Báo cáo tiểu luận: Đồng vị bền và đồng vị phóng xạ

Chia sẻ: Lê Huy Ba Duy | Ngày: | Loại File: PPT | Số trang:40

Thêm vào BST

Báo xấu

519
lượt xem 87
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo bài thuyết trình 'báo cáo tiểu luận: đồng vị bền và đồng vị phóng xạ', luận văn - báo cáo phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Báo cáo tiểu luận: Đồng vị bền và đồng vị phóng xạ

LOGO ĐỒNG VỊ BỀN VÀ ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ GVHD: Th.S Phạm Nguyễn Thành Vinh SVTH: Trần Văn Xuân Hồ Hoàng Việt Huỳnh Thị Tuyết Hoàng Nguyễn Phúc
NỘI DUNG 1 Cấu trúc hạt nhân Click to add Title 2 Năng lượng hạt nhân Click to add Title 1 3 Tính bền vữngadd hạt nhân Click to của Title 2 4 Phân rã hạt nhân Click to add Title 1 5 PhảClick hạt nhân n ứng to add Title
ĐỒNG VỊ BỀN VÀ ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ Nguyên tắc của phân tích kích hoạt phóng xạ bắt nguồn từ: Các nguyên tắc của cấu trúc nguyên tử và hạt nhân Các đồng vị phóng xạ bền.  Sự chuyển đổi nguyên tử  Các đặc tính bức xạ của các đồng vị phóng xạ, và sự tương tác giữa các tia phóng xạ này với vật chất
1.1.1 - Cấu Trúc Hạt Nhân • Hạt nhân là hạt nhỏ nhất của một nguyên tố hóa học. • Mô hình cổ điển: • Một hạt nhân cố định được bao quanh bởi các nguyên tử mang điện tích dương, với số lượng thích hợp của các điện tử mang điện tích âm ở vỏ. • Các chu kỳ của lớp điện tử về hạt nhân là nền tảng cho các tính chất hóa học của các phần tử và các khái niệm về điện tử hóa trị, liên kết ion, và liên kết cộng hóa trị
1.1.2 - Các Mô Hình Hạt Nhân • Rutherford (1911) • Hạt nhân gồm các proton đan xen với các electron • Chadwick (1932) • Khám phá ra nơtron • Bằng cách xem các proton và nơtron là khối xây dựng tương đương (nucleon) và khối lượng của hạt nhân tỉ lệ với số nucleon hiện tại (A), chúng ta có thể hiện được bán kính của nuclei bởi công thức kinh nghiệm: R = RoA1/3
1.1.3 - Bảo Tồn Các Nguyên Tử: • Một trong những định luật thành công nhất là định luật bảo tồn số lượng các nucleon trong: » Các hạt nhân nguyên tử » Các quá trình phân rã phóng xạ » Các phản ứng hạt nhân. • Định luật bảo toàn này cho phép chúng ta xây dựng một bảng các chất đồng vị từ mô hình "thực tế" hạt nhân, tương tự như bảng tuần hoàn các nguyên tố.
1.1.4 – Hóa Tính • Hiện tượng phân rã phóng xạ: • Các tính chất hóa học của một nguyên tử có liên quan đến số lượng của các điện tử hóa trị tham gia vào tổ hợp hóa học của nó • Công thức hóa học của một nguyên tử có liên quan đến số lượng các điện tử có trong nguyên tử trung tính
Hình 1.1: Đồng vị của một vài nguyên tố, minh họa cho thành phần hạt nhân của các nuclit phóng xạ ổn định. Các hạt nhân được vẽ với bán kính tỉ lệ với RoA1 / 3. • Điện tích hạt nhân (Q) : Q = Ze • Số khối (A) : A= Z + N
Bảng 1.2 Thành phần hạt nhân của đồng vị đơn ổn định của các nguyên tố (f = 1.00) Nguyên Số lượng Số lượng Tỉ lệ (N/Z) Số khối Ký kiệu tố hóa nơtron nguyên ( A) Nuclit học tử (Z) (N) Bery 4 5 1.250 9 Be 9 Flour 9 10 1.111 19 F 19 Natri 11 12 1.091 23 Na 23 Nhôm 13 14 1.077 27 Al 27 Phốt pho 15 16 1.067 31 P 31 Scan-đi 21 24 1.143 45 Sc 45 Mangan 25 30 1.200 55 Mn 55 Coban 27 32 1.185 59 Co 59 -- -- -- -- -- -- Đồng vị đơn của nguyên tố ổn định thể hiện vấn đề đơn giản hơn trong phân tích kích hoạt cho các yếu tố đó
1.2 – Năng Lượng Hạt Nhân 1.2.1 – Khối lượng nguyên tử: 1 1 amu = = 1.660x10 - 24 g 23 6.023 x10 1.2.2 – Tương đương giữa khối lượng và năng lượng: E = Mc 2 = >∆E = ∆Mc 2 Năng lượng chứa trong 1 amu được cho bởi : E = 1.66 × 10 −24 (3 × 1010 ) 2 = 1.49 × 10 −3 erg
1.2.2. Tương đương giữa khối lượng và năng lượng 1.2.2. Năm 1905, Einstein trong việc phát triển lý thuyết tương đối của mình đã đi đến kết luận rằng tính chất của khối lượng M và năng lượng E là tương đương với nhau. Sự tương đương đó được thể hiện bởi ph ương trình: E = Mc2 (6) Năng lượng sinh ra trong công thức trên đó là năng lượng được dự trữ trong khối lượng M. Từ công thức trên ta thấy sự biến đổi về khối lượng thì tương đương với sự biến đổi về năng lượng: (7) ∆E = ∆Mc 2 Năng lượng chứa trong 1 amu được cho bởi: (8) E =1.66 × −24 (3 × 10 ) 2 =1.49 × −3 erg 10 10 10 Trong vật lý hạt nhân, các đơn vị năng lượng được biểu diễn bằng electron Volt (eV), eV là năng lượng thu được do một electron tạo ra điện năng 1V. Sự thay đổi năng lượng của các quá trình hạt nhân th ường được tính theo đơn vị Kilo electron Volt.
Bảng 1.3 Khối lượng hạt nhân cho các đồng vị phóng xạ Số Nguyên tố hóa học Số khối Đồng vị phóng xạ Khối lượng hạt nhân nguyên ( A) (amu) nguyên tử (Z) (Z) 0 Neutron 1 n 1.008665 1 1 Hydrogen 1 H 1.007825 1 1 Hydrogen 2 H 2.014102 2 1 Hydrogen 3 H 3.016049 3 2 Helium 3 He 3.016030 3 2 Helium 4 He 4.002604 4 3 Lithium 6 Li 6.015126 6 6 Carbon 11 C 11.011433 11 6 Carbon 12 C 12.000000 12 6 Carbon 13 13C 13.003354 6 Carbon 14 C 14.003242 14 7 Nitrogen 14 N 14.003074 14 8 Oxygen 16 O 15.994915 16 11 Sodium 23 23 Na 22.899773 11 Sodium 24 Na 23.990967 24 12 Magnesium 24 Mg 23.985045 24 12 Magnesium 27 Mg 26.984345 27 13 Aluminum 27 27 Al 26.981535 15 Phosphorous 32 P 31.973908 32 16 Sulfur 32 S 31.972074 32 17 Chlorine 35 Cl 34.968854 35
1.2.3. Năng lượng liên kết 1.2.3. Sự thay đổi thành phần hạt nhân (Z + N) kết 2. Lực hạt nhân phải 1. Lực hạt nhân quả là lam thay ̀ có khoảng cách ngắn phải đủ mạnh để đổi năng lượng trong kích thước hạt vượt qua các lực bởi vì các lực liên nhân nếu không sẽ đẩy Coulomb của kết hạt nhân thay không tồn tại. nhiều proton tích đổi. Khi quan sát điện dương trong các đồng vị hạt nhân. phóng xạ bền trong tự nhiên thì các lực hạt nhân đáp ứng hai yêu cầu:
Do đó, lực giữa một neutron tự do và proton tự do không quá lớn như các lực giữ neutron và proton liên kêt với nhau trong một hạt ́ nhân Đơteri. Tương tự, các lực giữa hai hạt nhân Đơteri tự do này nhỏ hơn các lực liên kêt giữ các hạt nhân Heli với nhau. ́ Trong thực tế, phản ứng hạt nhân là sự "hợp nhất" của hai Deuteron để tạo thành một hạt nhân lớn hơn với số lượng có ích có kiêm soat để phát ̉ ́ điện là những mục tiêu của điện nhiệt hạch. Năng lượng phát ra trong sự kết hợp của một số lượng các hạt proton và nơtron tự do trong việc hình thành một hạt nhân nguyên tử được gọi là năng lượng liên kết (BE). Phương trình Einstein tỉ lệ với khối lượng và năng lượng giải phóng của năng lượng liên kết tỉ lệ với độ hụt khối của sự "hợp nhất" cac đồng vị phóng xạ. ́ Vì vậy khối lượng của 4He nhỏ hơn tổng khối lượng của hai proton và hai neutron. Sự hình thành đồng vị phóng xạ có thể được viết là. (16) 2 H + 2 n → He + BE 1 1 4 1 0 2
Độ hụt khối: ∆ M = 2M (1H) + 2M (1n) - M (4He) (17) ∆ M = 2 (1.0078252) + 2 (1.0086654) - 4.0026036 = 0.0303776 amu (18) Năng lượng liên kết: ∆ E = BE = 0.0303776 amu × 931.4 MeV/amu= 28.22 MeV (19) Một chỉ số liên quan đến sự bền của các đồng vị phóng xạ là do năng lượng liên kết trung bình mỗi nucleon trong hạt nhân; 4He, là một trong những đồng vị phóng xạ bền, có một năng lượng liên kiết trung bình của mỗi nucleon là: BE 28.22 (20) = = 7.05MeV / nucleon A 4 Ngược lại, deuterium, 2H, một trong những đồng vị phóng xạ bền nhỏ nhất, có năng lượng liên kết trung bình mỗi nucleon là: BE 2.2 = = 1.1MeV / nucleon (21) A 2
Mối quan hệ của năng lượng liên kết trung bình mỗi nucleon với s ố kh ối được thể hiện trong hình 1.2. Trên giá trị cực đại t ại A ∼ 60 (giới hạn các đồng vị) giá trị trung bình giảm dần từ 8.7 - 7.8 MeV/nucleon. Một chỉ số liên quan đến sự bền tương đối là năng lượng liên k ết tăng c ần thiết để thêm một neutron đối với một đồng vị phóng xạ bền. Như vậy, n ếu m ột neutron đã được thêm vào, sự thay đổi trong khối lượng sẽ là: ∆ M = [11M (1H) + 12M (1n) - M (23Na)] - [11M (1H) + 13M (1n) - M (24Na)]. = M (24Na) - [M (23Na) + M (1n)]. = 23.990967 - 23.998.438 = - 0.007471amu (22) Na + n → Na + ∆ BE 23 24 Và đối với việc bổ sung các (23) 11 11 neutron: Sự thay đổi năng lượng liên kết được: ∆ BE = - 0.007471 amu × 931. 4 MeV / amu= - 7 MeV (24)
Đồng vị phóng xạ và đồng vị phóng xạ bền Năng lượng liên kết trung bình mỗi nuleon (MeV/A) Số khối Hình 1.2 Năng lượng liên kết trung bình mỗi nucleon như là một hàm số c ủa s ố (A) khối của các đồng vị phóng xạ bền đối với các đồng vị phóng xạ phổ biến lớn hơn 50%. Dấu trừ có nghĩa rằng 24Na có năng lượng liên kết là 7 MeV đối với 23Na và một neutron tự do. Bổ sung nguồn năng lượng neutron liên k ết t ừ kho ảng -2 đến -12 MeV.
1.3. Tính bền vững của hạt nhân 1.3. Tính Trái đất luôn tồn tại các nguyên tố trên đó. Hầu hết các nguyên tử hiện có trong vật chất là bền theo thời gian, còn lại là phóng xạ. Trái đất bị bắn phá liên tục bởi các tia phóng xạ từ không gian bên ngoài, đã làm chuyển đổi một số các nguyên tử bền thành những nguyên tử phóng xạ. Một số các nguyên tử phóng xạ sinh ra có thời gian rất ngắn, dao động xuống thấp hơn 10-20 giây, một số tạo thành có thời gian rất dài, lên đến hơn 1018 năm. Đồng vị phóng xạ như vậy được coi là bền; với , từ lâu được coi là nặng nhất của các đồng vị phóng xạ bền, so với 83Bi 209 một vài đồng vị phóng xạ khác. Tiêu chí để xác định sự bền hạt nhân là dựa vào độ phân rã của h ạt nhân. Với các kỹ thuật đo lường có độ nhạy tối đa như hiện nay thì các đồng vị phóng xạ có thời gian bán rã quá 1018 năm có thể được coi là bền.
Sự giải phóng khối lượng giống như năng lượng bức xạ trong quá trìnhphân rã. Một quá trình phân rã phóng xạ có thể được viết dưới dạng: A →B + b (25). Trong đó các đồng vị phóng xạ A phân hủy để tạo thành đồng vị phóng xạ B với việc giải phóng các tia bức xạ b. Vì thế sự phân hủy xảy ra một cách tự nhiên trong sự thay đổi độ hụt khối: ∆ M = MA - (MB + Mb) (26). Phải lớn hơn số không. Tuy nhiên, khi ∆ M > 0 quá trình phân rã là mạnh mẽ nhất, đó là cách duy nhất để xác định các phân rã tự phát, nó sẽ không phân rã hoặc khi. Cho ∆ M