Phóng xạ tự nhiên - seminar vật lý hạt nhân hạ- 123docz.net

Các hạt nhân phóng xạ tồn tại trong tự nhiên cùng với các hạt nhân bền.

Các hạt nhân phóng xạ hình thành bởi con người thông qua phản ứng hạt nhân là các hạt nhân phóng xạ nhân tạo.

Trong phần này chúng ta khảo sát các hạt nhân phóng xạ được hình thành trong vỏ quả đất kể từ lúc Trái Đất được tạo lập, những hạt nhân phóng xạ nào có thời gian bán rã nhỏ hơn nhiều so với tuổi Trái Đất (10 tỷ năm) chúng đã phóng xạ biến đổi thành các hạt nhân bền.

Tuy nhiên vẫn còn 14 đồng vị phóng xạ có thời gian bán rã lớn hơn tuổi Trái Đất vẫn tồn tại dưới những hàm lượng có thể phát hiện được.

Tất cả 11 đồng vị phóng xạ đầu tiên, sau khi phóng xạ hạt nhân con trở thành đồng vị bền.Ba đồng vị phóng xạ cuối cùng là những hạt nhân nặng.Sau khi phóng xạ, hạt nhân con vẫn là hạt nhân phóng xạ, chúng tiếp tục phóng xạ cho đến hạt nhân con cuối cùng là hạt nhân bền.Ba hạt nhân phóng xạ đứng đầu ba chuỗi phóng xạ (gọi là các họ phóng xạ), chúng có thời gian bán rã lớn so với các hạt nhân con cháu trong họ phóng xạ. Các họ phóng xạ kết thúc ở đồng vị chì: Pb204, Pb207, Pb206.

Ta có thể tinh tuổi Trái Đất bằng cách xác định khối lượng tương đối của các hạt nhân mẹ sống lâu trong các họ phóng xạ của đồng vị bền của chì tương ứng. Trong quá trình phóng xạ của các họ phóng xạ nói trên, các hạt nhân phóng xạ chủ yếu là phóng xạ α,β và γ.

Ta biết rằng trong phóng xạ β, số khối A không đổi, chỉ có nguyên tử số Z là thay đổi.

Chỉ có phóng xạ α làm thay đổi cả A lẫn Z. Cứ mỗi lần phóng xạ α hạt nhân phóng xạ có số A giảm bốn đơn vị.

Có 4 họ phóng xạ:

a. Họ Thorium (A = 232)

Bắt đầu bằng 90Th232với chu kỳ bán rã T = 1,39.1010năm và kết thúc bằng đồng vị bền 92Pb208. Tất cả các đồng vị phóng xạ trong chuỗi Thorium đều có số khối A chia hết cho 4 (A = 4n, n nguyên).

b. Họ Urani (A = 238)

Bắt đầu bằng 92U238 với chu kỳ bán rã T = 4,51.109 năm và kết thúc bằng đồng vị bền 92Pb206. Tất cả các đồng vị phóng xạ trong chuỗi Urani đều có số khối A = 4n+2, n nguyên.

c. Họ Actinium

Bắt đầu bằng 92U235 với chu kỳ bán rã T = 7,07.109 năm và kết thúc bằng đồng vị bền 92Pb207. Tất cả các đồng vị phóng xạ trong chuỗi Actinium đều có số khối A = 4n+3, n nguyên.

d. Họ Neptuni (A = 237)

Tất cả các đồng vị phóng xạ trong chuỗi Neptuni đều có số khối A = 4n+1, n nguyên.

Họ phóng xạ này không có trong tự nhiên do thời gian bán rã của hạt nhân phóng xạ đứng đầu chuỗi 94Np237 quá ngắn so với tuổi Trái Đất 2,25.106 năm.

Một phần nhỏ trong không khi có những phân tử CO2 chứa các đồng vị phóng xạ C14 cùng với nguyên tử bền C12 . Thực vật trao đổi khi CO2 , khi chết đi, nguyên tử C14 không tăng lên mà bắt đầu từ lúc này, tỉ số các nguyên tử C14

so với C12 sẽ giảm dần vì sự phóng xạ của hạt nhân C14 . Như vậy ta có một phương pháp rất nhạy để xác định tuổi của các cổ vật hữu cơ như gỗ, bằng các xác định tỉ số tương đối của C14 và C12 bằng cách đo cường độ phóng xạ của carbon. Phương pháp này do W.F.LIBBY đề xuất lần đầu tiên năm 1952 còn gọi là phương pháp xác định tuổi bằng carbon phóng xạ.

Một phản ứng hạt nhân thứ hai của vu trụ tạo ra liên tục các đồng vị phóng xạ tự nhiên là:7N14 + 0n1 → 6C12 + 1H3

Trong đó Tritium 1H3 là một đồng vị của hydro. Tritium phóng xạ thành Helium

2He3 với thời gian bán rã 12,4 năm.