Xem mẫu
- 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.
nguon tai.lieu . vn
