Báo cáo tiểu luận: Sơ đồ phân rã

Chia sẻ: Lê Huy Ba Duy | Ngày: | Loại File: PPT | Số trang:28

Thêm vào BST

Báo xấu

205
lượt xem 23
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tia phóng xạ có thể là chùm các hạt mang điện dương như hạt anpha, hạt proton; mang điện âm như chùm electron (phóng xạ beta); không mang điện như hạt nơtron, tia gamma (có bản chất giống như ánh sáng nhưng năng lượng lớn hơn nhiều). Sự tự biến đổi như vậy của hạt nhân nguyên tử, thường được gọi là sự phân rã phóng xạ hay phân rã hạt nhân. Sơ đồ phân rã là sự biểu thị các mức năng lượng hạt nhân của hạt nhân phóng xạ và các cách thức kích thích. Sơ đồ phân...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Báo cáo tiểu luận: Sơ đồ phân rã

Giáo viên hướng dẫn: Ths. Phạm Nguyễn Thành Vinh Sinh viên thực hiện: Traàn Vaên Thònh Buøi Vieät Duõng Löông Vaên Minh
Nội Dung Sơ đồ phân rã: Các kiểu phân rã: Sơ đồ phân rã phức tạp: Tốc độ phân rã: Cân bằng phóng xạ Tương tác của bức xạ với vật chất: Hiệu ứng quang điện Hiệu ứng Compton Sự tạo cặp
4.1 Sơ đồ phân rã: Sơ đồ phân rã là sự biểu thị các mức năng lượng hạt nhân của hạt nhân phóng xạ và các cách thức kích thích. Sơ đồ phân rã cho thấy các kiểu phát xạ, chu kỳ phân rã và các sản phẩm phân rã. Sự biểu thị này được thực hiện bằng cách mô tả các mức năng lượng tương đối (các đường kẻ theo chiều dọc), đường thấp nhất cho thấy các nguyên tố trong trạng thái năng lượng thấp nhất (trạng thái cơ bản) ngay cả khi nó là chất phóng xạ. Sơ đồ phân rã thay đổi theo các trạng thái năng lượng. Sau đó thường kèm theo sự chuyển tiếp một số tia gamma. Sơ đồ phân rã rất quan trọng khi phóng liên quan đến số phân rã của hạt nhân.
4.1.1 Các kiểu phân rã: Hình 4.1 minh hoạ các sơ đồ phân rã của một số hạt nhân phóng xạ có ích cho thấy các kiểu phân rã đơn giản. Hai hàng đầu của sơ đồ phân rã là sự phát xạ beta, các mũi tên cho biết sự gia tăng số nguyên tử từ Z đến Z +1; Vídụ, 14.3-d 32P miêu tả những hạt nhân phóng xạ này bị phân rã chỉ bằng sự phát xạ trực tiếp beta về trạng thái cơ bản của các mức năng lượng. Trong ví dụ này phân rã trực tiếp tới trạng thái cơ bản của , phát ra các hạt beta với năng lượng lớn nhất là 1,71 MeV.
Hình 4.1 các sơ đồ phân rã đơn giản.
4.1.2. Sơ đồ phân rã phức tạp: Một số sơ đồ phân rã của các chất phóng xạ được minh họa trong hình 4.2. Các hạt nhân tham gia phân rã hơn một kiểu, ví dụ, 245-d 65Zn, hình thành do sự chiếu xạ Nơtron của 64Zn , phân rã bằng cả bức xạ positron (1,7% phân rã) và bắt electron (98,3% phân rã), trong đó 44% nhánh bắt electron dẫn đến trạng thái kích của 65Cu là 1,11 MeV.
Hình 4.2 Sơ đồ phân rã của một 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 được thể hiện trong công thức của chu kỳ bán rã, T1/2 là thời gian cần thiết cho sự phân rã của bất kỳ lượng ban đầu nào của hạt nhân xuống một nửa con số đó. Công thức (1-34) được lặp lại ở đây: ln 2 O,693 T1 = = λ λ 2
Phương trình tốc độ phân rã: D = Doe− λ t Hằng số phân rã của chất phóng xạ tham gia vào việc xác định phân tích kích hoạt theo hai cách: 1. Nó quyết định thời gian chiếu xạ cho các yếu tố độ bão hòa − λt (1 – e 1 ) , với: t1 là thời gian chiếu xạ. 2. Nó quyết định bởi lượng phóng xạ vẫn còn hiện diện tại thời điểm đo cho một thời gian t từ khi kết thúc chiếu xạ này.
Vì vậy, tốc độ phân rã (được biểu diễn bằng chu kỳ bán rã) có thể là một yếu tố quan trọng hơn các sơ đồ phân rã trong nhiều trường hợp trong phân tích kích hoạt. Một hạt nhân với một chu kỳ bán rã rất ngắn có thể được chiếu xạ trong thời gian ngắn, nhưng nó cũng có thể phân rã đến một mức độ không đáng kể sau khi chiếu xạ trước khi nó có thể được chuẩn bị cho đo.
Mặt khác, một chất phóng xạ với chu kỳ bán rã rất dài có thể phân rã không đáng kể khi kết thúc thời gian chiếu xạ để đo lường, nhưng phần nhỏ của phóng xạ có thể đạt được độ bão hòa từ một lượng giới hạn của mẫu, ngay cả với một thời gian chiếu xạ lâu cũng có thể không đủ để đo phóng xạ. Như một ví dụ về tầm quan trọng của chu kỳ bán rã, chúng ta kiểm tra việc xác định beri và flo ( ví dụ, trong hợp chất tinh khiết BeF2 ) sau chiếu xạ nơtron nhiệt. Hợp chất này được chọn vì cả hai nguyên tố là đồng vị đơn; thời gian sống của 9Be dài : 2,7x106 năm, 10Be có tiết diện của 0,010 b, và 19F: thời gian sống ngắn 11s 20F mặt cắt ngang xấp xỉ 0,009 b. Nếu 1 g BeF2 được tiếp xúc với một thông lượng 1012 n/cm2.s trong 1 giờ, 20F sẽ đạt hoạt độ bão hòa, kể từ khi: 0.693 −( ) x 60 x 60 (1 − e − λt ) = 1 − e = 1 − e −227 ≈ 1 11
Các hoạt độ ban đầu của 20F và 10Be, tương ứng, sẽ là : 2 × 10−3 () D 0 20 F = x 6,023 x 1023 x 9 x 10-27 x 1012 x 1 47 = 2,31x108 dps 1× 10−3 ( ) D 0 10 Be = x 6,023 x 1023 x 10 x 10-27 x 1012 x 2,92 47 x10-11 = 3,75x10-3 dps
4.2.2. Cân bằng phóng xạ Khi giá trị của chu kỳ bán rã là sự đặc trưng của mỗi chất phóng xạ, nếu có nhiều chất phóng xạ trong mẫu thì tổng hoạt độ DT(t) ở thời điểm bất kỳ t sau khi chiếu xạ sẽ bằng tổng các hoạt độ thành phần: o − λn t 0 − λ1t 0 − λ2 t DT (t ) = D e +D e + .... + D e 1 2 n Các hoạt động ban đầu Di0 có thể được xác định bằng thực nghiệm bằng cách phân tích đồ họa của đường cong phân rã nếu hỗn hợp có chứa không quá ba hoặc bốn nguyên tố với chu kỳ bán rã khác nhau từng đôi một. T1 P T1 D P  → D   → S  2 2
Một ngoại lệ quan trọng xảy ra khi một chất phóng xạ phân rã đến một chất mà sản phẩm phân rã là chính nó, một chuỗi biến đổi như vậy được gọi là một chuỗi phân rã, có thể được viết là: Với P là hạt mẹ, D là hạt con, và S là sản phẩm của hạt con, mà tự nó có thể là một chất phóng xạ. Trong phân tích kích hoạt thực tế, S là hầu như luôn luôn bền. Đặc biệt là trong các trường hợp của các hạt nhân ổn định. trường hợp ngoại lệ Một số tồn tại, đặc biệt là trong các trường hợp, trong đó chất phóng xạ có hạt nhân cháu ở trạng thái siêu bền. Các chuỗi phân rã của Pd, 117Cd, và 124Sn là những ví dụ của trường hợp ngoại lệ này. 111 Bảng 4.1 Liệt kê một số nguyên tố trong chuỗi phân rã từ kích hoạt nơtron. Bảng bao gồm một số sản phẩm phân hạch đôi khi sử dụng để xác định uranium hoặc dùng như là đồng vị phóng xạ đánh dấu.
Hạt nhân Phản Sản Hạt nhân Hạt bền Chu kỳ Chu kỳ ứng phẩm bán rã con (D) bán rã (S) hạt mẹ hạt con kích hoạt (P) (n,γ ) Ca Ca 4,5 ngày Sc 3,4 ngày Ti 46 47 47 47 (n,γ ) Ca Ca 8,7 phút Sc 57,5 phút Ti 48 49 49 49 (n,γ ) Zr Zr 65 ngày Nb 35 ngày Mo 94 95 95 95 (n,γ ) 17 giờ Zr Zr Nb 72 phút Mo 96 97 97 97 (n,γ ) Mo Mo 14,6 phút Tc 14 phút Ru 100 101 101 101 64 giờ U (n,f) Sr 28 năm Y Zr 235 90 90 90 U (n,f) Cs 30 năm Ba 2,6 phút Ba 235 137 137m 137 40 giờ U (n,f) Ba 12,8 La Ce 235 140 140 140 ngày
Tuy nhiên, sự thay đổi hạt nhân con với thời gian là một chức năng không chỉ của riêng hằng số phân rã mà còn của tốc độ phân rã mà nó đang được sản xuất bởi sự phân rã của hạt nhân mẹ. Phương trình tốc độ phân rã cho hạt nhân con được cho bởi. dN D = λP N P − λD N D dt Trong đó λPNP là tốc độ phân rã của hạt mẹ (tốc độ sản xuất hạt con) và λDND là tốc độ phân rã của hạt con. Công thức phía trên có thể được sắp xếp lại dưới dạng một phương trình vi phân tuyến tính bậc 1. dN D 0 −λ p t + λD N D − λ P N P e =0 dt
Việc giải phương trình vi phân này có trong một số sách giáo khoa và được cho là. λP N P (e − λ P t − e − λ D t ) + N 0 e − λ D t ND = 0 (13) λD − λP D Về hoạt độ, không có mặt hạt con ban đầu (tức là, ND0 = 0), (13) trở thành : λD DP (e −λP t − e −λD t ) DD = 0 (14) λD − λP Khi : t t λD (15) DP e − λPt DD = 0 λD − λP
4.3 Tương tác của bức xạ với vật chất: Quá trình đo phóng xạ phụ thuộc vào sự tương tác của các tia phóng xạ phát ra bởi các hạt nhân phân hủy với một số vật liệu trong môi trường. Phóng xạ truyền qua vật chất trong trạng thái khí, lỏng hoặc rắn bị tác động bởi các nguyên tử của vật chất do sự bức xạ để mất động năng qua mỗi sự tương tác. Có bốn thông số mà các tương tác của bức xạ với vật chất có thể được kiểm tra:
1. Các loại bức xạ. Sự phóng xạ của hạt nhân có thể được phân loại là hạt mang điện nặng (ví dụ như proton, deuterons, và các hạt alpha), electron (tích điện âm hoặc dương), photon, và Nơtron. 2. Các loại vật chất. Những đặc tính của vật chất như là tính chất vât lý, tính chất hóa học, mật độ, và số nguyên tử ảnh hưởng đến các cơ chế và tốc độ phóng xạ. 3. Thành phần của các nguyên tử bị ảnh hưởng. Bức xạ có thể tương tác với hạt nhân, với quỹ đạo electron, hoặc ngay cả với điện trường của hạt nhân hoặc các obital electron. 4. Loại tương tác. Sự tương tác có thể diễn ra theo ba cách: Tán xạ đàn hồi Tán xạ không đàn hồi Hấp thụ
Tán xạ đàn hồi, làm thay đổi năng lượng và hướng của bức xạ nhưng không thay đổi nội năng của môi trường tán xạ. Tán xạ không đàn hồi, làm thay đổi năng lượng và hướng của bức xạ, nhưng cũng gây ra sự thay đổi về năng lượng của môi trường tán xạ. Hấp thụ, trong đó bức xạ trở thành một phần của một hệ với môi trường và các quá trình giải phóng năng lượng dư thừa của hệ mới.