LUẬN văn sư PHẠM vật lý tìm HIỂU HIỆN TƯỢNG PHÓNG xạ và các ỨNG DỤNG của nó TRONG CUỘC SỐNG

Gi o viên hướng dẫn : Sinh viên thực hiện :

Mã số SV: 1090178

ớp: Sư Phạm Vật ý

Khóa: 35

Cần Thơ, năm 2013

L i u ti n m xin h n th nh m n trư ng i h C n Th , kho Sư ph m,

môn Sư ph m Vật l t o i u kiện thuận l i, ung p t i liệu m thự hiện t i n y

M

Ph n M U 7

Ph n N I DUNG 10

Chư ng : M T S V N X H I V PH NG X 10

TR N TH GI I V TRONG N C 10

1.1 Tr n th gi i 10

1.2 Trong nư 11

Chư ng : LỊCH SỬ PHÁT HIỆN 13

V QUY LUẬT PHÂN R PH NG X 13

2.1 Ph t hiện hiện tư ng ph ng x tự nhi n 13

2.2 Quy luật ph n r ph ng x 13

Ph n r ph ng x n gi n 13

2 Chu i nhi u ph n r ph ng x 16

Chu i h i ph n r ph ng x 16

Chu i ph n r ph ng x 16

2.2.2.3 C n ằng ph ng x 17

Chư ng 3: CÁC I L ỢNG ẶC TR NG 19

V CÁC ƠN VỊ O L ỜNG PH NG X 19

3.1 C i lư ng ặ trưng 19

3 Ho t 19

3 Chu kỳ n r T / 19

3 3 Hằng số ph ng x 19

3 4 i sống trung nh  19

3.2 C n v o lư ng ph ng x 19

3 n v Curi 19

3 n v R ngh n 20

3.2 3 n v R 20

3 4 n v R m 20

3 5 Ph n iệt giữ n v li u lư ng ph ng x v i n v ho t ph ng x 20

3.3 C nh luật hi phối hiện tư ng ph ng x 20

3 3 nh luật o to n iện t h 20

3 3 nh luật o to n số khối 21

3 3 3 nh luật o to n năng lư ng 21

3 3 4 nh luật o to n xung lư ng 21

3 3 5 nh luật o to n spin 21

3 3 6 nh luật o to n t nh hẵn lẻ 21

Chư ng 4: TÌM HIỂU CÁC TIA PH NG X 22

V HIỆN T ỢNG PH NG X TRONG TỰ NHI N 22

4.1 Ph n r  22

4 Quy tắ h huy n 22

4 C t nh h t ph n r lph 23

4.1.2.1 X nh ặ trưng ph n r lph 23

4 Th i gi n n r v năng lư ng 24

4 3 C u tr tinh t 24

4 3 i u kiện v năng lư ng ối v i ph n r lph 24

4 4 C h ph n r lph 25

4.2 Ph n r  26

4 C lo i ph n r t 26

4.2.1.1 Phân rã- 26

4.2.1.2 Phân rã + 28

4 3 Chi m l tron quỹ o 28

4.2.1.4 Các t nh h t n ph n r t 30

4 C n ằng năng lư ng trong ph n r t 30

4.2.2.1 Phân rã - 30

4.2.2.2 Phân rã + 31

4.3 D h huy n g mm 32

4 3 C t nh h t h huy n g mm 32

4 3 S ồ h huy n g mm 32

4 3 Năng lư ng ứ x g mm 33

4.4 H ph ng x 33

4 4 H Ur ni 34

4 4 H A tinium 35

4 4 3 H Thori 36

4 4 4 K t luận 36

4 4 5 H N ptuni 38

Chư ng 5: CÁC PH ƠNG PHÁP GHI O BỨC X 39

5.1 D t t r hứ kh 39

5 Mi n I: Mi n t i h p 40

5 Mi n II: Mi n uồng ion h 40

5 3 Mi n III: Mi n ống m tỷ lệ 40

5 4 Mi n IV: Mi n ống m G ig r-Muller 40

5 5 Mi n V: Mi n ph ng iện 41

5.2 Buồng ion h 41

5 3 ng m t lệ 42

5 4 ng m Geiger- Nucler 42

5.4 Nguy n tắ ho t ng 42

5 4 ặ trưng pl t u 42

5 4 3 Th i gi n h t v th i gi n hồi phụ 43

CH ƠNG 6: PH NG X TỰ NHI N 44

V CÁC ỨNG D NG C A N 44

6.1 C ồng v ph ng x trong t ng sinh quy n 44

6 Ph ng x trong t 44

6 C y ph ng x tự nhi n 44

6 C ồng v ph ng x kh 47

6 Ti v trụ 48

6 Nguồn gố v th nh ph n ti v trụ 48

6 Th nh ph n ứng 49

6 3 Th nh ph n m m 50

6.2 C i lư ng v n v o li u ứ x 51

6 Ho t 51

6 Li u ứ x 51

6 3 Li u tư ng ư ng sinh h v li u hiệu ụng 51

6 4 X su t hiệu ứng ng u nhi n ứ x 53

6.2.5 Li u gi i h n ho phép 53

6 3 Chi u x ngo i 53

6 3 Bứ x g mm từ nguồn ph ng x trong t 53

6 3 Ph ng x ti v trụ 54

6 3 3 C vùng thư ng ph ng x tự nhi n 54

6 3 Chi u x trong 55

6.3.2.1 Dãy 238U 55

6 3 R on v s n ph m ph n r n 57

6 3 3 C ồng v ph ng x nguồn gố tử ti v trụ 57

6 3 4 C ồng v ph ng x i kh 58

6 3 5 Những vùng hi u x trong t thư ng 58

6 3 3 Li u hiệu ụng tổng ng ( hi u x ngo i v hi u x trong) 58

6.4 Phư ng ph p ph ng x tự nhi n x nh ni n i 60

6.4.1 Nguyên lý 60

6 4 Phư ng ph p Ur n- Chì 61

6.4.3 Phư ng ph p on ph ng x 63

6 4 3 Nguồn gố 4C 63

6.4.3.2 Xác nh tuổi m u vật ằng phư ng ph p on ph ng x 64

6 4 4 Phư ng ph p nhiệt huỳnh qu ng x nh ni n i 67

6.4.4.1 Hiện tư ng nhiệt huỳnh qu ng (th rmolumin s n ) 67

6 4 4 C s phư ng ph p nhiệt huỳnh qu ng x nh ni n i 69

Chư ng 7: PH NG X NHÂN T O V ỨNG D NG 70

7.1 Ch t o ồng v ph ng x nh n t o 70

7 Dùng m y gi tố 70

7 Chi u x i notron trong l ph n ứng 70

7 3 Từ s n ph m ph n h h 73

7 Ứng ụng nguồn ứ x g mm , notron ho t l n 73

7 Chụp nh g mm 73

7.2.1.1 Coban Co60 73

7.2.1.2 ồng v t nt n T 182 73

7.2.1.3 ồng v Iri ium Ir192 74

7 Chi u x g mm 74

7 Diệt trùng o qu n thự ph m 74

7 Diệt trừ n trùng, o qu n ng ố , r u qu 75

7 3 Diệt trùng o qu n ư liệu, vật liệu y t

7 4 Diệt khối u 76

7 3 Ứng ụng hiệu ứng h h , vật l ứ x 76

7 3 T ụng ứ x g mm l n polim i ph n tử 76

7 3 T ụng notron l n vật liệu 77

7.3 Phư ng ph p ồng v nh u 78

7 3 X nh hư m n 78

7 3 Phư ng ph p nh u ứng ụng trong y sinh, n ng h , th y văn… 78

7.3.2.1 Trong y sinh 79

7 3 Trong n ng nghiệp 80

7 3 3 Trong th y văn 80

7 4 Ứng ụng ồng v ph ng x trong phép o, ki m tr li n tụ 81

7 4 Phép o y 81

7 4 Phép o mứ , th t h, lưu lư ng h t lỏng 81

7.5 Phư ng ph p notron 81

7 5 X nh m t ằng phư ng ph p notron 81

7 5 Ứng ụng notron trong thăm , t m ki m u 82

7.6 Phư ng ph p g mm x nh mật 83

7 6 X nh mật ằng ứ x g mm truy n qu 83

7 6 X nh mật ằng g mm t n x 83

7.7 M t v i ứng ụng ặt iệt 83

7 7 Pin h t nh n 83

7 7 Kĩ thật triệt s n n trùng 84

7 7 3 Trong hữ ệnh ung thư 84

7.8 M t v i ứng ụng ư p ụng việt n m 85

7 8 Trong n ng nghiệp 85

7 8 Trong ng u o vệ m i trư ng 86

7 8 3 Ph t tri n kỹ thuật ph n t h h t nh n 86

7 8 4 Nghi n ứu qu tr nh trong tự nhi n 87

7 8 5 Ứng ụng kỹ thuật h t nh n trong khử trùng, o qu n v i n t nh vật liệu 87

7 8 6 Trong ng nghiệp 88

7 8 7 D h vụ o li u ứ x 88

7 8 8 Thi t k , h t o thi t iện tử h t nh n 89

Chư ng 8: PHÂN R BETA THEO QUAN IỂM HIỆN I 90

8.1 C h t qu rk 90

8.2 C u t o h t h r ron th o qu rk 91

8 C u t o h t proton th o qu rk 91

8 C u t o h t notron th o qu rk 91

8.3.1 Phân rã - 91

8.3.2 Phân rã + 92

8.4 C lo i tư ng t 92

8 4 Tư ng t h p n 92

8 4 Tư ng t iện từ 92

8 4 3 Tư ng t m nh 92

8 4 4 Tư ng t y u 92

8.5 Tư ng t y u - h t m zon v to trung gi n w , w-, z0 92

8.6 Sự kh ng o to n t nh hẵn lẻ trong tư ng t y u 93

Ph n K T LUẬN 94

T I LIỆU THAM KH O 95

hệ o h t nh n như o mứ h t lỏng, o y, m vật liệu; trong y

huy n tự ng h nh m y ng nghiệp; ph t tri n kỹ thuật ph n t h h t nh n

th m gi v o hư ng tr nh thăm , kh i th t i nguy n kho ng s n v nghi n ứu,

o vệ m i trư ng; sử ụng ồng v tự nhi n v nh n t o nh gi m t số qu tr nh

trong tự nhi n như hiện tư ng ồi l p, x i m n; sử ụng nguồn ứ x ư ng o

khử trùng ụng ụ, h ph m v o qu n thự ph m, ư ph m; ứng ụng kỹ thuật h t

nh n trong n ng nghiệp v sinh h

ặt iệt l sử ụng năng lư ng h t nh n m r m t qu tr nh ti n h , trong o

gồm u h m ng kỹ thuật m i n t i s m i v ng nghệ v năng lư ng ho n n

kinh t l m t số ưu i m nổi ật ng nh h t nh n n i hung n v hiện tư ng

ph ng x n i ri ng ng ư u tư nghi n ứu ph t tri n ng y ng nhi u nhằm phụ vụ

ho i sống on ngư i Hiện n y tr n th gi i ng như Việt N m ph ng x ng y ư ứng

ụng phụ vụ ho ng nh kho h ặc biệt l y h

C nguồn ph ng x trong tự nhi n v n th n nguồn ph ng x nh n t o ng

ng g p m t ph n kh ng nhỏ v o sự ph t tri n th gi i hiện n y Tuy nhi n, n nh

y u tố t h ự , nguồn ph ng x n y ng g y r hiệu ứng kh nh u t ng

trự ti p h y gi n ti p t i th on ngư i ng như m i trư ng xung qu nh, i n h nh l vụ

nổ nh m y iện nguy n tử Ch rno yl năm 986, v g n y l sự ố li n ti p t i nh

m y iện h t nh n Fukushim số t nh Fukushim ph ng Bắ Nhật B n s u th m ho

kỹ thuật trong kho h , nghi n ứu, n ng nghiệp v ng nghiệp, những lĩnh vự i

thiện u sống tr n Tr i t v i mứ kh th nh gi ư

Ng y n y, h ph ng x l m t h m ng t nh th i sự v rõ r ng l nhi u ngư i

thự sự lo lắng ặ iệt l v nh hư ng l u i n ối v i sứ khoẻ h nh h v on

h u h Kh năng sự ố trong s h t nh n, v n qu n l , vận huy n v lưu giữ

h t th i h t nh n, nh hư ng r th i từ nh m y iện h t nh n r m i trư ng v

Những v n n y ư tri n kh i trong hư ng s u:

Chư ng M t số v n x h i v ph ng x tr n th gi i v trong nư

Chư ng 2 L h sử ph t hiện v quy luật ph n r ph ng x

Chư ng 3 C i lư ng ặ trưng v n v o lư ng ph ng x

Chư ng 4 T m hi u ti ph ng x v hiện tư ng ph ng x trong tự nhi n

Chư ng 5 C phư ng ph p ghi o ứ x

P ần N UN

ƣơng : M T S V N Đ V P N

TR N T V TRON NƢ

1 TR N T

K từ ng y ư nh h H nri B qu r l t m r v o năm 896, t nh n n y, ph t minh

v h t ph ng x g n tuổi Trong h nh tr nh h n năm l h sử , h t liệu n y

tr i qu những i n ổi thăng tr m, khi l m t gi i ph p tối ưu ho ng nh ng nghiệp

qu n sự v u sống nhưng ng y n y ng tr th nh nguy m th m m t t i h tự

nhi n m nh kho h m i vừ kh m ph

V o những năm 93 , h i nh kho h Fr ri v Ir n Joliot Curi l m r h t ph ng x

nh n t o Từ , nh kho h kh ng ph i lệ thu v o h t ph ng x tự nhi n, qu hi m

v v ùng ắt ỏ nữ Năm 945, ụ th h n l ng y 6/8/ 945, qu om h t nh n u ti n

trong l h sử lo i ngư i ùng nổ tr n o Hiroshim - Nhật B n ho th y mặt tr i h t

ph ng x trong t y nh qu n sự

Từ những thập ni n 95 - 96 , việ th i h t plutonium r m i trư ng tr th nh m t

v n ng o ng Vùng S ll fi l (vư ng quố Anh) l n i s n xu t r plutonium ho

việ h t o u n h t nh n Hậu qu l h t ph ng x gi tăng trong m i trư ng sống,

t h i n sứ khỏ v t nh m ng on ngư i T i m t ng i l ng nhỏ S s l , h

S ll fi l km v ph N m, số trẻ m ệnh h u tăng g p 7 l n so v i những n i

kh T nh tr ng tư ng tự x y r t i nhi u n i tr n t nư Ir l n , u Ch nh ph nư

n y ph i l n ti ng o u h nh quy n vư ng quố Anh l m nhi m ph ng x trên

vùng uy n h i h Ch nh ph Anh ho i t, h hi r tỷ ng Anh trong 5 năm

Ch rno yl Ukr in v o năm 986, khi n nư i n v sinh vật i n nhi m x v

uối ùng th th ng qu lo i him i n, h t ph ng x nhi m v o thự ph m, r u

qu tr n t li n v g n y l sự ố li n ti p t i nh m y iện h t nh n Fukushim số

t nh Fukushim ph ng Bắ Nhật B n s u th m ho ng t s ng th n v o th ng

3/2011

Mặ ù ng y n y, h t ph ng x v n ng ư sử ụng nhưng h nh nh r ium

th y ổi nh nh h ng ư i on mắt i h ng Ngư i t nh gi h n r t nhi u v i

h t ph ng x trong tự nhi n ng như nh n t o C n nh kho h th v n miệt m i

kh ng ngừng ngh trong việ nghi n ứu h t ph ng x t m r h kh i th tối

mặt l i v h n h mặt h i h ng

TRON NƢ

Ch nh s h ph t tri n năng lư ng n vững ư ng v Nh nư t qu n t m m n i

ung n l ng h nguồn năng lư ng t nh n việ o tồn ph t tri n t i

nguy n v o vệ m i trư ng Nhận thứ rõ v i tr iện h t nh n trong h nh s h ph t

tri n năng lư ng trong qu tr nh ng nghiệp h v hiện i h t nư , ng nh h t nh n

ư gi o nhiệm vụ th m gi "Nghi n ứu x y ựng nh m y iện nguy n tử trong quy

ho h i h n" V o th ng năm 983, l ph n ứng h t nh n u ti n nư t ặt t i

L t ư ư v o ho t ng Mụ ti u l l nghi n ứu n v s n xu t ồng v

ph ng x phụ vụ nhu u thự t nư t v ùng phư ng ph p ồng v ph ng x

nh u kh o s t qu tr nh ng nghiệp, nghĩ l kỹ thuật soi, ùng ti ph ng x truy n qu

l p h nh nh, m t số kỹ thuật ph n t h trự ti p tr n vật m u

G n y, phư ng ph p nh u ồng v ph ng x ư ứng ụng trong kh i th u kh

th o õi sự i huy n nư m ép trong mỏ, h n o n tối ưu h qu tr nh ng

nghệ nhằm g p ph n m o h t lư ng, n to n trong s n xu t v i sống phụ vụ ng

t kh i th mỏ u th m lụ Việt N m

Kỹ thuật h t nh n v ồng v ph ng x ng v i tr qu n tr ng trong ứng ụng v mụ

h h nh Năng lư ng nguy n tử nhi u nư , trong nư t , i lẽ ứng

ụng kỹ thuật h t nh n kh ng những ng g p nghĩ v o hư ng tr nh ph t tri n

kinh t - x h i m n g p ph n hu n nh n lự v m r ng kh năng h p nhận n

h ng ối v i Chư ng tr nh iện h t nh n trong tư ng l i

ƣơng 2: Ị SỬ P T N

VÀ QUY UẬT P ÂN R P N

2.1 P T N N TƢ N P N T N N

Nh Vật L ngư i Ph p Antonin H nri B qu r l l ngư i u ti n kh m ph r hiện

tư ng ph ng x v o năm 896 Bằng phư ng ph p thự nghiệm ng ph t hiện r muối

Ur ni ph t r những ti kh ng tr ng th y nhưng l i kh năng xuy n qu l p vật h t

kh ng trong suốt, ion h ư kh ng kh , t ụng l n k nh v phim nh hoặ g y r hiện

tư ng ph t qu ng m t số h t

Ph ng x tự nhi n l m t qu tr nh i n ổi tự ph t những h t nh n kh ng n, trong

qu tr nh ph n r , h t nh n ồng v n y ph t r những h t hoặ ti ph ng x v i n th nh

h t nh n ồng v kh

2.2 QUY UẬT P ÂN R P N

P ân rã p óng xạ đơn giản

Khi phân rã ph ng x , số h t nh n hư ph n r sẽ gi m th o th i gi n Gi sử th i i m

N = N0 e-dt (2.3) Trong N0 l số h t nh n hư ph n r th i i m n u t = , N l số h t nh n hư

ph n r th i i m t y l quy luật ph n r h t nh n ph ng x

Th i gi n sống trung nh h t nh n ph ng x ư t nh như s u:

T =





0



te-  tdt





0



e-  tdt

Thay  t = x ta có:

T =

1

20



xe-xdx

1

x0



e-xdt

a =  N =  N0e -t

(2.9)

n v o ho t ph ng x trong hệ SI l B qu r l (k hiệu l Bq) Bq l ph n r trong

gi y n v thư ng ùng kh l Curi (k hiệu l Ci), li n hệ v i n v Bq như s u:

1 Ci = 3,7.10 Bq (2.10)

2 uỗi n iều p ân rã p óng xạ

2.2.2.1 Chuỗi hai phân rã phóng xạ

N u th i i m n u h ồng v m kh ng ồng v , nghĩ l N20 = 0 thì (2.16)

tr th nh:

N2(t) = N01

1-2 (e-1 - e-2t ) (2.17)

N3(t) = N30e-3t + N202

3-2( e-2t - e-3t ) +

e-2t(1-2)(3-2)+

e-3t(1-3)(1-3) (2.22)

e-2t(1-2)(3-2)+

e-3t(1-3)(1-3) (2.23)

2-1

3.2.2 Đơn vị Rơng en

y l n v ùng o li u lư ng ph ng x , tứ kh năng m hùm ti X hoặ ti

G mm ung p năng lư ng ho vật liệu m h ng i qu ặt iệt, m t Ro ntg n ư

nh nghĩ l li u lư ng th ung p 8 78mJ ho kg kh ng kh kh i u kiện ti u

hu n

3.2.3 Đơn vị Rad

y l t n g i tắt R i tion Dos (li u lư ng h p thụ ứ x ) v l n v o li u lư ng

thự sự ư h p thụ i m t ối tư ng ụ th n o ư t nh th o năng lư ng ư

y l t n g i tắt Roentgen Equivalent in Man ( ư ng lư ng Ro ntg n trong

ngư i) v l n v o ư ng lư ng li u lư ng

ư ng lư ng li u lư ng (t nh r R m) nhận ư ằng h nh n li u lư ng h p thụ (tính

r ) v i hệ số hiệu qu sinh h tư ng ối (vi t tắ l RBE) Trong nhi u t i liệu tr ứu hệ

số n y thư ng ư lập th nh ng ối v i ti X v l tron, RBE ≈ ối v i notron

hậm, RBE ≈ 5 vvv

3.2.5 P ân biệt giữa đơn vị liều lƣợng p óng xạ với đơn vị oạt độ p óng xạ

Trong khi n v “ho t ” ph ng x ph n nh t nh kh h qu n nguồn ph ng x th n

v “li u lư ng “ ph ng x phụ thu v o h qu n ối tư ng vật h t n t ng

Th t v y, h i nguồn ph ng x n h t kh nh u t ng l n vật h t v i ùng li u lư ng

r hẳng h n sẽ g y r những hiệu ứng sinh h kh nh u v m i trư ng vật h t h u t

ng khống nh u từ những ti ph ng x n h t kh nh u

3.3 C ĐỊN UẬT P N TƢ N P N

3.3.1 Địn luật bảo toàn điện tíc

Tổng số iện t h trư ph ng x ằng tổng số iện t h s u hiện tư ng ph ng x

3.3.2 Địn luật bảo toàn số k ối

Tổng số nu lon trư v s u hiện tư ng ph ng x ph i ằng nhau

V i: A  b + B

Thì AA = Ab + AB

A: số h t nuclon h t nh n ph ng x

3 Địn luật bảo toàn năng lƣợng

Năng lư ng trư ph ng x ph i ằng tổng năng lư ng s u khi ph ng x

3 Địn luật bảo toàn xung lƣợng

Nh inh luật n y t x inh ư góc  bay ra

3 5 Địn luật bảo toàn spin

spin hệ trư v s u i n ổi (hiện tư ng ph ng x ) hoặ u l nguy n hoặ l u n

nguyên

3 6 Địn luật bảo toàn tín c ẵn lẻ

T nh hẵn lẻ tr ng th i hệ trư v s u khi ph n r ph ng x ph i kh ng ổi

C tr ng th i n ằng ph ng x

1 > 2  T1 >T2 Trư ng h p n y t n ằng huy n i

2 >> 2

N2\N1 = 1 \2 = 2\1 y l i u kiện n ằng th k

ƣơng 4: TÌM ỂU T P N

V N TƢ N P N TRON T N N

P ÂN R 

4 Quy tắc dịc c uyển

H t lph l h t nh n 2He4 , iện t h ằng v khối lư ng g n ằng 4 l n khối lư ng

nuclon Phân rã alpha x y r khi h t nh n ph ng x tỷ số N

Z qu th p Khi phân rã alpha,

h t nh n n u ZXA huy n th nh h t nh n Z-2YA-4 v ph t r h t lph

Z XA  Z-2 YA-4 + 2 He4 (4.1)

V qu n hệ khối lư ng, ph n r lph thỏ m n i u kiện s u y:

Mm = Me + M + 2me + Q (4.2)

Trong Mm, Me, me và m tư ng ứng l khối lư ng nguy n tử mẹ, nguy n tử on, h t

l tron v h t nh n lph Q l khối lư ng tư ng ư ng v i năng lư ng tổng ng gi i

ph ng khi ph n r , ằng tổng ng năng h t nh n on v h t lph H i h t l tron quỹ

4 ác tín c ất của p ân rã alp a

4.1.2.1 c nh c c ặc trưng của phân rã alpha

Năng lư ng h t lph th x nh ằng phổ k từ h y uồng ion h

Qu ng h y h t lph ư x nh ằng uồng t Wilson h y nh tư ng nh

Nh phép o năng lư ng v qu ng h y, ngư i t x nh ư hệ thứ li n hệ giữ năng

4.1.2.2 Thời gian b n rã và năng lượng

Th i gi n n r h t nh n lph th y ổi trong m t y r t r ng Chẳng h n

82 Pb204 có T1/2 = 1,4.107 năm n 80 Rn215 có T ½ = 10-6 s

Năng lư ng h t y r h th y ổi trong m t y hẹp ối v i h t nh n nặng th

năng lư ng h t lph th y ổi từ 4M V n 9M V n ối v i nh m t hi m từ M V

n 4,5M V

T nh h t qu n tr ng h t nh n ph n r lph l sự phụ thu r t m nh th i gi n

bán rã T1/2 v o năng lư ng E h t lph y r Chẳng h n n u gi m % năng lư ng th

th l m tăng th i gi n n r l n m t ậ N u gi m % năng lư ng th T1/2 th y ổi từ

n 3 ậ Sự phụ thu T1/2 v o E tu n th o nh luật G ig r- Nutt ll như s u:

lgT1/2 = C + D

E (4.7) Trong C v D l hằng số kh ng phụ thu v o số khối lư ng A m h phụ thu v o

C h t lph từ ùng m t ồng v sẽ năng lư ng như nh u, tứ l năng lư ng h t lph

n sắ Nhưng th nghiệm h nh x hứng tỏ rằng phổ năng lư ng lph thư ng u

tr tinh t , tứ l m t số v h năng lư ng nằm s t nh u Cho n n trong thự t t th y

m t số h t nh n h m t nh m ứng v i m t gi tr năng lư ng nhưng ng m t số h t

nh n ph t r nhi u h n nh m lph v i năng lư ng kh nh u l u tr tinh t phổ

alpha

Điều kiện về năng lƣợng đối với p ân rã alp a

Ta hãy xét quá trình ph n r lph th o ng thức (4 ), trong ó ZXA l h t nhân mẹ còn

Z-2XA-4 l h t nhân con phân rã alpha x y ra thì năng lư ng liên k t c a h t nhân mẹ EA, Z

ph i nhỏ h n tổng năng lư ng li n k t h t nh n on EA-4, Z-2 và h t lph E Vậy:

E = Elk, A-4, Z-2 + Elk,  - Elk, A, Z (4.8)

i u kiện x y r ph n r lph l E > Năng lư ng li n k t h t lph l 8 MeV

o năng lư ng li n k t ri ng tr n m t nu lon l 7 M V Như vậy ph n r lph x y r

th năng lư ng l n k t ri ng h t nh n mẹ ph i nhỏ h n 7 M V i u kiện này không cho

phép c h t nh n nhẹ ph n r lph v năng lư ng li n k t ri ng h ng v o 8 M V

Năng lư ng liên k t ri ng ối v i h t nh n gi m xuống o năng lư ng Coulom

proton Trong mi n A = 9 th năng lư ng liên k t ri ng nhỏ h n 7MeV

Trư ng th Coulom v hiệu ứng ư ng ng m

ẻ gi i th h sự phụ thu r t m nh th i gi n n r T1/2 h t nh n v o năng lư ng

h t lph ngư i t x m xét h h t lph tho t r khỏi h t nh n Gi thuy t g n ng

nh t ngư i t sử ụng l oi h t lph h nh th nh v tồn t i trong h t nh n trư khi tho t r

khỏi h t nh n H t lph m ng iện t h ư ng n n ngo i lự tư ng t h t nh n, nó còn

Hàm (4 8) ư th hiện tr n h nh (4.3a) tăng n trong mi n ngo i n k nh h t nh n, t i

lự h t nh n ằng n i n h t nh n r = R th lự h t h t nh n ng v i tr qu n tr ng và

ư ng i u i n gi m t ng t th o ư ng thẳng ứng D ng th n trong h t nh n

r < R chư ư i t tư ng tận, y gi thuy t n ng hố h nh hữ nhật v i th kh ng

ổi n trong h t nh n Chi u o th Coulom t i r = R = -12

m v v i Z = l :

Urào = 2Ze

2

r = 30MeV (4.9) U(r)

4 ác loại phân rã beta

Ph n r t l hiện tư ng i n ổi tự nhi n m t h t nh n n y th nh h t nh n kh v i ùng

khối lư ng nhưng iện t h th y ổi m t n v k m th o việ ph t r m t l tron, m t

positron h y hi m m t l tron l p vỏ nguy n tử Như vậy 3 lo i ph n r t l

) Tuy nhi n trong thự t , khi n i “h t

t ” ngư i t thư ng hi u l h t -, n h t positron là +

Ph n r t x y r khi h t nh n ph ng x thừ n utron, tứ l tỷ số N

Z qu o h n ư ng ong n h t nh n Khi ph n r t , h t nh n n u ZXA huy n th nh h t nh n Z+1YA

v ph t r h t l tron ùng ph n h t n utrino :

ZXA 

Z+1YA + e- +  (4.10) Trong n utrino l h t trung h v iện t h v khối lư ng é kh ng ng k , ư oi l

ằng H t n utrino spin ằng 1

2 Quá trình (4 ) l k t qu ph n r n utron thừ trong h t nh n i n th nh proton th o s ồ s u:

n 

p+ + e- +  (4.11) Quá trình phân rã -

giống v i qu tr nh tư ng t giữ n utrino v i h t nh n :  + ZXA Z-1YA + e- (4.11)

nhân 20Ca42 tr ng th i k h th h v i năng lư ng ,53M V v tr ng th i n năng

lư ng H t nh n 20Ca42 huy n từ tr ng th i k h th h v tr ng th i n ằng h ph t

ra tia gamm v i năng lư ng ằng ,53M V

K42 

2,04MeV 18%

3,55MeV 

82%  1,53 MeV

kh ng thỏ m n v i u kiện năng lư ng th o ng thứ (4.2) Khi ph n r positron, h t

nh n n u Z XA huy n th nh h t nh n Z-1YA, ph t r h t positron v h t n utrino:

Z XA 

Z-1YA + e- +  (4.15) Quá trình (4 5) l k t qu ph n r proton thừ trong h t nh n i n th nh n utron

th o s ồ s u:

p 

n + e+ +  (4.16) Quá trình phân rã +

giống v i qu tr nh tư ng t giữ n utrino v i h t nh n:

Kh v i l tron, h t positron kh ng tồn t i l u trong tự nhi n Positron gặp l tron trong

nguy n tử v h i h t h y nh u ho r h i ti g mm năng lư ng ằng nh u v ằng năng

lư ng tĩnh l tron ,5 M V

4.2.1.3 Chiếm electron quỹ ạo

M t nguy n tử n utron muốn tr v tr ng th i n ằng h ph t h t positron th khối

lư ng n ph i l n h n khối lư ng h t nh n on t nh t h i l n khối lư ng l tron N u

i u kiện n y kh ng thỏ m n th sự thi u hụt n utron ph i khắ phụ ằng qu tr nh hi m

electron quỹ o, h y n g i l hi m K:

e- + ZXA c.e Z-1YA +  (4.20)

Trong qu tr nh n y m t trong l tron ngo i h t nh n h t nh n hi m v k t h p v i

proton n trong h t nh n t o n n n utron th o ph n ứng s u:

e- + p+ c.e n +  (4.21)

Do l tron l p K trong nguy n tử quỹ o th p nh t n n x su t h t nh n ắt nó là

o nh t so v i l tron l p kh V vậy qu tr nh hi m l tron thư ng x y r

ối v i l tron l p K v n ư g i l qu tr nh hi m K Qu tr nh hi m l tron giống

Năng lư ng li n k t l tron l p K trong nguy n tử N 22 là Elk = 1,08MeV Năng

lư ng ph n ứng ằng EQ = 3,35 M V Do s u qu tr nh hi m l tron h t nh n ph t r tia 

v i năng lư ng , 77M V (h nh 4 5) n n ph n năng lư ng n l i 3,35 - 1,277 = 2,057MeV

l ng năng ph n h t neutrino Hình 4 5 minh h sự i n ổi từ h t nh n N 22

4.2.1.4 C c tính chất cơ bản của phân rã beta

neutron thành proton (4.11) hay quá trình phân rã proton thành neutron (4 6) Như vậy n u

quá trình phân r lph l m t qu tr nh thu n t y h t nh n th qu tr nh ph n t t l m t

qu tr nh phứ t p h n r t nhi u, li n qu n v i l thuy t tư ng t y u l n l thuy t u

tr h t nh n

 Nguồn gố h t y r từ ph n r t

M t u hỏi ư ặt r l l tron, n utron v h t kh y r trong ph n r t tồn

t i trong h t nh n trư khi ph n rã beta không ? Th o qu n i m l thuy t h t nh n

hiện n y, h t n y sinh r trong qu tr nh ph n r o sự tư ng t h t n

 D y nguy n tố ph n r t

ối v i ph n r lph th y nguy n tố ph n r l nguy n tố nặng nh t v m t số

nguy n tố t hi m C n ối v i ph n r t th y nguy n tố ph n r r t r ng, từ h t

n utron tự o n nguy n tố nặng nh t

 Năng lư ng gi i ph ng khi ph n r t :

Năng lư ng gi i ph ng khi ph n r t i n thi n từ , M V trong phân rã

4.2.2 Cân bằng năng lƣợng trong p ân rã beta

N u oi rằng khối lư ng n utrino v ph n n utrino ằng th x y r quá trình phân rã

betaph i thỏ m n i u kiện v khối lư ng như s u:

4.2.2.1 Phân rã -

Phân rã 

ph i thỏ m n qu n hệ khối lư ng s u:

M(Z, A) > M(Z + 1, A) + m (4.24 )

Trong M(Z, A) v M(Z , A) l khối lư ng h t nh n ZXA và Z+1YA ỏ i khối lư ng

l tron quỹ o trong ng thứ (4 ), n m l khối lư ng l tron Tuy nhiên trong

thự t ngư i t kh ng o khối lư ng h t nh n m o khối lư ng nguyên tử, o th y ho

M(Z, A) v M(Z , A) ngư i t ùng khối lư ng nguy n tử trư ph n r Mi v s u

nh tr nh nh u Th o i u thứ (3 3 ) v (3 7), t th y rằng từ qu n i m n ằng

năng lư ng, qu tr nh hi m l tron x y r h n qu tr nh ph n r + N i ri ng, n u

h t nh n u v uối thỏ m n t phư ng tr nh :

Mf + 2m > Mi > Mf (4.33)

Th qu tr nh hi m l tron ư phép x y ra còn quá trình phân rã +

m V ụ, i u kiện (4 33) ng ối v i qu tr nh hi m l tron s u y:

e- + 4Be7  3Li7 (4.34)

Trong hiệu số khối lư ng nguy n tử ằng ,864M V trong l khối lư ng h i

h t l tron ằng , M V Vậy 4Be7 h ắt l tron m kh ng ph n r +

r t l n Khi h huy n g mm h t nh n ZXA kh ng th y ổi gi tr Z v A Ngoài các

lo i ph n r n y, n th ắn ph h t nh n i i h t t h iện, n utron h y proton

huy n h t nh n l n tr ng th i k h th h v h t nh n k h th h huy n v tr ng th i

n ằng h ph t r m t số ứ x g mm

V n h t ứ x g mm h t nh n l o tư ng t nu lon ri ng lẻ trong h t

nh n v i trư ng iện từ Tuy nhi n, kh v i ứ x t , ứ x g mm kh ng ph i l hiện

tư ng n trong nu lon m l n trong h t nh n M t nuclon tự o lập kh ng th ứ x

h y h p thụ lư ng tử g mm o y u u nh luật o to n năng lư ng v ng

lư ng C n n trong h t nh n, nu l on th ứ x h y h p thụ g mm o n truy n ng

lư ng ho nu l on kh

Khi h t nh n huy n từ tr ng th i k h th h o v tr ng th i k h th h th p h y tr ng th i

n, ngo i h huy n g mm n qu tr nh i n ho n n i, trong m t l tron

nh ật r từ l p trong ùng nguy n tử

4 ác tín c ất của dịc c uyển gamma

4.3.1.1 Sơ ồ d ch chuyển gamma

Theo hình 4.6 T th y h t nh n 11Na24 tr ng th i n spin v hẵn lẻ l

J = 4+ phân rã 

tr th nh h t nh n 12Mg24 H t nh n 12Mg24 tr ng th i n v i

J = 0+, tr ng th i k h th h thứ nh t mứ năng lư ng E1 = ,37M V v i J = 2+ và mứ

kích thích thứ h i mứ năng lư ng E2 = 4, M V v i J = 4 Phân rã t huy n h t nh n

1,37 2+

0 0+

12Mg24

Hình 4.6: S ồ ph n r 

h t nh n 11Na24 c k m th o h huy n g mm

4.3.1.2 Năng lượng của bức xạ gamma

Năng lư ng ứ x g mm ằng hiệu số mứ năng lư ng u uối m i h

huy n g mm Như vậy phổ năng lư ng ứ x g mm l phổ gi n o n Năng lư ng

E, ng lư ng p, t n số  v ư s ng  n ư x nh như ối v i ứ x iện



6,7h   



20 phút 20 phút 

1,32 phút 

1,9 3,6 ngày 54s



0,16s 

10,6h  60,5 phút



60,5 phút 

3,1 phút 

từ khi v trụ h nh thành thì các ồng v sống tư ng ối ngắn ph n r trong m t v i t năm tồn

t i Tr i t Thật vậy, h ph ng x nh n t o n ptunium, trong th nh vi n thứ nh t l

tr i t Trong l , h t nh n u ti n 92U h ur nium th i gi n sống 4,5 năm

ng kh ph ng x , h ng l ồng v kh nh u nguy n tố R on Trong trư ng

h p h ur nium, kh 86Rn222 ư g i l r on, trong h thorium, kh 86Rn220 ư g i l

thoron n trong h tinium kh 86Rn219 ư g i l tinon Tuy nhi n, trong h ph ng x

trong h ur nium, P 207 trong h tinium v P 208 trong h thorium Trong

kh th nh vi n uối ùng trong h n ptunium l Bi209

ƣơng 5: P ƢƠN P P ĐO Ứ

Det t r gồm m t h nh trụ r ng trong hứ kh , h i iện ự ư ng v m m t nguồn

iện m t hi u v m h tụ iện v iện tr l y t n hiệu r ( h nh 5 ) D t t r thư ng

h i iện ự h nh trụ ồng trụ h iện nh u r t tốt, iện ự giữ l m t y ặ n

h nh trụ n ngo i l h nh trụ r ng, kh ng gi n giữ iện ự hứ y h t kh Tr n h i

iện ự ặt m t hiệu iện th từ nguồn iện th i u h nh ư Th o h mắ nguồn

iện tr n h nh 5 th iện ự giữ m ng iện ư ng n n g i l no n iện ự ên

ngo i m ng iện m, g i l catho tr ng th i nh thư ng, h t kh kh ng n iện v

giữ iện ự kh ng ng iện Khi ứ x i qu m i trư ng kh t t r, h t

kh ion hóa, các electron chuy n ng t i to , t o n n ng iện tứ th i gi tr é

giữ h i iện ự D ng iện n y n p iện ho tụ iện C t o n n m t t n hiệu lối r

Hình 5 m t ư ng ong ặ trưng t t r hứ kh ối v i h t lph (1) và

h t t ( ) Khi tăng hiệu iện th U giữ no v tho th ư ng ặ trưng 5

mi n