùm các hạt tích điện dương chính là chùm hạt nhân của nguyên tử Hêli Tia β: bản chất tia β là các êlectron (β− ) và các pôditrôn (β+ ) (positron) Tia γ: bản chất là các phôtôn có năng lượng cao 1934, Irene và Joliot Curie: β + - positron 27 4 30 13 2 15 Al He P n β + + → + 1996, phòng thí nghiệm Damstadd, Đức 70 208 278 277 252 30 82 100 112 112Zn Pb n Fm+ → → + → →K 1500 nuclid, trong đó khoảng 250 bền §2. ĐỊNH LUẬT PHÂN RÃ PHÓNG XẠ Giả sử ở thời điểm t, số hạt nhân phóng xạ chưa phân rã là N hay dN N dt λ = − 0 t N N e λ − = 0 2 t T N N − = ln 2 0,693 T λ λ = = t N 0 T 2T 3T N 0 Thời gian sống trung bình: 0 0 0 0 0 0 1 1 t t tdN N e tdt e tdt N N λ λ τ λ λ λ ∞ ∞ ∞ − − = = = = ∫ ∫ ∫ Hoạt độ phóng xạ: dN H dt = − 0 t H N H e λ λ − = = Đơn vị hoạt độ phóng xạ(SI): Bq (Bequeren) 1Ci = 3,7.10 10 pr/s §3. QUY TẮC DỊCH CHUYỂN. HỌ PHÓNG XẠ TỰ NHIÊN 1. Phân rã α 1. Quy tắc dịch chuyển Ví dụ: 4 4 + 2 2 A A X He Y Z Z α − → − 238 234 4 + 92 90 2 U Th He→ 2. Phân rã β Phân rã β − + e 1 A A X Y Z Z β − − → + Phân rã β + + e 1 A A X Y Z Z β + + → − Bắt K + e 1 A A X Y Z Z − → − Ví dụ: + 12 12 + e 7 6 N C β + → 231 231 90 91 Th Po e β − − → + Ví dụ: 0,8 0 α β + 0 1,015 0,834 β - 27 12 Mg 22 11 Na 22 10 Ne 210 84 Po 206 82 Pb 27 13 Al 2. Các họ phóng xạ ♦ Họ Urani bắt đầu bằng hạt nhân , phóng xạ α với chu kỳ bán rã T 1/2 = 4,51.10 9 năm biến thành . Đồng vị này lại phóng xạ β − biến thành … Họ Urani tận cùng bằng đồng vị bền chì . Số khối của các đồng vị tham gia trong chuỗi phóng xạ có thể được biểu thị A = 4n + 2 238 92 U 234 90 Th 206 82 Pb Công thức chung: A = 4n + c ♦ Họ Actinium: Bắt đầu bằng hạt nhân , phóng xạ α với chu kỳ bán rã T 1/2 = 7,07.10 8 năm, biến thành , … cuối cùng kết thúc ở đồng vị bền của chì . Các đồng vị của họ này có A = 4n + 3 235 92 U 231 90 Th 207 82 Pb ♦ Họ Thori: Bắt đầu bằng hạt nhân , phân rã α với chu kỳ bán rã T 1/2 = 1,41.10 10 năm, biến đổi thành , … và kết thúc bằng đồng vị bền của chì . Các đồng vị tham gia trong họ này có A = 4n. 228 88 Ra 232 90 Th 208 82 Pb [...]... ≥ MY + Mα Năng lượng giải phóng trong phân rã α là Q = DY + Dα = ( M X − M Y − M α ) c 2 Từ phương trình bảo toàn động lượng M Y vY = M α vα Suy ra M Y DY = M α Dα Các khối lượng của hạt nhân con và của hạt α có thể lấy gần đúng, bằng A − 4 và 4 đvklnt A−4 Dα = Q A Do A rất lớn nên coi gần đúng Dα ≈ Q §5 PHÂN RÃ β 1 Các dạng phân rã Phân rã β − β− A A X → Y + e− Z Z +1 Phân rã β+ β+ A A X → Y + e+ Z...232 α α Th → → 212 2 28 β- Pb → β- Ra → 212 2 28 β- Bi → α ] β- Ac → 212 2 28 α Po → 2 08 α Th → 2 08 82 224 α Ra → 220 α Rn → 216 Po Pb β- Te Z ♦Họ Neptuni: Bắt đầu bằng hạt nhân 237 93 Np với T1/2 = 2,14.106 năm, tận cùng bằng đồng vị bền của Bizmut 209 83 Bi Các đồng vị tham gia trong họ này có A = 4n + 1 3 Cân bằng phóng xạ Xét: A → B → C N A (0) = N 0 A t=0 Tại thời điểm... dt Thay biểu thức định luật phóng xạ của NA dN B − λ At = λ A N 0 A e − λB N B dt Nghiệm NB(0)=0 λA N 0 A − λAt N B (t ) = Ce + e λB − λ A λA N 0 A C = N B (0) − λB − λ A − λB t λA N 0 A − λAt − λBt N B (t ) = (e −e ) λB − λ A a ) λ A = λB : e − λ At ? e − λB t λB N B (t ) = λA N A (t ) Bao nhiêu hạt nhân mẹ A phân rã thì bấy nhiêu hạt nhân con B phân rã → cân bằng phóng xạ λ A N A = λB N B = = λZ... Z N A NB NZ = = = TA TB TZ Ví dụ: Họ U2 38 có TA=4,5.109 năm, U234 có TB=2, 48. 105 năm N B TB = = 0,54.10−4 N A TA Do vậy U234 có tỷ lệ 5,4.10-3 % trong Urani tự nhiên b) λ A ? λB : Số hn mẹ hầu như hoàn toàn biến đổi sang hn con N B (t ) = N 0 Ae − λBt §4 PHÂN RÃ α α A 4 A−4 X → He + Y Z 2 Z −2 Phổ vạch, các nhóm cùng vận tốc % α1: 6% - 4,170 MeV α2 α1 α3 α2: 84 % - 4,370 MeV α3: 10% - 4,559 MeV M X... phản ứng bắt K đồng thời với phản ứng β+ 3 Nếu a), b) thỏa mãn thì c) cũng thỏa mãn §6 PHÂN RÃ γ Nguồn gốc Hạt nhân từ trạng thái kích thích chuyển về trạng thái năng lượng thấp hơn hυ = Em − En Bản chất: sóng điện từ có bước sóng nhỏ hơn tia X 2 Cách tạo ra hạt nhân kích thích - Bắn phá hạt nhân - Kết quả phân rã α, β - Hấp thụ tia gamma - Kích hoạt neutron ... mν≈10-6me 3 Điều kiện phân rã β M ( A, Z )c 2 = M ( A, Z + 1)c 2 + mec 2 + DY + De + Dυ% M ( A, Z )c 2 = M ( A, Z − 1)c 2 + mec 2 + DY + De + Dυ M ( A, Z )c 2 + mec 2 = M ( A, Z − 1)c 2 + DY + Dυ% Cộng thêm Zmec2 sẽ suy ra điều kiện a ) M nt ( A, Z ) > M nt ( A, Z + 1) b) M nt ( A, Z ) > M nt ( A, Z − 1) + 2me c) M nt ( A, Z ) > M nt ( A, Z − 1) Nhận xét: 1 Không có 2 hạt nhân đồng phân bền có điện tích . . Các đồng vị tham gia trong họ này có A = 4n. 2 28 88 Ra 232 90 Th 2 08 82 Pb - - - - - 232 2 28 2 28 2 28 224 220 216 212 212 212 2 08 82 2 08 Th Ra Ac Th Ra Rn Po Pb Bi Po Te Pb β β α α α. + e 7 6 N C β + → 231 231 90 91 Th Po e β − − → + Ví dụ: 0 ,8 0 α β + 0 1,015 0 ,83 4 β - 27 12 Mg 22 11 Na 22 10 Ne 210 84 Po 206 82 Pb 27 13 Al 2. Các họ phóng xạ ♦ Họ Urani bắt đầu bằng. được biểu thị A = 4n + 2 2 38 92 U 234 90 Th 206 82 Pb Công thức chung: A = 4n + c ♦ Họ Actinium: Bắt đầu bằng hạt nhân , phóng xạ α với chu kỳ bán rã T 1/2 = 7,07.10 8 năm, biến thành , …