Tài liệu Tìm hiểu hiện tượng phóng xạ

MUÏC LUÏC Lôøi caûm ôn ................................................................................................... 1 Muïc luïc ......................................................................................................... 2 Phaàn môû ñaàu ................................................................................................ 6 Phaàn noäi dung .............................................................................................. 8 THÖÏC TRAÏNG NHÖÕNG VAÁN ÑEÀ XUNG QUANH NOÄI DUNG ÑEÀ TAØI 1. Treân theá giôùi:........................................................................................... 8 2. ÔÛ Vieät Nam: ............................................................................................. 8 3. Tröôøng Ñaïi hoïc Caàn Thô: ...................................................................... 9 Chöông 1: LÒCH SÖÛ PHAÙT HIEÄN VAØ BAÛN CHAÁT HIEÄN TÖÔÏNG PHOÙNG XAÏ TÖÏ NHIEÂN 1.1. Phaùt hieän hieän töôïng phoùng xaï töï nhieân: ........................................ 10 1.2. Giaûi thích baûn chaát hieän töôïng phoùng xaï theo quaù trình lòch söû:............................................................................................................... 10 1.2.1. Caùc tia phoùng xaï: .......................................................................... 10 1.2.2. Baûn chaát cuûa caùc tia phoùng xaï: .............................................................11 1.2.2.1. Caùc tia α: ....................................................................................................11 1.2.2.2. Caùc tia β: ...................................................................................................11 1.2.2.3. Caùc tia γ:.....................................................................................................11 TOÙM TAÉT CHÖÔNG 1: .................................................................................... 12 Chöông 2: CAÙC ÑAÏI LÖÔÏNG ÑAËC TRÖNG TRONG HIEÄN TÖÔÏNG PHOÙNG XAÏ CAÙC ÑÒNH LUAÄT PHOÙNG XAÏ 2.1. Caùc ñaïi löôïng ñaëc tröng: ................................................................... 12 2.1.1. Hoaït ñoä: ......................................................................................... 12 2.1.2. Chu kyø baùn raõ T1/ 2 (hay T):.......................................................... 12 2.1.3. Haèng soá phoùng xaï:........................................................................ 13 2.1.4. Ñôøi soáng trung bình τ: .................................................................. 13 2.2. Caùc ñònh luaät daønh cho hoaït ñoä phoùng xaï: ...................................... 13 2.2.1. Thieát laäp phöông trình cô baûn:..................................................... 13 2.2.2. Xaùc ñònh chu kyø baùn raõ T vaø haèng soá phoùng xaï:......................... 14 2.2.3. Moái quan heä giöõa thôøi gian soáng trung bình τ vaø haèng soá phaân raõ λ : .................................................................................................. 15 2.2.4. Vieát ñònh luaät cô baûn theo thôøi gian soáng trung bình τ: .............. 15 2.2.5. Ñònh luaät cô baûn cuûa phaân raõ phoùng xaï trong tröôøng hôïp toång quaùt ( tröôøng hôïp phaân raõ phoùng xaï chuoãi ):.................................... 15 2.2.6. Ñôn vò ño ñoä phoùng xaï (ñôn vò ño hoaït ñoä phoùng xaï): ................. 16 2.2.6.1. Ñôn vò Curi:................................................................................................16 2.2.6.2. Ñôn vò Becquerel:......................................................................................16 2.3. Caùc ñònh luaät chi phoái hieän töôïng phoùng xaï: ................................... 16 2.3.1. Ñònh luaät baûo toaøn ñieän tích:........................................................ 16 2.3.2. Ñònh luaät baûo toaøn soá khoái: .......................................................... 17 2.3.3. Ñònh luaät baûo toaøn naêng löôïng: ................................................... 17 2.3.4. Ñònh luaät baûo toaøn xung löôïng: ................................................... 17 2.3.5. Ñònh luaät baûo toaøn spin: ............................................................... 17 2.3.6. Ñònh luaät baûo toaøn tính chaün leû: .................................................. 17 2.4. Caùc traïng thaùi caân baèng phoùng xaï: .................................................. 17 TOÙM TAÉT CHÖÔNG 2: .................................................................................... 19 Chöông 3: TÌM HIEÅU CAÙC TIA PHOÙNG XAÏ VAØ CAÙC HIEÄN TÖÔÏNG PHOÙNG XAÏ TÖÏ NHIEÂN 3.1. Quy taéc dòch chuyeån:.......................................................................... 20 3.1.1. Phaân raõ α :.................................................................................... 20 3.1.2. Phaân raõ β : .................................................................................... 21 3.1.2.1. Phaân raõ β- :.................................................................................................21 3.1.2.2. Phaân raõ β+ : ................................................................................................21 3.1.3. Phoùng xaï γ : .................................................................................. 21 3.2. Phaân raõ α: .............................................................................................................21 3.2.1. Taàm bay cuûa haït α: ....................................................................... 22 3.2.2. Ñoäng naêng cuûa haït : ..................................................................... 22 3.2.2.1. Ñoäng naêng cuûa haït:...................................................................................22 3.2.2.2. Ñoäng naêng giaät luøi cuûa haït nhaân: ...........................................................23 3.2.3. Ñònh luaät Geiger - Nuttal: ............................................................. 23 3.2.4. Lyù thuyeát phaân raõ α - Hieäu öùng ñöôøng ngaàm: ............................ 24 3.3. Phaân raõ β:............................................................................................ 25 3.3.1. Phoå β : ........................................................................................... 25 3.3.2. Nôtrino: ......................................................................................... 25 3.3.3. Kieåu phaân raõ β thöù ba (söï baét K):................................................. 26 3.3.4. Caùc loaïi phaân raõ β: ....................................................................... 26 3.3.4.1. Phaân raõ β :..................................................................................................26 3.3.4.2. Phaân raõ β+: .................................................................................................27 3.3.4.3. Hieän töôïng baét K: .....................................................................................27 3.4. Phoùng xaï γ: .......................................................................................... 27 3.4.1. Phoùng xaï γ: ................................................................................... 27 3.4.2. Quaù trình bieán ñoåi noäi: ................................................................. 28 3.4.3. Söï haáp thuï coäng höôûng: ............................................................... 28 3.4.4. Möùc naêng löôïng haït nhaân:........................................................... 29 3.5. Hoï phoùng xaï:....................................................................................... 30 3.5.1. Hoï Urani: ...................................................................................... 30 3.5.2. Hoï Actino - Urani: ........................................................................ 30 3.5.3. Hoï Thori:....................................................................................... 30 3.5.4. Keát luaän:........................................................................................ 30 3.5.5. Hoï Neptuni:................................................................................... 31 TOÙM TAÉT CHÖÔNG 3: .................................................................................... 32 Chöông 4: CAÙC PHÖÔNG TIEÄN ÑOÙN BAÉT – ÑO – ÑEÁM – PHOÙNG XAÏ 4.1. Buoàng ioân hoùa:.................................................................................... 35 4.2. OÁng ñeám tæ leä: ..................................................................................... 35 4.3. OÁng ñeám Geiger – Nucler: ................................................................ 36 4.4. Buoàng söông Wilson:.......................................................................... 37 4.5. Buoàng boït:........................................................................................... 37 TOÙM TAÉT CHÖÔNG 4: .................................................................................... 38 Chöông 5: SAÛN XUAÁT CAÙC ÑOÀNG VÒ PHOÙNG XAÏ NHAÄN TAÏO 5.1. Caùc ñoàng vò töø loø phaûn öùng: .............................................................. 40 5.2. Caùc ñoàng vò töø maùy gia toác:............................................................... 41 5.3. Caùc ñoàng vò phoùng xaï töø phaân haïch:................................................ 41 TOÙM TAÉT CHÖÔNG 5: ..................................................................................... 42 Chöông 6: CAÙC ÑÔN VÒ ÑO LÖÔØNG PHOÙNG XAÏ ÖÙNG DUÏNG VAØ TAÙC HAÏI CUÛA TIA PHOÙNG XAÏ 6.1. Ñôn vò ño löôøng phoùng xaï: ................................................................. 42 6.1.1. Rônghen: ....................................................................................... 43 6.1.2. Radi: .............................................................................................. 43 6.1.3. Rem:............................................................................................... 43 6.1.4. Phaân bieät giöõa ñôn vò lieàu löôïng phoùng xaï vôùi ñôn vò hoaït ñoäng phoùng xaï: ........................................................................................... 43 6.2. ÖÙng duïng hieän töôïng phoùng xaï vaøo ñôøi soáng: ................................. 44 6.2.1. Trong y hoïc: .................................................................................. 44 6.2.1.1. Chuaån beänh veà tuyeán giaùp traïng döïa treân söï haáp thuï ioát cuûa tuyeán giaùp: .................................................................................................... 44 6.2.1.2. Ño theå tích maùu tuaàn hoaøn:.....................................................................44 6.2.2. Trong kyõ thuaät:.............................................................................. 44 6.2.2.1. Nghieân cöùu söï hö moøn:.............................................................................44 6.2.2.2. Ño beà daøy: ..................................................................................................45 6.2.2.3. Phaân tích vi löôïng baèng phöông phaùp kích hoaït: .................................45 6.3. Taùc haïi cuûa tia phoùng xaï: .................................................................. 45 6.3.1. Taùc haïi cuûa tia phoùng xaï vaøo teá baøo soáng: .................................. 45 6.3.2. Taùc haïi cuûa bom nguyeân töû: ......................................................... 46 6.3.3. Caùc tieâu chuaån baûo veä khoûi böùc xaï: ............................................ 47 6.3.4. AÙo giaùp choáng phoùng xaï:............................................................. 48 TOÙM TAÉT CHÖÔNG 6: .................................................................................... 50 Chöông 7: PHAÂN RAÕ β THEO QUAN ÑIEÅM HIEÄN ÑAÏI 7.1. Caùc haït quark:................................................................................... 51 7.2. Caáu taïo caùc haït hadron theo quark: ................................................ 52 7.2.1. Caáu taïo cuûa proâton theo quark: .................................................... 52 7.2.2. Caáu taïo cuûa nôtron theo quark: .................................................... 52 7.3. Phaân raõ β theo quan ñieåm chuyeån ñoåi caùc quark: .......................... 52 7.3.1. Phaân raõ β -: ................................................................................... 52 7.3.2. Phaân raõ β +:................................................................................... 52 7.4. Caùc loaïi töông taùc: ............................................................................. 53 7.5. Töông taùc yeáu - Haït meâzon vectô trung gian W+, W- vaø Z0:.......... 53 7.6. Söï khoâng baûo toaøn tính chaün leû trong töông taùc yeáu: .................... 54 TOÙM TAÉT CHÖÔNG 7: ..................................................................................... 54 Phuï luïc ........................................................................................................ 55 Keát luaän...................................................................................................... 57 Taøi lieäu tham khaûo: .................................................................................. 58 Luáûn vàn täút nghiãûp Trang 6 Phaàn MÔÛ ÑAÀU 1. LÍ DO CHOÏN ÑEÀ TAØI: Vaät lyù haït nhaân ngaøy nay lieân thoâng vôùi raát nhieàu ngaønh khoa hoïc khaùc nhö: hoaù hoïc, sinh hoïc, ñòa chaát hoïc, coå sinh vaät hoïc, moâi tröôøng... Xaõ hoäi ngaøy caøng phaùt trieån thì nhöõng öùng duïng cuûa ngaønh Vaät lyù haït nhaân noùi chung vaø hieän töôïng phoùng xaï noùi rieâng ngaøy caøng nhieàu, nhaèm phuïc vuï cho nhu caàu veà ñôøi soáng con ngöôøi. Hieän nay treân theá giôùi cuõng nhö ôû nöôùc ta, hieän töôïng phoùng xaï ñöôïc öùng duïng khaù roäng raõi nhaát laø trong thôøi gian gaàn ñaây, nöôùc ta ñaõ coù nhieàu cô sôû nghieân cöùu, saûn xuaát caùc ñoàng vò phoùng xaï. Ñaëc bieät trong ngaønh y hoïc coù raát nhieàu maùy moùc, thieát bò ñaõ ñöôïc nghieân cöùu vaø nhaäp veà ñeå chöõa vaø chuaån ñoaùn beänh moät caùch coù hieäu quaû. Vì vaäy hieän töôïng phoùng xaï ñaõ trôû thaønh caùnh tay ñaéc löïc vaø laø phöông tieän khoâng theå thieáu trong ngaønh y hoïc. Ñaây laø keát quaû to lôùn maø vieän nghieân cöùu haït nhaân Ñaø Laït ñaõ ñaït ñöôïc töø khi môùi thaønh laäp cho ñeán nay. Vôùi nhöõng öùng duïng tuyeät vôøi cuûa hieän töôïng phoùng xaï töï nhieân nhö vaäy thì coâng vieäc nghieân cöùu lyù thuyeát vaø nhöõng öùng duïng cuûa hieän töôïng naøy laø khoâng theå thieáu. Trong quaù trình hoïc taäp trong moâi tröôøng sö phaïm, sinh vieân lôùp Lyù vaø Lyù Tin ñaõ ñöôïc trang bò kieán thöùc veà hieän töôïng phoùng xaï nhöng nhöõng hieåu bieát veà vaán ñeà naøy coøn haïn heïp. Do ñoù tìm hieåu veà hieän töôïng phoùng xaï töï nhieân sinh vieân seõ ñöôïc hieåu saâu hôn veà hieän töôïng naøy. Maët khaùc, cuõng ñeå cho sinh vieân naém ñöôïc söï thoáng nhaát giöõa Vaät lyù haït nhaân vaø Vaät lyù haït cô baûn. Nhaèm trang bò cho sinh vieân kieán thöùc veà phaàn Vaät lyù haït nhaân ñeå phuïc vuï cho coâng taùc giaûng daïy sau naøy ôû tröôøng phoå thoâng thì vieäc tìm hieåu veà hieän töôïng phoùng xaï laø khoâng theå thieáu. Maët khaùc sinh vieân naém vöõng ñöôïc phaàn Vaät lyù haït nhaân ñeå chuaån bò kieán thöùc cho chuyeân ngaønh Vaät lyù haït nhaân ôû baäc cao hoïc. Caên cöù vaøo nhöõng thuaän lôïi ñoù, em ñaõ choïn höôùng nghieân cöùu ñeà taøi “ Tìm hieåu hieän töôïng phoùng xaï”. Tuy nhieân do thôøi gian coøn haïn heïp neân ñeà taøi chæ trình baøy haïn cheá trong 7 chöông. Chöông 1: Lòch söû phaùt hieän vaø baûn chaát hieän töôïng phoùng xaï töï nhieân. Chöông 2: Caùc ñaïi löôïng ñaëc tröng trong hieän töôïng phoùng xaï. Caùc ñònh luaät phoùng xaï. Chöông 3: Tìm hieåu caùc tia phoùng xaï α, β, γ. Chöông 4: Caùc phöông tieän ñoùn baét, ño, ñeám phoùng xaï. Chöông 5: Saûn xuaát caùc ñoàng vò phoùng xaï nhaân taïo. Chöông 6: Caùc ñôn vò ño löôøng phoùng xaï. ÖÙng duïng vaø taùc haïi cuûa tia phoùng xaï. Chöông 7: Phaân raõ β theo quan ñieåm hieän ñaïi. Sinh viãn thæûc hiãûn: Nguyãùn Nháût Træåìng Luáûn vàn täút nghiãûp Trang 7 2. CAÙC GIAÛ THUYEÁT CUÛA ÑEÀ TAØI: v Tìm hieåu baûn chaát cuûa hieän töôïng phoùng xaï α, β, γ. v Nghieân cöùu moät vaøi duïng cuï, phöông tieän ñoùn, baét, ño, ñeám phoùng xaï. v Vieäc saûn xuaát caùc ñoàng vò phoùng xaï nhaân taïo, öùng duïng hieän töôïng phoùng xaï phuïc vuï cho ñôøi soáng con ngöôøi vaø nhöõng taùc haïi cuûa noù. v Nghieân cöùu phaân raõ β theo quan ñieåm hieän ñaïi. 3. PHÖÔNG PHAÙP NGHIEÂN CÖÙU: Nghieân cöùu lyù thuyeát. 4. CAÙC BÖÔÙC THÖÏC HIEÄN ÑEÀ TAØI: 1. 2. 3. 4. Nhaän ñeà taøi. Nghieân cöùu lyù thuyeát veà hieän töôïng phoùng xaï. Vieát baùo caùo. Baûo veä luaän vaên. Sinh viãn thæûc hiãûn: Nguyãùn Nháût Træåìng Luáûn vàn täút nghiãûp Trang 8 Phaàn NOÂI DUNG THÖÏC TRAÏNG NHÖÕNG VAÁN ÑEÀ XUNG QUANH NOÄI DUNG ÑEÀ TAØI 1. Treân theá giôùi: Naêm 1896 Henri Becquerel phaùt hieän hieän töôïng phoùng xaï ñaàu tieân. Ñeán naêm 1897 vôï choàng Pierre Curie vaø Marie Curie tìm thaáy hai nguyeân toá phoùng xaï laø Poâloâni (Po) vaø Radi (Ra). Nhö vaäy ñeán ñaây caùc nhaø khoa hoïc ñaõ bieát ñeán ba nguyeân toá coù tính phoùng xaï laø: Uran, Poâloâni, Radi. Ngaøy nay caùc nhaø khoa hoïc ñaõ thu ñöôïc moät löôïng döõ lieäu khoång loà veà caùc nguyeân toá phoùng xaï. Khi nghieân cöùu veà hieän töôïng phoùng xaï, caùc nhaø baùc hoïc quan taâm ñeán vieäc taïo ra caùc “ñoàng vò phoùng xaï”. Naêm 1934, phoùng xaï nhaân taïo do hai nhaø baùc hoïc ngöôøi Phaùp laø Irene vaø P. Joliot Curie phaùt hieän. Moät trong nhöõng duïng cuï hoã trôï cho vieäc saûn xuaát caùc ñoàng vò phoùng xaï laø maùy gia toác. Ngaøy nay maùy gia toác ñöôïc caùc haït coù naêng löôïng ñaït côû 70 GeV coù chu vi 27 km ñaït taïi Thuïy Só. Khi caùc maùy gia toác ñöôïc caùc haït coù naêng löôïng cao xuaát hieän, caùc nhaø baùc hoïc ñaõ ñi saâu vaøo nghieân cöùu baûn chaát caùc hieän töôïng phoùng xaï töï nhieân, vaø ngaøy nay ngöôøi ta ñaõ bieát raèng hieän töôïng phoùng xaï laø söï töï phaân raõ cuûa haït nhaân hay söï chuyeån ñoåi cuûa caùc quark. Theo chieàu höôùng tieán trieån, hieän nay ngöôøi ta coá gaéng taïo ra moät thang naêng löôïng cöïc kyø cao, nhaèm nghieân cöùu moät lyù thuyeát goïi laø lyù thuyeát "sieâu thoáng nhaát" thoáng nhaát 4 loaïi töông taùc (töông taùc haáp daãn, ñieän töø, maïnh, yeáu). Hieän nay Vaät lyù nguyeân töû haït nhaân noùi chung vaø hieän töôïng phoùng xaï noùi rieâng ñöôïc öùng duïng roäng raõi trong nhieàu ngaønh khoa hoïc: hoùa hoïc, sinh hoïc... phuïc vuï con ngöôøi (chuaån beänh, baûo veä thöïc phaåm, dieät khuaån...). Ngoaøi ra noù coøn ñöôïc nhieàu nöôùc öùng duïng trong caùc cuoäc chieán tranh (bom nguyeân töû...). 2. ÔÛ Vieät Nam: Nöôùc ta ñaõ coù 4.000 naêm lòch söû nhöng veà khoa hoïc, chuùng ta ñi sau caùc nöôùc tieân tieán caû traêm naêm. Tuy nhieân chuùng ta khoâng phaûi laäp laïi quaù trình phaùt trieån, chuùng ta chæ söû duïng caùc thaønh töïu. Tuy nhieân chuùng ta cuõng caàn coù thôøi gian ñeå trang bò maùy moùc, trang thieát bò vaø caùc nhaø khoa hoïc coù trình ñoä. Vieäc nghieân cöùu vaø ñaøo taïo caùn boä vaät lyù haït nhaân cô baûn ñöôïc tieán haønh ôû nhöõng trung taâm: Vieän vaät lyù (Haø Noäi), trung taâm kyõ thuaät haït nhaân (TP. Hoà Chí Minh), Vieän vaät lyù haït nhaân (Haø Noäi- Ñaø Laït), caùc tröôøng ñaïi hoïc quoác gia (Haø Noäi, TP. Hoà Chí Minh), tröôøng ñaïi hoïc baùch khoa Haø Noäi, tröôøng ñaïi hoïc Ñaø Laït vaø nhieàu Sinh viãn thæûc hiãûn: Nguyãùn Nháût Træåìng Luáûn vàn täút nghiãûp Trang 9 cô sôû khaùc. Noäi dung nghieân cöùu: nghieân cöùu cô baûn vaø öùng duïng phuïc vuï thöïc teá saûn xuaát vaø ñôøi soáng. Caùc thieát bò maùy moùc phuïc vuï cho nghieân cöùu cuûa ta chöa nhieàu. Vaøo thaùng 11 naêm 1983, loø phaûn öùng haït nhaân ñaàu tieân ôû nöôùc ta (ñaët taïi Ñaø Laït) ñöôïc ñöa vaøo hoaït ñoäng. Muïc tieâu cuûa loø laø nghieân cöùu cô baûn vaø saûn xuaát caùc ñoàng vò phoùng xaï phuïc vuï nhu caàu thöïc teá cuûa nöôùc ta. Coøn maùy gia toác vaø nhaø maùy ñieän nguyeân töû thì chuùng ta chöa coù ñieàu kieän xaây döïng. Ñoäi nguõ cuûa caùc nhaø khoa hoïc nöôùc ta trong lónh vöïc naøy khaù ñoâng, ñöôïc ñaøo taïo töø nhieàu nguoàn khaùc nhau. Caùc nhaø khoa hoïc nöôùc ta cuõng coù nhieàu coâng trình taàm côû theá giôùi, ñoàng thôøi chuùng ta cuõng ñaït ñöôïc moät soá keát quaû trong nghieân cöùu öùng duïng caùc ñoàng vò phoùng xaï [7, Tr.152-153]. 3. Tröôøng Ñaïi hoïc Caàn Thô: Vaät lyù haït nhaân laø ngaønh khoa hoïc ñaõ ñöôïc nhaø tröôøng chuù troïng, vaø ñöôïc döa vaøo giaûng daïy töø raát laâu. Chuùng ta cuõng coù caùc coâng trình nghieân cöùu lyù thuyeát vaø öùng duïng. Tuy nhieân do nhaø tröôøng chöa coù phoøng thí nghieäm cho ngaønh vaät lyù haït nhaân, neân coâng vieäc nghieân cöùu chöa nhieàu vaø chöa saâu, ñieàu naøy cuõng gaây khoù khaên cho vieäc phaùt trieån ngaønh vaät lyù haït nhaân ôû tröôøng ta. Sinh viãn thæûc hiãûn: Nguyãùn Nháût Træåìng Luáûn vàn täút nghiãûp Trang 10 Chöông 1: LÒCH SÖÛ PHAÙT HIEÄN VAØ BAÛN CHAÁT HIEÄN TÖÔÏNG PHOÙNG XAÏ TÖÏ NHIEÂN 1.1. Phaùt hieän hieän töôïng phoùng xaï töï nhieân: NhaøVaät Lyù ngöôøi Phaùp Antoine Henri Becquerel laø ngöôøi ñaàu tieân khaùm phaù ra hieän töôïng phoùng xaï vaøo naêm 1896. Baèng phöông phaùp thöïc nghieäm, oâng ñaõ phaùt hieän ra muoái Urani phaùt ra nhöõng tia khoâng troâng thaáy nhöng laïi coù khaû naêng xuyeân qua caùc lôùp vaät chaát khoâng trong suoát, ioân hoùa ñöôïc khoâng khí, taùc duïng leân kính vaø phim aûnh, hoaëc gaây ra hieän töôïng phaùt quang ñoái vôùi moät soá chaát. Sau nhieàu thí nghieäm khaùc nhau vôùi nhieàu loaïi muoái khaùc nhau cuûa nhieàu kim loaïi khaùc nhau, vaø caû vôùi Urani nguyeân chaát nöõa, ñeán muøa thu naêm 1896, Henri Becquerel keát luaän raèng, ñaây laø moät loaïi böùc xaï chöa bieát roõ cuûa Urani, oâng goïi noù laø tia Urani, nhieàu nhaø khoa hoïc luùc ñoù goïi noù laø tia Becquerel. Nhöng caùc teân goïi naøy khoâng ñöùng vöõng trong khoa hoïc. Naêm 1897, töø gôïi yù cuûa choàng, Pierre Curie, Marie Curie ñaõ choïn ñeà taøi tìm ra baûn chaát vaø ñaëc tính cuûa tia Becquerel. Roøng raõ 3 naêm tröôøng laøm vieäc raùo rieát ñeán kieät söùc, hai vôï choàng Pierre Curie, Marie Curie ruùt ra ñöôïc moät tí xíu chaát phoùng xaï töø hôn moät taán quaëng. Nhöng khi ñoù, hai vôï choàng Pierre Curie, Marie Curie ñaõ tìm ra hai nguyeân toá phoùng xaï. Hoï goïi nguyeân toá thöù nhaát laø Poâloâni* (Po) ñeå kyû nieäm toå quoác cuûa Marie Curie - nöôùc Balan, nguyeân toá thöù hai phoùng xaï maïnh hôn ñöôïc goïi laø Rañi (Ra). Nhö vaäy, Urani khoâng giöõ ñoäc quyeàn böùc xaï vaø teân goïi tia Urani laø khoâng thích hôïp. Baø ñeà nghò goïi tia naøy laø tia phoùng xaï vaø goïi Urani laø nguyeân toá phoùng xaï [5, Tr. 122]. Töø ñoù, ngöôøi ta ñònh nghóa phoùng xaï töï nhieân laø moät quaù trình bieán ñoåi töï phaùt cuûa nhöõng haït nhaân khoâng beàn, trong quaù trình phaân raõ ñoù, haït nhaân ñoàng vò naøy phaùt ra nhöõng haït hoaëc nhöõng tia phoùng xaï vaø bieán thaønh haït nhaân ñoàng vò khaùc. Khi bieát ñaõ phaùt kieán ñöôïc hai nguyeân toá môùi, nhieàu nhaø baùc hoïc caùc nöôùc treân theá giôùi môùi chuù yù ñeán hieän töôïng phoùng xaï vaø chaúng bao laâu ngöôøi ta laàn löôït phaùt hieän ñöôïc haøng chuïc nguyeân toá phoùng xaï khaùc nhö: Thori, Actini, Neptuni... vaø cho tôùi nay ñaõ thu ñöôïc moät löôïng döõ kieän thöïc nghieäm khoång loà veà caùc traïng thaùi naêng löôïng vaø sô ñoà phaân raõ cuûa hôn moät nghìn haït nhaân ñoàng vò giuùp ta nhieàu hieåu bieát quan troïng vaø phong phuù veà caáu taïo vaø tính chaát haït nhaân [9, Tr. 165]. 1.2. Giaûi thích baûn chaát hieän töôïng phoùng xaï theo quaù trình lòch söû: 1.2.1. Caùc tia phoùng xaï: Ngöôøi ta xaùc nhaän raèng böùc xaï do caùc chaát phoùng xaï phaùt ra coù thaønh phaàn phöùc taïp. Neáu cho chuøm tia heïp böùc xaï coù tính phoùng xaï qua töø tröôøng, ñieän tröôøng thì chuøm tia taùch thaønh: * Theo tieáng Phaùp, teân nöôùc Balan laø Pologne. Sinh viãn thæûc hiãûn: Nguyãùn Nháût Træåìng Luáûn vàn täút nghiãûp Trang 11 § Chuøm haït tích ñieän döông (caùc tia α, caùc haït α) hôi bò leäch. § Caùc haït ñieän tích aâm (caùc tia β, caùc haït β) bò leäch maïnh. § Caùc haït trung hoøa (caùc tia γ, caùc haït γ) khoâng bò leäch. Caùc tia α, β, γ coù naêng suaát xuyeân vaø naêng suaát ioân hoùa khaùc nhau: naêng suaát xuyeân cöïc ñaïi ñoái vôùi tia γ, cöïc tieåu ñoái vôùi tia α, naêng suaát ioân hoùa cöïc tieåu ñoái vôùi tia γ, cöïc ñaïi ñoái vôùi tia α [10, Tr. 769-770]. 1.2.2. Baûn chaát cuûa caùc tia phoùng xaï: Böùc xaï chöùa caùc tia α, β, γ chæ coù ôû caùc hôïp chaát coù chöùa moät soá nguyeân toá phoùng xaï. Nguyeân toá phoùng xaï tinh khieát phaùt ra caùc tia α hay β, caùc tia naøy coù theå keøm theo caùc tia γ. Tröôøng hôïp chæ phaùt ra böùc xaï γ quan saùt ñöôïc raát ít. Söï phoùng xaï laø moät quaù trình noäi haït nhaân. Ñieàu ñoù ñöôïc suy ra töø söï kieän: noù khoâng chòu aûnh höôûng cuûa daïng hôïp chaát hoùa hoïc, traïng thaùi keát tuï, caùc aùp suaát lôùn, caùc nhieät ñoä, caùc ñieän tröôøng vaø töø tröôøng… nghóa laø noù khoâng chòu aûnh höôûng cuûa taát caû caùc taùc ñoäng coù theå laøm thay ñoåi traïng thaùi cuûa caùc lôùp electron. Chæ coù theå taùc ñoäng leân quaù trình phoùng xaï töï nhieàn baèêng caùch thay ñoåi traïng thaùi haït nhaân, chaúng haïn baén caùc haït nhaân baèng caùc nôtron. 1.2.2.1. Caùc tia α: Caùc tia α laø caùc haït nhaân cuûa Heâli 2He4 naèm ôû oâ soá hai cuûa baûng tuaàn hoaøn Mendeleev. Caùc haït α coù ñoäng naêng khoaûng vaøi trieäu electron-volt (MeV), vì khoái löôïng cuûa chuùng töông ñoái lôùn neân vaän toác cuûa chuùng töông ñoái nhoû. Do ñoù caùc haït naøy coù ñoä ñaâm xuyeân keùm vì mau maát naêng löôïng khi ñi vaøo vaät chaát. Ñieåm chuù yù cuûa phaân raõ α laø moãi nguyeân toá phoùng xaï α luoân luoân vôùi moät naêng löôïng xaùc ñònh (hoaëc moät vaøi giaù trò naêng löôïng xaùc ñònh). 1.2.2.2. Caùc tia β : Caùc tia β laø doøng caùc electron. Caùc haït β coù ñoäng naêng cuõng khoaûng vaøi trieäu electron-volt (MeV), nhöng vì khoái löôïng cuûa caùc haït β nhoû neân vaän toác cuûa chuùng raát lôùn, chæ thua vaän toác aùnh saùng moät chuùt. Nhôø vaän toác lôùn neân caùc haït β ñaâm xuyeân vaøo vaät chaát saâu hôn nhieàu so vôùi caùc haït α. Ñieåm khaùc nhau noåi baät giöõa caùc nguyeân toá phaân raõ α vaø caùc nguyeân toá phaân raõ β laø: trong khi caùc haït luoân luoân coù moät naêng löôïng xaùc ñònh thì naêng löôïng caùc haït β laïi coù theå coù moïi giaù trò lieân tuïc ñeán moät giaù trò cöïc ñaïi naøo ñoù, ñaëc tröng cho moãi nguyeân toá phoùng xaï . 1.2.2.3. Caùc tia γ: Caùc tia γ laø doøng caùc löôïng töû, caùc phoâtoân coù naêng löôïng lôùn vaø nhö vaäy ñöôïc ñaëc tröng bôûi taàn soá ν = E/ h cuûa quaù trình soùng töông öùng. Caùc tia ñoù coù cuøng baûn chaát nhö aùnh saùng hay caùc tia Rônghen xuaát hieän khi haõm caùc electron nhanh ñöôïc taïo ra trong caùc oáng Rônghen hay trong caùc maùy taêng toác vaø chæ khaùc caùc tia γ thu ñöôïc trong caùc maùy taêng toác ôû cô caáu taïo thaønh. {&{ Sinh viãn thæûc hiãûn: Nguyãùn Nháût Træåìng Luáûn vàn täút nghiãûp Trang 12 TOÙM TAÉT CHÖÔNG 1 1.1. Phaùt hieän töôïng töï nhieân: Henri Becquerel laø ngöôøi ñaàu tieân khaùm phaù ra hieän töôïng phoùng xaï cuûa muoái Urani vaøo naêm 1896. Moät naêm sau, hai vôï choàng Pierre Curie vaø Marie Curie ñaõ phaùt hieän ra hai nguyeân toá coù tính chaát phoùng xaï ñoù laø: Poâloâni vaø Radi. Hieän nay, caùc nhaø khoa hoïc ñaõ coù moät döõ lieäu khoång loà veà caùc nguyeân toá phoùng xaï. 1.2. Giaûi thích baûn chaát hieän töôïng phoùng xaï theo quaù trình lòch söû: 1.2.1. Caùc tia phoùng xaï: § Caùc tia α hôi bò leäch trong töø tröôøng, ñieän tröôøng. § Caùc tia β bò leäch maïnh trong töø tröôøng, ñieän tröôøng. § Caùc tia γ khoâng bò leäch trong töø tröôøng, ñieän tröôøng. 1.2.2. Baûn chaát cuûa caùc tia phoùng xaï: § Caùc tia α :laø haït nhaân nguyeân töû Heâli 2He4. § Caùc tia β : laø doøng caùc electron. § Caùc tia γ : laø doøng caùc löôïng töû, caùc phoâton coù taàn soá ν = E/h. {&{ Chöông 2: CAÙC ÑAÏI LÖÔÏNG ÑAËC TRÖNG TRONG HIEÄN TÖÔÏNG PHOÙNG XAÏ . CAÙC ÑÒNH LUAÄT PHOÙNG XAÏ Nhö ñaõ ñònh nghóa, phoùng xaï töï nhieân laø moät quaù trình bieán ñoåi töï phaùt cuûa nhöõng haït nhaân khoâng beàn, trong quaù trình phaân raõ ñoù , haït nhaân ñoàng vò naøy phaùt ra nhöõng haït hoaëc nhöõng tia phoùng xaï vaø bieán thaønh haït nhaân ñoàng vò khaùc. Hieän töôïng phoùng xaï cuõng nhö moät soá hieän töôïng Vaät lyù khaùc coù moät soá ñaïi löôïng ñaëc tröng cô baûn sau: 2.1. Caùc ñaïi löôïng ñaëc tröng: 2.1.1. Hoaït ñoä: Ñeå so saùnh khaû naêng phoùng xaï maïnh hay yeáu cuûa nhieàu chaát phoùng xaï khaùc nhau, ta phaûi caên cöù vaøo soá haït nhaân phaân raõ trong cuøng moät ñôn vò thôøi gian. Ñaïi löôïng naøy ñöôïc goïi laø hoaït ñoä phoùng xaï . Kí hieäu laø A. Hoaït ñoä phoùng xaï A laø ñaïi löôïng ñaëc tröng cho khaû naêng phaùt xaï noù baèng soá phaân raõ phoùng xaï trong moät ñôn vò thôøi gian cuûa nguoàn. dN A=− dt Daáu (-) cho bieát soá haït nhaân phaân raõ dN giaûm theo thôøi gian t. 2.1.2. Chu kyø baùn raõ T1/ 2 (hay T): Khoaûng thôøi gian ñeå cho caùc haït nhaân phoùng xaï N 0 giaûm ñi phaân nöûa ñöôïc goïi laø “chu kyø baùn raõ” T1/ 2 (hay laø chu kyø baùn huûy), töùc taïi thôøi ñieåm : Sinh viãn thæûc hiãûn: Nguyãùn Nháût Træåìng Luáûn vàn täút nghiãûp t = T1/2 → N (T1/2 ) = Trang 13 N0 2 Moãi nguyeân toá phoùng xaï coù chu kyø baùn raõ T1/2 xaùc ñònh. Ñeå ñôn giaûn ta thoáng nhaát kí hieäu chu kyø baùn raõ T1/2 laø T. 2.1.3. Haèng soá phoùng xaï: “Trong hieän töôïng phoùng xa, ta khoâng coù caùch naøo bieát tröôùc ñeán thôøi ñieåm naøo thì haït nhaân seõ phaân raõ vì quaù trình phaân raõ cuõa haït nhaân xaûy ra moät caùch hoaøn toaøn töï phaùt vaø ngaãu nhieân. Ta chæ coù theå noùi ñöôïc raèng xaùc xuaát P ñeå moät haït nhaân phaân raõ trong khoaûng thôøi gian dt voâ cuøng nhoû thì tæ leä tröïc tieáp vaøo khoaûng thôøi gian ñoù. P ~ dt Hay P = λ dt Trong ñoù heä soá tæ leä λ ñöôïc goïi laø haèng soá phaân raõ “ [9,Tr. 166-167]. Vaäy: Haèng soá phoùng xaï λ laø xaùc xuaát deå moät haït nhaân phaân raõ trong ñôn vò thôøi gian. 2.1.4. Ñôøi soáng trung bình τ: “Phaân raõ phoùng xaï laø moät quaù trình thoáng keâ cho duø caùc haït phaân laø nhö nhau vaø ñöôïc taïo ra cuøng moät thôøi ñieåm seõ phaân raõ sau nhöõng khoaûng thôøi gian khaùc nhau. Nhöng neáu ta tính cho moät soá raát lôùn haït nhaân thì thôøi gian soáng trung bình cuûa moät loaïi haït nhaân laø ñaïi löôïng ñaëc tröng cho haït nhaân ñoù. Moãi loaïi haït nhaân coù moät thôøi gian soáng trung bình τ xaùc ñònh vaø khoâng phuï thuoäc vaøo caùch thöùc thu nhaän vaø caùc ñieàu kieän beân ngoaøi nhö: nhieät ñoä, aùp suaát, ñieän töø tröôøng, traïng thaùi vaät chaát ...” [11,Tr. 99]. Thôøi gian soáng trung bình cuûa moät haït nhaân chính laø soá toång thôøi gian soáng cuûa moät haït nhaân chia cho toång soá haït nhaân coù töø thôøi ñieåm ban ñaàu (chæ tính giaù trò tuyeät ñoái ) . 2.2. Caùc ñònh luaät daønh cho hoaït ñoä phoùng xaï: Phaân raõ phoùng xaï laø hieän töôïng thoáng keâ. Ta khoâng bieát tröôùc moät haït nhaân phoùng xaï phaân raõ luùc naøo. Ñeå moâ taû caùc ñaïi löôïng thoáng keâ ta phaûi duøng khaùi nieäm xaùc suaát xaûy ra hieän töôïng. 2.2.1. Thieát laäp phöông trình cô baûn: Ta ñaõ bieát xaùc suaát ñeå moät haït nhaân phaân raõ trong khoaûng thôøi gian dt laø: P = λ dt. Neáu nhö coù N haït nhaân khoâng beàn. Thì soá haït nhaân phaân raõ trong khoaûng thôøi gian töø t ñeán t + dt laø : dN = -N.P = - λ N dt (2-1) Daáu "-" chæ raèng haït nhaân phaân giaûm theo thôøi gian t. Taïi thôøi ñieåm t = 0, soá haït nhaân phoùng xaï laø N 0 . Taïi thôøi ñieåm t, soá haït nhaân phoùng xaï laø N(t). dN Muoán tìm N(t) ta laáy tích phaân phöông trình (2-1): = − λdt N Sinh viãn thæûc hiãûn: Nguyãùn Nháût Træåìng Luáûn vàn täút nghiãûp N(t) dN t ⇒ = ∫ ∫ − λdt N N 0 0 N(t) ⇒ ln = −λt N0 ⇒ N(t) −λt =e N0 N Trang 14 N0 N0 /2 N0 /4 ⇒ N(t) = N 0e - λt . T T/2 Ñaây laø ñònh luaät cô baûn cuûa phaân raõ phoùng xaï. Ñeán ñaây ta coù theå thieát laäp bieåu thöùc cho hoaït ñoä phoùng xaï: dN Ta coù: A = − dt Maët khaùc: N(t) = N 0e - λt t ⇒ A(t) = N .λ.e - λt 0 Ñaët A 0 = λN0 ⇒ A(t) = A 0 e - λt Töùc laø hoaït ñoä phoùng xaï cuûa moät chaát cuõng giaûm theo thôøi gian t cuøng daïng ñònh luaät phoùng xaï. 2.2.2. Xaùc ñònh chu kyø baùn raõ T vaø haèng soá phoùng xaï: Taïi thôøi ñieåm t = T thì haït nhaân phaân raõ phoùng xaï chæ coøn laïi phaân nöûùa soá haït nhaân ban ñaàu. N N(t) = 0 2 N ⇒ N e −λT = 0 ⇒ 2 = e λT 0 2 ln2 0,693 ⇒ λT = ln2 ⇒ T = = λ λ Töùc laø chu kyø baùn raõ tæ leä nghòch vôùi haèng soá phoùng xaï λ . Caùc chaát phoùng xaï khaùc nhau coù theå coù nhöõng chu kyø baùn raõ khaùc nhau raát xa nhö caùc ví duï trong baûng döôùi ñaây: Haït nhaân T Haït nhaân T 212 -7 209 Po 3.10 s Pb 3,3 h 213 -6 224 4.10 s Ra 3,6 ngaøy Po 215 -3 228 Po 1,8.10 s Th 1,9 naêm 226 217 -2 At 2.10 s Ra 162 naêm 219 234 Rn U 2,7.105 naêm 3,9 s 208 235 Tl U 7,1.108 naêm 3,1 ph 232 Th 1,4.1010 naêm [9, Tr. 169]. Sinh viãn thæûc hiãûn: Nguyãùn Nháût Træåìng Luáûn vàn täút nghiãûp Trang 15 2.2.3. Moái quan heä giöõa thôøi gian soáng trung bình τ vaø haèng soá phaân raõ λ : Ta laáy moät thôøi ñieåm naøo ñoù ñeå xeùt : Soá haït nhaân phaân raõ trong khoaûng thôøi gian töø t ñeán t + dt laø: dN(t) = λN(t).dt (ta chæ xeùt ñoä lôùn). Thôøi gian soáng toång coäng cuûa dN(t) haït nhaân naøy laø: t.dN(t) = λN(t).t.dt Thôøi gian soáng trung bình cuûa haït nhaân seõ laø : ∞ ∞ ∫ t.dN(t) ∫ t.λ.N(t).dt τ = 0∞ = 0∞ ∫ dN(t) ∫ λ.N(t).dt 0 0 1 T Aùp duïng ñònh luaät cô baûn ta ñöôïc τ = = λ 0,693 Vaäy: Thôøi gian soáng trung bình τ tæ leä nghòch vôùi haèng soá phaân raõ λ . 2.2.4. Vieát ñònh luaät cô baûn theo thôøi gian soáng trung bình τ: −τt − λt Ta coù : N(t) = N e = N 0e 0 Sau thôøi gian τ, soá haït nhaân phaân raõ laø : τ − N N=N e τ = 0 0 e Vaäy : Sau thôøi gian τ, soá haït nhaân giaûm e laàn. 2.2.5. Ñònh luaät cô baûn cuûa phaân raõ phoùng xaï trong tröôøng hôïp toång quaùt ( tröôøng hôïp phaân raõ phoùng xaï chuoãi ): Quaù trình phaân raõ phoùng xaï chuoãi nhö sau: haït nhaân 1 phoùng xaï thaønh haït nhaân 2, haït nhaân 2 phoùng xaï thaønh haït nhaân 3 ... 1 → 2 → 3 →.... Ta haõy xeùt phoùng xaï chuoãi 1 → 2 → 3 →... Ta haõy vieát ñònh luaät cô baûn cho tröôøng hôïp naøy. Soá haït nhaân 1 phaân raõ trong khoaûng thôøi gian dt laø : dN1 ( t ) = - λ1 N1 ( t ) dt λ1, N1 ( t ) laø haèng soá phaân raõ vaø soá haït nhaân 1 taïi thôøi ñieåm t . Trong thôøi gian ñoù haït nhaân 2 ñöôïc hình thaønh vaø laïi phaân raõ . dN 2 ( t ) = [λ1 N1 ( t ) - λ2 N2 ( t )].dt λ2 ,N2 ( t ) laø haèng soá phaân raõ vaø soá haït nhaân 2 taïi thôøi ñieåm t . Vaäy ta coù heä phöông trình :  dN (t)  1 =−λ .N (t) dt 1 1  dN (t)  2 =λ .N (t )− λ .N (t) 1 1  dt 2 2 Sinh viãn thæûc hiãûn: Nguyãùn Nháût Træåìng (2-.2) (2-3) Luáûn vàn täút nghiãûp Trang 16 2.2.5.1. Vôùi caùc ñieàu kieän ban ñaàu laø : § Soá haït nhaân 1 taïi thôøi ñieåm t = 0 laø: N 1(0) = N10 . § Soá haït nhaân 2 taïi thôøi ñieåm t = 0 laø: N 2(0) = 0 . Giaûi heä phöông trình (2-2) vaø (2-3), cho ta hai nghieäm: −λ t 1 N (t) = N e 1 10 N λ 10 1  e − λ 1 t − e − λ 2 t  N (t) = 2  λ − λ   2 1 2.2.5.2. Vôùi caùc ñieàu kieän ban ñaàu laø: § Soá haït nhaân 1 taïi thôøi ñieåm t = 0 laø N 1(0) = N10 . § Soá haït nhaân 2 taïi thôøi ñieåm t = 0 laø N 2(0) = N20 . Giaûi heä hai phöông trình (2-2) vaø(2-3), cho ta hai nghieäm: −λ t N 1 (t) = N 10 e 1 N λ  −λ t −λ t −λ t  N 2 (t) = 10 1  e 1 − e 2  + N 20 e 2   λ 2 − λ1   2.2.6. Ñôn vò ño ñoä phoùng xaï (ñôn vò ño hoaït ñoä phoùng xaï): Hieän nay coù hai loaïi ñôn vò ño ñoä phoùng xaï. 2.2.6.1. Ñôn vò Curi: Kyù hieäu: Ci. 1Ci = 3,7.10 10 phaân raõ trong moät giaây. 1Ci baèng ñoä phoùng xaï cuûa 1g Radie * Caùc öôùc soá cuûa Ci: 1mCi = 10 -3Ci. 1µCi = 10-6Ci. 2.2.6.2. Ñôn vò Becquerel: Töø naêm 1974, baét ñaàu duøng ñôn vò Becquerel, kyù hieäu laø Bq. 1Bq = 1 phaân raõ trong moät giaây. * Caùc öôùc soá cuûa Ci: 1mBq = 10 -3Bq 1µBq = 10-6Bq Vaø 1Ci = 3,7.1010Bq 2.3. Caùc ñònh luaät chi phoái hieän töôïng phoùng xaï: Trong phaûn öùng haït nhaân vaø trong hieän töôïng phoùng xaï luoân toàn taïi moät soá ñònh luaät baûo toaøn. Neáu vi phaïm moät trong soá caùc ñònh luaät baûo toaøn naøy thì hieän töôïng phoùng xaï seõ khoâng xaûy ra ñöôïc. Ô Û ñaây, ta chæ toùm taét caùc ñònh luaät maø khoâng ñi saâu vaøo chi tieát. 2.3.1. Ñònh luaät baûo toaøn ñieän tích: Toång soá ñieän tích tröôùc khi phoùng xaï baèng toång soá ñieän tích sau hieän töôïng phoùng xaï. Vôùi: A → b + B Sinh viãn thæûc hiãûn: Nguyãùn Nháût Træåìng Luáûn vàn täút nghiãûp Trang 17 A: haït nhaân phoùng xaï (haït nhaân meï). B: saûn phaåm cuûa haït nhaân phoùng xaï (haït nhaân con). b: tia phoùng xaï (haït α, β, γ, …). thì: ZA = Zb + ZB Z: chæ soá ñieän tích. 2.3.2. Ñònh luaät baûo toaøn soá khoái: Toång soá nuclon tröôùc vaø sau hieän töôïng phoùng xaï phaûi baèng nhau. Vôùi: A → b + B thì: AA = Ab + AB A: soá haït nuclon cuûa haït nhaân phoùng xaï. 2.3.3. Ñònh luaät baûo toaøn naêng löôïng: Naêng löôïng tröôùc khi phoùng xaï phaûi baèng toång naêng löôïng sau khi phoùng xaï. Vôùi: A → b + B Goïi: MA laø khoái löôïng cuûa haït nhaân meï. MB laø khoái löôïng cuûa haït nhaân con. ∆W laø naêng löôïng haït nhaân toûa ra khi phaân raõ. M C 2 = ∑ M BC 2 + ΔW Ta coù: A Vì trong hieän töôïng phaân raõ thì ∆W thöôøng raát beù neân coù theå xem: M C 2 = ∑ M BC 2 A 2.3.4. Ñònh luaät baûo toaøn xung löôïng: ρ pb ρ Ñònh luaät naøy ñöôïc moâ taû nhö sau: ρ ρ ρ p A pA = p + pB b α ρ Neáu ban ñaàu, haït nhaân meï ñöùng yeân, ta ñöôïc: ρ ρ ρ pB pA = p + pB = 0 b Nhôø ñònh luaät naøy, ta xaùc ñònh deã daøng goùc α cuûa caùc haït bay ra. 2.3.5. Ñònh luaät baûo toaøn spin: Spin cuûa heä tröôùc vaø sau bieán ñoåi (hieän töôïng phoùng xaï) hoaëc ñeàu laø nguyeân hoaëc ñeàu laø baùn nguyeân. 2.3.6. Ñònh luaät baûo toaøn tính chaün leû: Tính chaün leû cuûa traïng thaùi heä tröôùc vaø sau khi phaân raõ phoùng xaï phaûi khoâng ñoåi. 2.4. Caùc traïng thaùi caân baèng phoùng xaï naác. Xeùt phoùng xaï daây chuyeàn: 1→ 2→ 3→ 4→ …→ n Hay N1(t)→ N2(t)→ N3(t)→ N4(t)→ … → Nn(t). ÖÙng vôùi thôøi ñieåm t thì ta coù caùc haèng soá phoùng xaï laø: λ1→ λ2→ λ3→λ4→ …→λn Ta coù theå xem töø λ1→λ2 laø moät naác vaø traïng thaùi cho naác töø λ2→λ3 laø moät Xeùt hai naác baát kyø, cuï theå xeùt hai naác 1→ 2→ 3 . Sinh viãn thæûc hiãûn: Nguyãùn Nháût Træåìng Luáûn vàn täút nghiãûp Trang 18 Nhö ôû phaàn tröôùc, ta coù: * Neáu N10 = N0 * Vaø N20 = 0 −λ t −λ t Thì: N (t) = N e 1 = N e 1 1 10 0 N 2 (t) = N λ  −λ t 10 1 e 1 − e -λ2t    λ 2 − λ1     λ 1 e −λ1t − λ1 e -λ2t  =N  0 λ − λ λ 2 − λ1  1  2 −λ t t λ t 3 ∫ λ N (t)e 3 dt 0 2 2 Laáy tích phaân, ta ñöôïc: λ λ λ λ −λ t −λ t 1 2 1 2 N 3 (t) = N 0 [ e 1 + e 2 (λ − λ )(λ − λ ) (λ − λ )(λ − λ ) 2 1 3 1 1 2 3 2 λ λ −λ t 1 2 + e 3 ] (λ − λ )(λ − λ ) 1 3 2 3 λ λ ...λ 1 2 n −1 Ñaët C n = 1 (λ − λ )(λ − λ )...(λ − λ ) 2 1 3 1 n 1 λ λ ...λ 1 2 n −1 Cn = 2 (λ − λ )(λ − λ )...(λ − λ ) 1 2 3 2 n 2 λ λ ...λ 1 2 n −1 Cn = 3 (λ − λ )(λ − λ )...(λ − λ ) 1 3 2 3 n 3 λ λ ...λ 1 2 n −1 Cn = 1 (λ − λ )(λ − λ )...(λ −λ ) 1 n 2 n n -1 n Ta ñöôïc: −λ t −λ t  2 + ... + C n e −λn t  N n (t) = N 0 C1n e 1 + C n e n 2   vaø: N 3 (t) = e 2.4.1. Neáu λ2>λ1 :   λ2>λ1 ⇒ T1>T2 Ta coù ñoà thò cuûa N 2(t) theo t nhö hình: Tröôøng hôïp naøy ta coù "caân baèng chuyeån dôøi" . Thaät vaäy Khi t lôùn hôn thì söï ñoùng goùp cuûa thaønh phaàn thöù hai trong bieåu thöùc N 2(t) seõ raát beù, ta coù theå boû qua, luùc naøy ta ñöôïc: Sinh viãn thæûc hiãûn: Nguyãùn Nháût Træåìng Luáûn vàn täút nghiãûp Trang 19 N2 = N0 N2 λ1e −λ t 1 λ 2 − λ1 λ1 = N1.λ1 λ 2 − λ1 = haèng soá. N1 λ 2 − λ1 Tyû soá giöõa löôïng haït nhaân meï vaø löôïng haït nhaân khoâng ñoåi. ⇒ = 2.4.2. Neáu λ2>>λ1 : N 2 (t) = N2(t) con laø t N λ  −λ t 0 1 e 1 − e -λ2t    λ 2 − λ1   λ1 λ1 −λ t -λ t  N e 1 − N e 2  λ 2 − λ1 0   λ 2 − λ1 0 −λ t Khi t ñuû lôùn ⇒ e 2 → 0 Vì λ2>>λ1 ⇒ λ − λ ≈ λ 2 1 2 Theá vaøo N2(t), ta ñöôïc: λ N λ −λ t λ N 2 (t) = 1 .N 0e 1 = 1 N1 ⇒ 2 = 1 = haèng soá λ2 λ2 N1 λ 2 N 2 λ1 τ 2 = = = haèng soá, ta goïi laø ñieàu kieän "caân baèng theá kyû" . N λ τ 1 2 1  = {&{ TOÙM TAÉT CHÖÔNG 2 2.1. Caùc ñaïi löôïng ñaëc tröng cuûa hieän töôïng phoùng xaï: Hoaït ñoä: A = − dN dt N0 . 2 Haèng soá phoùng xaï λ: laø xaùc suaát ñeå moät haït nhaân phaân raõ trong moät ñôn vò thôøi gian. Thôøi gian soáng trung bình: τ 2.2. Caùc ñònh luaät daønh cho hoaït ñoä phoùng xaï: Phöông trình cô baûn: N(t) = N e −λt ; A(t) = A e −λt 0 0 1 T Moái lieân heä giöõa τ vaø λ : τ = = λ ln 2 −λ t Phaân raõ phoùng xaï chuoãi: N (t) = N e 1 1 10 Chu kyø baùn raõ: t = T → N(t) = Sinh viãn thæûc hiãûn: Nguyãùn Nháût Træåìng Luáûn vàn täút nghiãûp Trang 20 N λ −λ t −λ t −λ t N 2 (t) = 10 1 (e 1 − e 2 ) + N 20 e 2 λ 2 − λ1 Ñôn vò: Curi (1Ci = 3,7.10 10 phaân raõ trong 1 giaây). Becquerel (1Bq = 1 phaân raõ trong 1 giaây). 2.3. Caùc ñònh luaät chi phoái hieän töôïng phoùng xaï: A→ b+B § Ñònh luaät baûo toaøn ñieän tích: ZA = Zb +ZB . § Ñònh luaät baûo toaøn soá khoái: A A = Ab +AB . § Ñònh luaät baûo toaøn naêng löôïng: M AC2 = ∑ M B C 2 + ΔW ρ ρ ρ § Ñònh luaät baûo toaøn xung löôïng: p = p + p B A b § Ñònh luaät baûo toaøn spin. § Ñònh luaät baûo toaøn tính chaün leû. 2.4. Caùc traïng thaùi caân baèng phoùng xaï: N λ −λ t −λ t N (t) = 10 1 (e 1 − e 2 ) (N20 = 0) 2 λ 2 − λ1 λ1 N Khi λ2 > λ1 (T2 < T1 ) ⇒ 1 = = const : caân baèng chuyeån dôøi. N 2 λ2 − λ1 λ N Khi λ2 >> λ1 (T2 << T1 ) ⇒ 2 = 1 = const : caân baèng theá kyû. N1 λ2 {&{ Chöông 3: TÌM HIEÅU CAÙC TIA PHOÙNG XAÏ VAØ CAÙC HIEÄN TÖÔÏNG PHOÙNG XAÏ TÖÏ NHIEÂN 3.1. Quy taéc dòch chuyeån: Moïi hieän töôïng Vaät lyù cuõng nhö quaù trình phaân raõ haït nhaân cuõng phaûi tuaân theo quaù trình chung nhaát cuûa Vaät lyù, ñoù laø: caùc ñònh luaät baûo toaøn xung löôïng naêng löôïng... ngoaøi ra quaù trình phaân raõ coøn tuaân theo ñònh luaät baûo toaøn ñieän tích, baûo toaøn spin, baûo toaøn tính chaün leû... Trong quaù trình phoùng xaï, haït nhaân ban ñaàu (haït nhaân meï)ï töï phaân raõ thaønh haït nhaân môùi (haït nhaân con) vaø haït nhaân nheï (tia phoùng xaï). Döïa vaøo caùc ñònh luaät baûo toaøn noùi treân, ta haõy xeùt töøng loaïi phaân raõ α, β, γ. Quaù trình ñoù ñöôïc dieãn taû bôûi caùc quy taéc dòch chuyeån sau: 3.1.1. Phaân raõ α : Haït α laø haït nhaân 2He4. Do ñoù haït nhaân meï ZXA khi phaân raõ α khoái löôïng soá giaûm ñi 4 ñôn vò vaø nguyeân töû soá giaûm ñi 2 ñôn vò. Z α X A → He 4 + Y A −4 2 Z−2 Sinh viãn thæûc hiãûn: Nguyãùn Nháût Træåìng