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 gọi 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 (cỡ 109 năm) chúng đã phóng xạ biến đổi thành các hạt nhân bền. Tuy nhiên vẫn còn 14 đồn
ể phát hiện được.
Sau đây là bảng liệt kê những đồng vị phóng xạ đó Tên đồng vị
phóng xạ
Loại phóng xạ
Chu kỳ bán rã (Năm)
g vị phóng xạ có thời gian bán rã lớn hơn tuổi Trái Đất vẫn tồn tại dưới những hàm lượng có th K40 β, EC 1, 2X109 V50 EC 4x1014 Rb87 β 6, 2x1010 In115 β 6x1014 La138 β, EC 1, 0x1011 Ce142 α 5x1015 sau phóng xạ, hạt nhân Nb144 α 3x1015 con bền Sm147 α 1, 2x1011 Lu176 β 5x1010 Re187 β 4x1012 Pt192 α 1015 Th232 α 1, 39x1010 (10 thế hệ phóng xạ ) Họ: 4n U235 α 7, 07x109 (11 thế hệ phóng xạ ) Họ:4n+3 U238 α 4, 51x109 (14 thế hệ phóng xạ )Họ:4n+2
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 la bán rã lớn so với các
hạt nhân con cháu tro t thúc ở đồng vị chì :
Pb204, Pb207 và Pb206. Ta có thể tính tuổi Trái đất bằng các xác định khối lượng ác họ phóng xạ và của đồng vị bền của chì tương ứng.
do đó, tất cả các đồng vị phóng xạ trong chuổi thorium đều chia đúng
cho 4. uổi thorium đều có thể viết
là 4n, u ãi
Actini
hần có số A bằng 4n+1 không có trong t ạt nhân phóng xạ đứng đầu chuỗi là Np237 quá ngắn s Tuy nhiên hạt nhân phóng xạ này có thể tạo ra bằng p
ø các ho phóng xạ )ï, chúng có thời gian ng họ phóng xạ. Các họ phóng xạ kế tương đối của các hạt nhân mẹ sống lâu trong c
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. Phóng xạ γ thì cả số A lẫn số Z không đổi. Chỉ có phóng xạ α làm thay đổi cả A lẩn Z. Cứ mỗi lần phóng xạ α hạt nhân phóng xạ có số A giảm bốn đơn vị.
Hạt nhân phóng xạ đầu tiên trong chuỗi Thorium có số khối A =232 chia đúng cho 4
Vậy trị số A của bất cứ một đồng vị nào trong ch
với n là số nguyên. Chuỗi Uran bắt đầu bằng U238 có thể ghi 4n+2. Ch o um bắt đầu bằng U235 có thể ghi 4n+3.
Còn một chuỗi phóng xạ thứ tư mà các thành p ự nhiên, do thời gian bán rã của h
o với tuổi Trái đất (2, 25x106 năm). hản ứng hạt nhân U236(n, β )Np237.
Sau đây ta xét một họ phóng xạ tiêu biểu:
Các tia vũ trụ khi đi vào khí quyển Trái Đất cũng tạo nên các hạt nhân phóng xạ thông qua các phản ứng hạt nhân. Một phản ứng tiêu biểu là phản ứng của neutron với hạt nhân Nitơ:
C14 là hạt nhân phóng xạ β với thời gian bán rã 5760 năm. C14 ---> N14 + β
Một phần nhỏ trong không khí có những phân tử CO2 chứa các đồng vị phóng xạ C14 cùng với nguyên tử bền C12. Thực vật trao đổi khí CO2, khi chết đi, àu từ lúc này, tỉ số các nguyên tử C14 so với
14. Như vậy ta có một phương pháp
rất hư gỗ, bằng các xác định tỷ số tương 14 12 tạo ra liên tục các đồng vị phóng 1 1H3 ---> 2He3 + β nguyên tử C14 không tăng lên mà bắt đa
C12 sẽ giảm dần vì sự phóng xạ của hạt nhân C nhạy để xác định tuổi của các cổ vật hữu cơ n
đối của C và C 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 tia vũ trụ xạ tự nhiên là :
7N14 + 0n1 ---> 6C 2 + 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.