Báo cáo tiểu luận: Sơ đồ phân rã pot

Giáo viên hướng dẫn: Ths Phạm Nguyễn Thành Vinh Sinh viên thực hiện: Trần Văn Thịnh Bùi Việt Dũng Lương Vaên Minh Nội Dung Sơ đồ phân rã: Các kiểu phân rã: Sơ đồ phân rã phức tạp: Tốc độ phân rã: Cân phóng xạ Tương tác xạ với vật chất: Hiệu ứng quang điện Hiệu ứng Compton Sự tạo cặp 4.1 Sơ đồ phân rã: Sơ đồ phân rã biểu thị mức lượng hạt nhân hạt nhân phóng xạ cách thức kích thích Sơ đồ phân rã cho thấy kiểu phát xạ, chu kỳ phân rã sản phẩm phân rã Sự biểu thị thực cách mô tả mức lượng tương đối (các đường kẻ theo chiều dọc), đường thấp cho thấy nguyên tố trạng thái lượng thấp (trạng thái bản) chất phóng xạ Sơ đồ phân rã thay đổi theo trạng thái lượng Sau thường kèm theo chuyển tiếp số tia gamma Sơ đồ phân rã quan trọng phóng liên quan đến số phân rã hạt nhân 4.1.1 Các kiểu phân rã: Hình 4.1 minh hoạ sơ đồ phân rã số hạt nhân phóng xạ có ích cho thấy kiểu phân rã đơn giản Hai hàng đầu sơ đồ phân rã phát xạ beta, mũi tên cho biết gia tăng số nguyên tử từ Z đến Z +1; Vídụ, 14.3-d 32P miêu tả hạt nhân phóng xạ bị phân rã phát xạ trực tiếp beta trạng thái mức lượng Trong ví dụ phân rã trực tiếp tới trạng thái , phát hạt beta với lượng lớn 1,71 MeV Hình 4.1 sơ đồ phân rã đơn giản 4.1.2 Sơ đồ phân rã phức tạp: Một số sơ đồ phân rã chất phóng xạ minh họa hình 4.2 Các hạt nhân tham gia phân rã kiểu, ví dụ, 245-d 65Zn, hình thành chiếu xạ Nơtron 64Zn , phân rã xạ positron (1,7% phân rã) bắt electron (98,3% phân rã), 44% nhánh bắt electron dẫn đến trạng thái kích 65Cu 1,11 MeV Hình 4.2 Sơ đồ phân rã số hạt nhân phóng xạ với chế độ phân rã phức tạp 4.2 Tốc độ phân rã: 4.2.1 Chu kỳ bán rã: Hằng số phân rã thể công thức chu kỳ bán rã, T1/2 thời gian cần thiết cho phân rã lượng ban đầu hạt nhân xuống nửa số Cơng thức (1-34) lặp lại đây: ln O,693 T1 = = λ λ Phương trình tốc độ phân rã: D = D o e − λt Hằng số phân rã chất phóng xạ tham gia vào việc xác định phân tích kích hoạt theo hai cách: Nó định thời gian chiếu xạ cho yếu tố độ bão hòa − λt (1 – e ) , với: t1 thời gian chiếu xạ Nó định lượng phóng xạ diện thời điểm đo cho thời gian t từ kết thúc chiếu xạ Vì vậy, tốc độ phân rã (được biểu diễn chu kỳ bán rã) yếu tố quan trọng sơ đồ phân rã nhiều trường hợp phân tích kích hoạt Một hạt nhân với chu kỳ bán rã ngắn chiếu xạ thời gian ngắn, phân rã đến mức độ khơng đáng kể sau chiếu xạ trước chuẩn bị cho đo Một ngoại lệ quan trọng xảy chất phóng xạ phân rã đến chất mà sản phẩm phân rã nó, chuỗi biến đổi gọi chuỗi phân rã, viết là: Với P hạt mẹ, D hạt con, S sản phẩm hạt con, mà tự chất phóng xạ Trong phân tích kích hoạt thực tế, S ln ln bền Đặc biệt trường hợp hạt nhân ổn định trường hợp ngoại lệ Một số tồn tại, đặc biệt trường hợp, chất phóng xạ có hạt nhân cháu trạng thái siêu bền Các chuỗi phân rã 111Pd, 117Cd, 124Sn ví dụ trường hợp ngoại lệ Bảng 4.1 Liệt kê số nguyên tố chuỗi phân rã từ kích hoạt nơtron Bảng bao gồm số sản phẩm phân hạch sử dụng để xác định uranium dùng đồng vị phóng xạ đánh dấu Hạt nhân Phản ứng Sản phẩm kích hoạt (P) Chu kỳ bán rã hạt mẹ Hạt nhân (D) Chu kỳ bán rã hạt Hạt bền (S) 46 Ca (n,γ) 47 Ca 4,5 ngày 47 Sc 3,4 ngày 47 Ti 48 Ca (n,γ) 49 Ca 8,7 phút 49 Sc 57,5 phút 49 Ti 94 Zr (n,γ) 95 Zr 65 ngày 95 Nb 35 ngày 95 Mo 96 Zr (n,γ) 97 Zr 17 97 Nb 72 phút 97 Mo Mo (n,γ) 101 Mo 14,6 phút 101 Tc 14 phút 101 U (n,f) 90 Sr 28 năm 90 Y 64 90 U (n,f) 137 Cs 30 năm 137m Ba 2,6 phút 137 U (n,f) 140 Ba 12,8 ngày La 40 140 100 235 235 235 140 Ru Zr Ba Ce Tuy nhiên, thay đổi hạt nhân với thời gian chức không riêng số phân rã mà cịn tốc độ phân rã mà sản xuất phân rã hạt nhân mẹ Phương trình tốc độ phân rã cho hạt nhân cho dN D = λP N P − λD N D dt Trong λPNP tốc độ phân rã hạt mẹ (tốc độ sản xuất hạt con) λDND tốc độ phân rã hạt Cơng thức phía xếp lại dạng phương trình vi phân tuyến tính bậc dN D −λ p t + λD N D − λP N P e =0 dt Việc giải phương trình vi phân có số sách giáo khoa cho λP ND = N P (e − λ P t − e − λ D t ) + N e − λ D t D λD − λP (13) Về hoạt độ, khơng có mặt hạt ban đầu (tức là, ND0 = 0), (13) trở thành : λD DD = DP (e −λ t − e −λ t ) λD − λP P Khi : t D (14) t λD DD = DP e −λPt λD − λP (15) 4.3 Tương tác xạ với vật chất: Q trình đo phóng xạ phụ thuộc vào tương tác tia phóng xạ phát hạt nhân phân hủy với số vật liệu mơi trường Phóng xạ truyền qua vật chất trạng thái khí, lỏng rắn bị tác động nguyên tử vật chất xạ để động qua tương tác Có bốn thơng số mà tương tác xạ với vật chất kiểm tra: Các loại xạ Sự phóng xạ hạt nhân phân loại hạt mang điện nặng (ví dụ proton, deuterons, hạt alpha), electron (tích điện âm dương), photon, Nơtron Các loại vật chất Những đặc tính vật chất tính chất vât lý, tính chất hóa học, mật độ, số nguyên tử ảnh hưởng đến chế tốc độ phóng xạ Thành phần nguyên tử bị ảnh hưởng Bức xạ tương tác với hạt nhân, với quỹ đạo electron, với điện trường hạt nhân obital electron Loại tương tác Sự tương tác diễn theo ba cách: Tán xạ đàn hồi Tán xạ không đàn hồi Hấp thụ Tán xạ đàn hồi, làm thay đổi lượng hướng xạ không thay đổi nội môi trường tán xạ Tán xạ không đàn hồi, làm thay đổi lượng hướng xạ, gây thay đổi lượng môi trường tán xạ Hấp thụ, xạ trở thành phần hệ với môi trường q trình giải phóng lượng dư thừa hệ Hiệu ứng quang điện Các photon tương tác với nguyên tử bứt quang electron (chủ yếu từ vỏ K ) có lượng Ee = Eγ - Be Do ion hóa, vỏ nguyên tử xuất lỗ trống Chỗ trống nhanh chóng bị lấp đầy electron từ lớp xuất tia X đặc trưng hay electron Auger Năng lượng tia X đặc trưng xấp xỉ lượng liên kết Be electron Sự hấp thụ hiệu ứng quang điện giảm nhanh chóng với tăng lượng tia gamma (như thể hình) mà tăng nhanh với gia tăng số lượng nguyên tử hấp thụ Nó chứng minh xác suất hấp thụ quang điện cho tia gamma với lượng khoảng lượng liên kết lớp vỏ-K 0,5 Me V xấp xỉ bằng: µ pe Z5 = k 3, Eγ Làm cho hấp thụ quang điện xảy chủ yếu tia gamma có lượng thấp nguyên tố có Z lớn Hiệu ứng Compton Photon tới va chạm với electron từ nguyên tử bị tán xạ theo góc Φ với lượng bị suy biến Electron Compton bị lệch khỏi phương chuyển động góc với lượng Ee = Eγ - Eγ’ , bỏ qua lượng liên kết tương đối nhỏ electron Trong tán xạ Compton photon chuyển hóa phần lượng cho electron, tạo thành photon với lượng thấp Sau trải qua tán xạ Compton hấp thụ quang điện Sự bảo tồn lượng theo công thức sau: E = Eγ - Eγ’ = hυ – hυ’ c Từ bảo toàn động lượng dẫn đến thay đổi bước sóng Δλ photon tán xạ : h λ '−λ = (1 − cos φ ) mc (45) Với Ф góc photon tán xạ ứng với photon tới Phương trình (45) cho thấy thay đổi bước sóng photon tán xạ độc lập với bước sóng Vì vậy, lượng photon bị tán xạ Compton tăng với gia tăng lượng photon Phương trình (45) chuyển đổi để cung cấp cho phương trình lượng photon suy Eγ sau: biến ' (46) Eγ =  Eγ  +  (1 − cos φ )  mc    Khi Eγ >> mc2 thì: mc E ≈ (1 − cos φ ) ' γ (47) Sự tạo cặp Các photon có lượng vượt 1,02 MeV tương tác với điện trường hạt nhân Photon bị hấp thụ để tạo cặp electron mang điện dương mang điện âm, có tổng động Eγ ~ 1,02 MeV Positron này, sau dừng lại, bị hủy với electron, nên kèm với tạo cặp hủy cặp, thể tạo hai photon có lượng 0,51 MeV Điện trường hạt nhân Sự tạo cặp Việc tạo cặp positron negatron phải diễn điện trường tĩnh hạt nhân để bảo toàn động lượng photon tới Năng lượng dư thừa photon chuyển hóa thành động cặp KE = Eγ – 1,02 MeV (48) Hệ số hấp thụ thành phần μPP rõ ràng cho Eγ ≤ 1.02 MeV Nó chứng minh thực nghiệm μPP tăng theo bình phương số nguyên tử ( Z2 ) chất hấp thụ mức lượng thấp phải 1,02 MeV: μPP ≈ kNZ2 (Eγ - 1,02) (49) Và tia gamma lượng cao (như Eγ trở nên lớn so với 1,02 MeV) μPP ≈ kNZ2 lnEγ (50) MERRY! CHRISTMAS!! EVERYBODY ... Dung Sơ đồ phân rã: Các kiểu phân rã: Sơ đồ phân rã phức tạp: Tốc độ phân rã: Cân phóng xạ Tương tác xạ với vật chất: Hiệu ứng quang điện Hiệu ứng Compton Sự tạo cặp 4.1 Sơ đồ phân rã: Sơ đồ phân. .. phóng xạ Sơ đồ phân rã thay đổi theo trạng thái lượng Sau thường kèm theo chuyển tiếp số tia gamma Sơ đồ phân rã quan trọng phóng liên quan đến số phân rã hạt nhân 4.1.1 Các kiểu phân rã: Hình... bị phân rã phát xạ trực tiếp beta trạng thái mức lượng Trong ví dụ phân rã trực tiếp tới trạng thái , phát hạt beta với lượng lớn 1,71 MeV Hình 4.1 sơ đồ phân rã đơn giản 4.1.2 Sơ đồ phân rã