Giáo trình Vật lý hạt nhân: Phần 1

Phần 1 của giáo trình Vật lý hạt nhân trình bày những nội dung về: các đặc trưng cơ bản của hạt nhân bền, điện tích hạt nhân, momen từ của hạt nhân, lực hạt nhân; phân rã phóng xạ, phân rã alpha, phân ra beta, dịch chuyển gamma, phóng xạ tự nhiên;... Mời các bạn cùng tham khảo!

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐÀ LẠT F7G GIÁO TRÌNH VẬT LÝ HẠT NHÂN NGUYỄN HỮU THẮNG 2002 Vật lý Hạt nhân -2- MUÏC LUÏC MUÏC LUÏC CHƯƠNG I: CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA HẠT NHÂN BỀN I CẤU TẠO HẠT NHÂN II ĐIỆN TÍCH HẠT NHÂN III KHỐI LƯNG HẠT NHÂN Khối lượng lượng Khối phổ kế IV NĂNG LƯNG LIÊN KẾT CỦA HẠT NHÂN 11 V KÍCH THƯỚC HẠT NHÂN 17 Phương pháp so sánh lượng liên kết hạt nhân gương 18 Phương pháp nhiểu xạ electron nhanh lên hạt nhân 19 VI SPIN HẠT NHÂN 20 VII MOMEN TỪ CỦA HẠT NHAÂN 22 VIII MOMEN TỪ CỰC ĐIỆN CỦA HẠT NHÂN 25 IX LỰC HẠT NHÂN 27 CHƯƠNG II: PHÂN RÃ PHÓNG X 29 I Các đặc trưng tượng phóng xạ 29 Phương trình tượng phóng xạ 29 Độ phóng xạ 30 Phương pháp xác định số phân rã λ thực nghiệm 31 II PHÂN RÃ ANPHA 32 III PHÂN RÃ BETA 45 Các loại phân rã beta 45 2.Các đặc điểm phân rã beta 48 a Phoå beta 48 b Phổ beta tồn neutrino 49 Cơ sở lý thuyết phân rã beta 53 a Tìm phân bố theo lượng: 53 b Số hiệu Coulomb 56 Hằng số phân rã beta λβ 58 IV Dịch chuyển GAMMA 60 Mở đầu 60 Xeùt chuyển dời xạ GAMMA 61 Hiện tượng biến hoán 63 V PHÓNG XẠ TỰ NHIÊN 66 CHƯƠNG III PHẢN ỨNG HẠT NHÂN 69 I PHÂN LOẠI PHẢN ỨNG HẠT NHÂN 69 II CAÙC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN 70 Định luật bảo toàn điện tích số nuclon 70 Nguyễn Hữu Thắng Vật lý Hạt nhân -3- Định luật bảo toàn lượng xung lïng 70 Giản đồ xung lượng phản ứng hạt nhân 74 Định luật bảo toàn momen động lượng 81 Định luật bảo toàn chẵn lẻ 82 6: Định luật bảo toàn spin đồng vị 83 III TIẾT DIỆN HIỆU DỤNG CỦA PHẢN ỨNG HẠT NHÂN 85 IV PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH HẠT NHÂN 87 Lịch sử phát minh tính chất phản ứng phân hạch 87 Lý thuyết tượng phân hạch 88 Khả sử dụng lượng phân hạch(năng lượng nguyên tử) 94 Cấu tạo nguyên tắc làm việc lò phản ứng 96 V PHẢN ỨNG NHIỆT HẠCH 99 CHƯƠNG IV MẪU VỎ HẠT NHÂN 102 I NHỮNG CƠ SỞ THỰC NGHIỆM CỦA MẪU VỎ HẠT NHÂN 103 II LÝ THUYẾT MẪUVỎ 104 PHUÏ LUÏC 111 I GIÁ TRỊ CUẢ VÀI HẰNG SỐ CƠ BẢN 111 II GIÁ TRỊ CUẢ VÀI BIỂU THỨC THƯỜNG DÙNG 111 III KHỐI LƯNG CUẢ MỘT SỐ HẠT SƠ CẤP 111 TÀI LIỆU THAM KHẢO 121 Nguyễn Hữu Thắng Vật lý Hạt nhân -4- CHƯƠNG I: CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA HẠT NHÂN BỀN I CẤU TẠO HẠT NHÂN Hạt nhân cấu tạo từ hạt proton neutron Khối lượng proton neutron lớn gấp 1.800 lần khối lượng electron me: Khối lượng electron (me = 9,1 10-28g), khối lượng proton mp = 1836,15me = 1,67265.10-24 g; khối lượng neutron mn =1838,69 me=1,67495.10-24g Nếu lấy đơn vị khối lượng nguyên tử (atomic mass units) kí hiệu amu Theo định nghóa, đơn vị khối lượng nguyên tử có giá trị phần mười hai khối lượng nguyên tử carbon C 12 1amu = 1, 660567.10-24g = 931,502MeV; (1 eV = 1, 6.10-19J) Khối lượng proton :mp = 1,007276amu Khối lượng neutron mn= 1,008665amu Proton mang điện tích dương, có độ lớn điện tích electron Neutron có điện tích không /e/ =1,6.10-19 C = 4,8 10-10CGSE Spin proton neutron 1/2h hai hạt tuân theo thống kê Fermi-Dirac, thoả mãn nguyên lí loại trừ Pauli Momen từ spin proton : µsp = 2, 792763 µ0 Momen từ spin neutron : µsn = -1, 91348 µ0 Trong µ0 đơn vị momen từ có giá trị µ0 = eh/2mpc = µB/1836 với µB = eh/2mec gọi magneton Bo đơn vị đo memen từ nguyên tử µ0 gọi magneton nhân Ta thấy neutron có điện tích không, có momen từ khác không điều chứng tỏ neutron có cấu trúc bên phức tạp Proton neutron tương tác với qua lực hạt nhân, lực không phân biệt điện tích, khối lượng proton neutron xấp xỉ nhau, spin chúng giống vật lý hạt nhân, proton neutron thực chất hai trạng thái hạt gọi chung nuclon Chúng biến đổi qua lại lẫn điều kiện định Các biến đổi tương hỗ neutron proton a) Neutron biến đổi thành proton : Do khối lượng neutron lớn khối lượng proton (xấp xỉ 0,14%) trạng thái tự neutron phân rã thành proton với chu kì bán rã T1/2=11,7 phút n > p + e(1.1.1) b) Proton biến đổi thành neutron: Nguyễn Hữu Thắng Vật lý Hạt nhân -5- Proton hạt bền, nhiên bên hạt nhân phóng xạ bêta, proton biến đổi thành neutron: p -> n + e+ (1.1.2) Hiệu khối lượng hạt hai vế bù trừ lượng hạt nhân truyền cho proton Neutron proton tương tác với qua lực hạt nhân chất điện, liên quan đến trao đổi meson Nếu mô tả phụ thuộc tương tác hai nuclon lượng nhỏ khoảng cách r chúng, phụ thuộc có dạng sau: U u R0 uk r r u0 u0 Hình (a): cặp n -n hay n -p Hình (b) : cặp p -p Hình vẽ chứng tỏ proton neutron (hoặc neutron neutron) khoảng cách xa r>>R0 ; (R0 bán kính tác dụng lực hạt nhân) tương tác không Khi r≤ R0 lực hút nuclon có tác dụng tạo thành hệ liên kết hạt nhân Độ sâu giếng khoảng 30MeV, R0 cỡ 10-13cm Nói lực hạt nhân tồn r ≥ R0 yếu Trong trường hợp hai proton tương tác có dạng khác Ở khoảng cách r > R0 lực hạt nhân, trường lực coulomb proton lại tăng r giảm Trong hạt nhân khoảng cách rR Hàm sóng beta neutrino thay đổi không đáng kể bên hạt nhân coi hàm sóng beta neutrino không đổi bên hạt nhân, đơn giản ta xác định hàm sóng uβ,uν tâm r = 0, từ đó: cuối ta có: Nguyễn Hữu Thắng uβ* = uν* = uβ*(0) = uν*(0) = 1/(V) Hik = (g/V)∫ uk*ui dτ (2.3.10) Vật lý Hạt nhân - 58 - Hằng số phân rã beta λβ Thay Hik vào biểu thức dω ta có: dω = đổi pν = g2 2 * ∫ ukui dτ pβ pν dpβ (2.3.11 ) 2π 3h7 c số hạng có ν sang β Eν2 = c2 c2 (Eβ max − Eβ ) 2 1⎛ 2 2⎟ ⎞ ⎜ = ⎝ m c + c pβ max − m c + c pβ ⎠ c từ ñoù ta coù: λ β = ∫ dω = p β max ∫ g2 2π 3h7 c 2 * 2 2 ∫ uk ui dτ ⎛⎜⎝ m c + c pβ max − m c + c pβ ⎞⎟⎠ pβ dpβ Ta đưa vào khái niệm xung lượng tương đối: ηβ = pβ/mβc thì: g m5c * λβ = τ u d F η β max k 2π 3h7 ∫ ⎧ ⎪ 30 η β max , (η max >> 1) F η β max = ⎨ ⎪≈ η β max , (η max T = ln2/λ, chu kỳ phân rã rút gọn xác định bởi: 2π h const F (η β max )T = (ln 2) = 2 * τ g m c ∫ u*k ui dτ u u d k i ∫ ( ( ) ) Nếu ta đo F(η) T từ suy phần tử ma trận ⎪∫u*kuidτ⎪2 * Ý nghóa chu kỳ phân rã rút gọn: xác suất để chuyển hệ từ trạng thái đầu sang trạng thái cuối có giá trị nằm khoảng từ đến 1, để trạng thái đầu trạng thái cuối, FT bé (do phần tử ma trận nằm mẫu) + Khi chu kỳ bán rã rút gọn bé: phân rã thuận lợi gọi phân rã cho phép + Khi chu kỳ bán rã rút gọn lớn: phân rã bị cấm Thường FT > 1000 nên người ta lấy lgFT Khi lgFT = ->4 : ta có chuyển dời siêu cho phép Khi lgFT = >6: ta có chuyển dời cho phép Khi lg FT =7 ->8 : chuyển dời bị cấm bậc Nguyễn Hữu Thắng Vật lý Hạt nhân - 59 - Khi lgFT = ->10: chuyển dời bị cấm bậc Đo FT ta xác định phần tử ma trận, từ kiểm nghiệm lý thuyết phân rã hạt nhân Quy tắc chọn lưạ phân rã beta spin tính chẳn lẻ Quy tắc lựa chọn FERMI: ∆J = , ∆π không đổi Cho Quy tắc lựa chọn GAMOW TELLER: ∆J = 0, ± 1, ∆π không đổi Đối với chuyển dời ∆J ≥ 2, ∆π thay đổi bị cấm Cụ theå: ∆J = 0, ± ∆J = ∆J = ∆J = Thí dụ 1: Tương ứng 32Ge β- 75 Neutron lẻ thứ 43 mức 3p1/2 ( Voû ) lg FT = → lg FT ~ lg FT ~ 13 lg FT ~ 18 33As Bị cấm bậc cao 75 Proton mức 3p3/2 ( Vỏ ) l=1 J = 11/2, ∆J = 1, ∆π = ∆l = suy tính chẵn lẻ không thay đổi, tuân theo quy tắc Gamow Teller, lg FT = 4.72 phân rã thuộc loại cho phép 35 Thí dụ 2: >17Cl35 16S S35: có neutron lẻ thứ 19 trạng thái 3d3/2 ; Cl35: có proton thứ 17 trạng thái 3d3/2 Do ∆J = 3/2-3/2 =0 ; ∆π = 2-2 =0 , phân rã thuộc loại cho phép theo quy tắc Fermi , lgFT = 5,06 * Hiện tượng chiếm K Trong tượng chiếm K, hạt nhân bắt electron vỏ điện tử thứ K, phát neutrino mang lượng : Eν = {Ma(A,Z+1) - Ma(A,Z)}c2 -γe-K γeK : lượng liên kết electron vỏ thứ K γeK = -Z2e2 /2b ; b :là bán kính quỹ đạo Bohr ; b = h2/me2 Năng lượng neutrino: Eν = Eβmax - Z2e2/2b Xác suất chuyển dời tượng chiếm K: Để tính xác suất chuyển dời tượng chiếm K, tương tự lý thuyết phân rã beta ,ở mật độ trạng thái cuối có neutrino ρ(E) = dn/dE = dnν /dE Nguyễn Hữu Thắng Vật lý Hạt nhân - 60 - số trạng thái cuối neutrino : dnν = ⇒ λ 4π p ν2 d p ν (2π h ) K = V π h 4c V H ik ⎛ Z 2e ⎞ ⎜ E β m ax − ⎟ 2b ⎠ ⎝ * Vài đặc điểm cần lưu ý: + Xác suất chiếm K tăng nhanh Z tăng + Đối với lượng phân rã nhỏ năm lần lượng nghỉ electron hạt nhân có Z > 55 xác suất chiếm K lớn xác suất phân rã β+ ;λK > λβ+ Lý hạt nhân nặng tăng gần bán kính quỹ đạo Bohr electron, electron dễ bị hấp thụ IV Dịch chuyển GAMMA Mở đầu Hiện tượng xạ gamma hạt nhân chuyển dời từ trạng thái kích thích cao xuống trạng thái kích thích thấp hơn, cách phát xạ điện từ có bước sóng ngắn gọi tia gamma, trình hạt nhân không thay đổi số khối A điện tích Z, mà thay đổi trạng thái hạt nhân mà thôi: A* -> ZXA + γ (2.4.1) ZX Haït nhân trạng thái kích thích tạo nên thường qua phản ứng hạt nhân sau trình phân rã beta anpha mức lượng cao hạt nhân con, mà trạng thái dịch chuyển bị cấm bậc cao spin độ chẵn lẽ hạt nhân mẹ hạt nhân khác biệt Ví dụ xét sơ đồ phân rã beta Na24 Nguyễn Hữu Thắng Vật lý Hạt nhaân - 61 - 24 11Na 4+ β- 4+ 2+ 0+ Mg24 Từ sơ đồ phân rã ta thấy, hạt nhân Na24 trạng thái có spin độ chẵn lẽ phân rã β- trạng thái Mg24 có spin độ chẵn lẻ 0+, phân rã thuộc loại bị cấm bậc cao, phân rã beta trạng thái 4+ thuận lợi có trạng thái spin độ chẵn lẻ Phân rã beta có chu kỳ bán rã 15 Do tính chất lượng tử mức lượng hạt nhân, nên gamma phát có phổ lượng phổ vạch, chương ta xét phân rã γ không liên quan đến nguyên nhân gây trình kích thích hạt nhân mà xét chất chuyển dời Còn tượng chuyển dời từ trạng thái kích thích cao trạng thái e+ lượng nhỏ chuyển dời có lượng Eγ > 2m0C2 γ người ta thấy hạt nhân phát cặp (e-, e+) evà ta gọi tượng tạo cặp Ta thấy trình chuyển dời trạng thái hạt nhân song song với xạ γ có tượng: electron biến hoán tượng tạo cặp Xét chuyển dời xạ GAMMA * Vài đặc trưng xạ γ, theo lý thuyết điện từ : E γ = h ν = 2π h ν = h ω r r r Pγ = h k , k : vect sóng λ= r 2π c k =k= λν hc hc = hν Eγ ⇒k= 2π E γ hc (2.4.3) = ω r ω r 2π h ν 2πν = = ,k = n hc c c c Theo lý thuyết điện động lực học lượng tử, xác suất dịch chuyển gamma λ phụ thuộc mạnh vào spin J số lượng tử momen động lượng l xạ Mỗi xạ đặc trưng bậc đa cực l Với l = : xạ lưỡng cực ; với l =2 : xạ tứ cực … Nguyễn Hữu Thắng Vật lý Hạt nhân - 62 - Khi hạt nhân trạng thái kích thích, theo lý thuyết điện động lực học, hạt nhân trạng thái dao động Có hai loại dao động, dao động điện liên hệ đến phân bố điện tích hạt nhân Dao động từ liên hệ đến phân bố mật độ dòng hạt nhân Giá trị l, xác định / Jđ – Jc / ≤ l ≤ Jñ + Jc Trong Jđ, Jc spin trạng thái đầu trạng thái cuối mức lượng hạt nhân Ứng với giá trị l : có (2)l : xạ đa cực điện (2)l-1 xạ đa cực từ Với l =1 : ta có xạ lưỡng cực điện, kí hiệu E1 Với l =2 : ta có xạ tứ cực điện E2 ; xạ lưỡng cực từ M1 Với l = : ta coù E ; M 2, … Ví dụ: Xét xạ phát từ hạt nhân 18Ar 36 3- E ;M 2+ E ;M 0+ Ar36 Khi tăng giá trị momen động l xạ, thời gian sống mức lượng kích thích tăng nhanh Ví dụ, với chuyển dời lưỡng cực ( l=1), tương ứng với thời gian sống τ ∼ 10-13 – 10-17 giây Với chuyển dời tứ cực ( l= 2), τ ∼ 10-13 giây Với l= ; τ ∼ vài Với l =4 ; τ ∼ vài năm Do xạ chủ yếu tập trung vào bậc đa cực thấp, tuân theo quy tắc lựa chọn l = ⏐∆J⏐, ⏐∆J⏐+1 Theo định luật bảo toàn chẵn lẻ: Các chuyển dời đa cực điện xẩy tính chẵn lẻ hạt nhân trạng thái đầu cuối thỏa mãn hệ thức : (πđ/πc)=(-1)l Các chuyển dời đa cực từ xẩy : (πđ / πc ) = (-1)l+1 Ta lập bảng chuyển dời số giá trị ∆J ∆ π thay ñoåi ∆J=0 E 1, M2 ∆ J =1 E 1, M ∆ J =2 M 2, E ∆ J =3 E 3, M ∆ π không đổi M1, E M1, E E 2, M3 M3, E Trong chuyển dời khả dó, phải loại trừ chuyển dời với /∆ J/ =0 nghóa Nguyễn Hữu Thắng Vật lý Hạt nhân - 63 - dịch chuyển 0-0 bị cấm Tương tự /∆ J/ = với l=2 dịch chuyển 0-1 ;1-0 bị cấm ; /∆ J / = dịch chuyển 0-2 ;2-0 bị cấm Giữa chuyển dời bậc đa cực tỉ số Xác suất dịch chuyển từ xác suất dịch chuyển điện cỡ 10-3 + Nếu xét tỉ số xác suất dịch chuyển hai đa cực loại, có bậc đa cực khác đơn vị thì: E 1/E = M 1/M2 = … ≈ 10-5 Nếu xác định loại xạ từ đo ta xác định tính chẵn lẻ spin trạng thái đầu cuối hạt nhân Các chuyển dời bậc cao với lượng chuyển dời thấp có thời gian sống vó mô (cỡ vài giây giờ), trạng thái kích thích hạt nhân có thời gian sống lâu gọi trạng thái đồng phân hạt nhân (Isomer) Hiện tượng đồng phân hạt nhân phát lần O Hann vào năm 1921 hạt nhân Pa234 chuỗi hạt nhân phóng xạ tự nhiên thuộc họ Uran (4n+2), sau I V Kurchatov (1935) phát hạt nhân Br80 In 115 59 5/2 - 33 ½- 9/2+ In115 Ta thấy In115 trạng thái 9/2+ trạng thái kích thích mức lượng 335keV có spin ½ - chuyển dời hai mức thuộc loại M4 bị cấm bậc cao thời gian sống mức lên đến 14, Ngoài lý chênh lệch lớn spin độ chẵn lẻ, tồn trạng thái đồng phân hạt nhân có liên quan đến hình chiếu K spin lên trục đối xứng hạt nhân Sau người ta phát nhiều hạt nhân đồng phân có số proton hay neutron đứng kế cận hạt nhân magic 50, 82, 126 Ví dụ : 49In115, 37Rb86, 52Te131, 80Hg199… chúng tạo thành đảo đồng phân Hiện tượng biến hoán Trong trình chuyển dời, hạt nhân phát lượng tử γ Tuy nhiên, trình phát γ trình để hạt nhân giảm lượng kích thích Hạt nhân giảm lượng kích thích cách electron từ vỏ điện tử gọi “hiện tượng biến hoán trong“, electron bị gọi Nguyễn Hữu Thắng Vật lý Hạt nhân - 64 - electron biến hoán (một trình tương tự hiệu ứng quang điện mặt hình thức) * Năng lượng electron biến hoán thí dụ lượng e- từ vỏ K, L bứt ngoaøi: EeK = Eγ - EK (2.4.2) EeL = Eγ - EL Năng lượng liên kết electron vỏ thứ K, L, EK, EL có giá trị xác định, lượng lượng tử γ có giá trị xác định lượng e- biến hoán phát gián đoạn Nói cách khác phổ lượng e- biến hoán giống phổ γ nghóa phổ vạch * Cơ cấu tượng biến hoán hình thức gồm hai giai đoạn Giai đoạn 1: hạt nhân phát γ Giai đoạn 2: Các γ tương tác với vỏ điện tử e- khỏi vỏ giống hiệu ứng quang điện Tuy nhiên, xem trình hai giai đoạn đúng, đồng thời với electron biến hoán phát với lượng xác định phải có gamma có lượng tương ứng Nhưng thực tế, đa số trường hợp quan sát thấy electron biến hoán mà γ có lượng tương ứng Chứng tỏ tượng biến hoán trình độc lập cạnh tranh với trình xạ γ, hoàn toàn xạ γ gây Do đó, trình biến hoán trình hai giai đoạn Người ta giải thích việc phát electron biến hoán tương tác điện từ hạt nhân với electron nguyên tử, coi e- rơi vào vùng trường điện từ hạt nhân coi tương tác tương tác trực tiếp Như đề cập, để giảm lượng kích thích, trình xạ γ có trình hạt nhân tương tác với electron vỏ điện tử, điện tử thu lượng kích thích hạt nhân xạ với lượng xác định: Ee = Eγ - ε ε lượng liên kết electron Xét phổ lượng beta hạt nhân Hg20 Nguyễn Hữu Thắng Vật lý Hạt nhân - 65 - Giản đồ mức lượng phân rã bêta phổ lượng cuả hạt nhân Hg203 Hiện tượng electron biến hoán trình xẩy với dịch chuyển gamma Người ta định nghóa hệ số electron biến hoán trong: Ν α= e Νγ Trong Ne số electron phát từ vỏ điện tử ;Nγ số γ phát Ν λ (2.4.4) α= e = e λγ Νγ α = α K + α L + α M + αI : hệ số biến hoán vỏ thứ i Lý thuyết chứng minh : 2Z 3α ⎛ ε + ⎞⎟ α điệnK, L = ⎜⎜ γ ε γ ⎝ ε γ ⎟⎠ 2Z α ⎛⎜ ε γ + ⎞⎟ α từK, L = ε γ ⎜⎝ ε γ ⎟⎠ taùc l+ l− 2 ⎡ (l + 1)ε 2γ + l ⎤ ⎥ ⎢ l +1 ⎦ ⎣ (2.4.5) (2.4.6) Trong :εγ = Eγ / mec2 lượng tương đối; α = e2/ηc số tương Nguyễn Hữu Thắng Vật lý Hạt nhân - 66 - V PHÓNG XẠ TỰ NHIÊN Các hạt nhân phóng xạ tồn tự nhiên với hạt nhân bền Các hạt nhân phóng xạ hình thành người thông qua phản ứng hạt nhân gọi hạt nhân phóng xạ nhân tạo Trong phần khảo sát hạt nhân phóng xạ hình thành vỏ đất kể từ lúc Trái Đất tạo lập, hạt nhân phóng xạ có thời gian bán rã nhỏ nhiều so với tuổi Trái Đất (cỡ 109 năm) chúng phóng xạ biến đổi thành hạt nhân bền Tuy nhiên 14 đồng vị phóng xạ có thời gian bán rã lớn tuổi Trái Đất tồn hàm lượng phát Sau bảng liệt kê đồng vị phóng xạ Tên đồng vị Loại phóng Chu kỳ bán rã (Năm) phóng xạ xạ 40 K β, EC 1, 2X109 V50 EC 4x1014 β 6, 2x1010 Rb87 β 6x1014 In115 La138 β, EC 1, 0x1011 α 5x1015 Ce142 sau phóng xạ, hạt nhân 144 15 α 3x10 Nb bền 147 11 α 1, 2x10 Sm 176 β 5x1010 Lu β 4x1012 Re187 α 1015 Pt192 α 1, 39x1010 (10 theá hệ phóng xạ ) Họ: 4n Th232 α 7, 07x109 (11 hệ phóng xạ ) Họ:4n+3 U235 α 4, 51x109 (14 hệ phóng xạ )Họ:4n+2 U238 Tất 11 đồng vị phóng xạ đầu tiên, sau phóng xạ hạt nhân trở thành đồng vị bền Ba đồng vị phóng xạ cuối hạt nhân nặng Sau phóng xạ, hạt nhân hạt nhân phóng xạ, chúng tiếp tục phóng xạ cho Nguyễn Hữu Thắng Vật lý Hạt nhân - 67 - đến hạt nhân cuối hạt nhân bền Ba hạt nhân phóng xạ đứng đầu ba chuỗi phóng xạ (gọi ho phóng xạ )ï, chúng có thời gian bán rã lớn so với hạt nhân cháu họ phóng xạ Các họ phóng xạ kết thúc đồng vị chì : Pb204, Pb207 Pb206 Ta tính tuổi Trái đất xác định khối lượng tương đối hạt nhân mẹ sống lâu họ phóng xạ đồng vị bền chì tương ứng Trong trình phóng xạ họ phóng xạ nói trên, hạt nhân phóng xạ chủ yếu phóng xạ α, β γ Ta biết phóng xạ β, số khối A không đổi, có nguyên tử số Z thay đổi Phóng xạ γ số A lẫn số Z không đổi Chỉ có phóng xạ α làm thay đổi A lẩn Z Cứ lần phóng xạ α hạt nhân phóng xạ có số A giảm bốn đơn vị Hạt nhân phóng xạ chuỗi Thorium có số khối A =232 chia cho đó, tất đồng vị phóng xạ chuổi thorium chia cho Vậy trị số A đồng vị chuổi thorium viết 4n, với n số nguyên Chuỗi Uran bắt đầu U238 ghi 4n+2 Chuỗi Actinium bắt đầu U235 ghi 4n+3 Còn chuỗi phóng xạ thứ tư mà thành phần có số A 4n+1 tự nhiên, thời gian bán rã hạt nhân phóng xạ đứng đầu chuỗi Np237 ngắn so với tuổi Trái đất (2, 25x106 năm) Tuy nhiên hạt nhân phóng xạ tạo phản ứng hạt nhân U236(n, β )Np237 Sau ta xét họ phóng xạ tiêu biểu: Các tia vũ trụ vào khí Trái Đất tạo nên hạt nhân phóng xạ thông qua phản ứng hạt nhân Một phản ứng tiêu biểu phản ứng neutron với hạt nhân Nitơ: 7N 14 + Nguyễn Hữu Thắng 0n -> 6C 14 + 1p1 Vật lý Hạt nhân - 68 - C14 hạt nhân phóng xạ β với thời gian bán rã 5760 năm C14 -> N14 + β Một phần nhỏ không khí có phân tử CO2 chứa đồng vị phóng xạ C14 với nguyên tử bền C12 Thực vật trao đổi khí CO2, chết đi, nguyên tử C14 không tăng lên mà lúc này, tỉ số nguyên tử C14 so với C12 giảm dần phóng xạ hạt nhân C14 Như ta có phương pháp nhạy để xác định tuổi cổ vật hữu gỗ, xác định tỷ số tương đối C14 C12 cách đo cường độ phóng xạ carbon Phương pháp W F LIBBY đề xuất lần năm 1952 gọi phương pháp xác định tuổi carbon phóng xạ Một phản ứng hạt nhân thứ hai tia vũ trụ tạo liên tục đồng vị phóng xạ tự nhiên : 7N 14 1H + 0n1 -> 6C12 + 1H3 Trong Tritium 1H3 đồng vị hydro Tritium phóng xạ thành Helium 2He3 với thời gian bán rã 12, năm Nguyễn Hữu Thắng -> 2He3 + β ... 0.00273 16 S33 35 0.0355 16 S 59 0.00 71 27Co - 0.027 29Cu63 81 0 .14 9 35Br Hạt nhân Q, -24 10 cm - 0.064 37Rb85 93 0.045 41Nb 13 5 0.404 56Ba 14 1 0 .16 59Pr 17 5 0.28 71Lu Hạt nhân Q, Q, -24 10 cm 10 -24... = 5π (1. 8.6) ZR02 β Q0 /R2 20 15 10 -5 - ⏐ 20 ⏐ 40 ⏐ ⏐ 60 80 ⏐ ⏐ ⏐ 10 0 12 0 14 0 N Momen tứ cực nội Q0 hạt nhân phụ thuộc số neutron N Hạt nhân 1H 11 5B 14 7N 17 8O 27 13 Al Hạt nhân Q, -24 10 cm... 11 1 III KHỐI LƯNG CUẢ MỘT SỐ HẠT SƠ CẤP 11 1 TÀI LIỆU THAM KHẢO 12 1 Nguyễn Hữu Thắng Vật lý Hạt nhân -4- CHƯƠNG I: CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA HẠT NHÂN BỀN I CẤU TẠO HẠT NHÂN Hạt