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 PhúcNỘI DUNG
NỘI DUNG
Click to add Title
1
Cấu trúc hạt nhân
1
Click to add Title
2
Năng lượng hạt nhân
2
Click to add Title
1
Tính bền vững của hạt nhân
3
Click to add Title
2
Phân rã hạt nhân
4
Click to add Title
1
Phản ứng hạt nhân

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 = R
o
A
1/3

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
»

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 R
o
A
1 / 3
.

Bảng 1.2 Thành phần hạt nhân của đồng vị đơn ổn định của các
nguyên tố (f = 1.00)
Nguyên
tố hóa
học
Số lượng
nguyên
tử (Z)
Số lượng
nơtron
(N)
Tỉ lệ (N/Z) Số khối
(A)
Ký kiệu
Nuclit
Bery 4 5 1.250 9
9
Be
Flour 9 10 1.111 19
19
F
Natri 11 12 1.091 23

−−
×=××=
g 24-1.660x10
10023.6
1
amu 1
23
==
x
22
McEMcE ∆=∆=>=1.2.2. Tương đương giữa khối lượng và năng lượng
1.2.2. Tương đương giữa khối lượng và năng lượngNăm 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 phương
trình:
E = Mc
2
(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)
2
McE

(amu)
(amu)
0
0
Neutron
Neutron
1
1
1
1
n
n
1.008665
1.008665
1
1
Hydrogen
Hydrogen
1
1
1
1
H
H
1.007825
1.007825
1
1
Hydrogen
Hydrogen

3.016030
3.016030
2
2
Helium
Helium
4
4
4
4
He
He
4.002604
4.002604
3
3
Lithium
Lithium
6
6
6
6
Li
Li
6.015126
6.015126
6
6
Carbon
Carbon

13.003354
13.003354
6
6
Carbon
Carbon
14
14
14
14
C
C
14.003242
14.003242
7
7
Nitrogen
Nitrogen
14
14
14
14
N
N
14.003074
14.003074
8
8
Oxygen
Oxygen

23.990967
23.990967
12
12
Magnesium
Magnesium
24
24
24
24
Mg
Mg
23.985045
23.985045
12
12
Magnesium
Magnesium
27
27
27
27
Mg
Mg
26.984345
26.984345
13
13
Aluminum
Aluminum

31.972074
31.972074
17
17
Chlorine
Chlorine
35
35
35
35
Cl
Cl
34.968854
34.968854
Bảng 1.3 Khối lượng hạt nhân cho các đồng vị phóng xạ1.2.3. Năng lượng liên kết
1.2.3. Năng lượng liên kết1. Lực hạt nhân
phải đủ mạnh để
vượt qua các lực
đẩy Coulomb của
nhiều proton tích
điện dương trong
hạt nhân.
Sự thay đổi thành
phần hạt nhân (Z

neutron. Sự hình thành đồng vị phóng xạ có thể được viết là.
(16)
1 1 4
1 0 2
2 2H n He BE
+ → +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;
4
He, là một trong những đồng
vị phóng xạ bền, có một năng lượng liên kiết trung bình của mỗi nucleon là:
(20)
Ngược lại, deuterium,
2
H, một trong những đồng vị phóng xạ bền nhỏ nhất,
có năng lượng liên kết trung bình mỗi nucleon là:
(21)
28.22
7.05 /
4
BE
MeV nucleon
A

24
Na) - [M (
23
Na) + M (
1
n)].
= 23.990967 - 23.998.438 = - 0.007471amu
Và đối với việc bổ sung các
neutron:
23 24
11 11
Na n Na BE
+ → + ∆
Sự thay đổi năng lượng liên kết được:
∆BE = - 0.007471 amu 931. 4 MeV / amu= - 7 MeV

×
(24)
(23)
(22)Số khối
(A)
Năng
lượng
liên kết
trung
bình mỗi
nuleon

18
năm. Đồng vị phóng xạ như vậy được coi là bền; với
83
Bi
209
, từ lâu được coi là nặng nhất của các đồng vị phóng xạ bền, so với
một vài đồng vị phóng xạ khác.
Tiêu chí để xác định sự bền hạt nhân là dựa vào độ phân rã của hạt
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 10
18
năm có thể được coi là
bền. 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 <0 phân rã tự phát không thể xảy ra.
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 = M
A
- (M
B
+ M
b
) (26).
Sự giải phóng khối lượng giống như năng lượng bức

đồng vị phóng xạ
không bền có thể trở
nên bền hơn bằng
cách chuyển đổi nhiều
proton thành nhiều
neutron.1.3.1. Tỉ số N / Z
1.3.1. Tỉ số N / Z
Các đồng vị phóng xạ bền trong tự nhiên được tạo thành là một tổ hợp của các
neutron và proton; kết quả của sự kết hợp này tạo nên các đồng vị phóng xạ.
Các cấu trúc của hạt nhân bền vẫn là chủ đề nghiên cứu quan trọng trong nghiên
cứu vật lý hạt nhân. Khoảng 300 đồng vị phóng xạ bền, được biết đến. Bằng
cách kiểm tra các thành phần của các đồng vị phóng xạ chúng ta lưu ý rằng
tỷ lệ (N/Z) của các nơtron và proton có mối quan hệ chung với số khối. Một đồ
thị của các số nơtron so với số proton cho các đồng vị phóng xạ bền với sự
phổ biến lớn hơn 10% được thể hiện trong hình 1.3. Các tỷ lệ (N/Z) là sự thống
nhất của nhiều các đồng vị phóng xạ nhẹ như và tăng với số nguyên tử có giá
trị khoảng 1.5 cho đồng vị phóng xạ bền nặng nhất. Đường vẽ này được rút ra
thông qua các đồng vị phóng xạ bền đại diện cho một đường cong đẹp, xấp xỉ
của phương trình:
(27)
0
2
3
2 0.015
A
Z
A

sung có thể được coi là cần thiết để bù đắp sự tăng
nhanh của lực đẩy coulomb của các proton tích điện
dương gần giống như là tăng số lượng nguyên tử. Tuy
nhiên, mặc dù năng lượng liên kết mỗi nucleon thêm
vào này giảm từ từ cho các hạt nhân lớn hơn, tính chất
tác dụng gần của các lực hạt nhân là kết quả của sự
không bền vững của lực đẩy culông hơn là tăng số
lượng nguyên tử. Như vậy tất cả các đồng vị phóng xạ với Z > 83 là
không bền so với kích thước của nó bởi vì lực đẩy coulomb
của các proton. Hạt nhân Heli rất bền, là chất phóng xạ
phân rã của các hạt nhân nặng. Các yếu tố có thể diễn ra
bởi sự phát xạ của một hạt alpha, hạt nhân
4
He, để lại một
hạt nhân với hai proton ít hơn và khối lượng hạt nhân nhẹ
hơn khoảng 4 lần. Các hạt nhân còn lại vẫn có thể được
phát ra nhiều hạt alpha và có thể xảy ra lặp đi lặp lại cho
đến khi số nguyên tử sẽ trở thành 83 hoặc ít hơn. Mặc dù
các đồng vị phóng xạ với Z > 83 là không bền đối với phân
rã alpha, trong số các đồng vị phóng xạ của hạt nhân cũng
có thể không bền hơn so với các loại phân rã phóng xạ
khác, như là phân rã beta hoặc phân hạch tự phát (quá
trình chia tách thành hai mảnh lớn).