ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

SOMSAVATH LEUANGTAKOUN

NGHIÊN CỨU ỨNG DỰNG PHƯƠNG PHÁP
PHỔ GAMMA TỰ NHIÊN ĐÁNH GIÁ TÍNH PHĨNG XẠ
ĐẤT ĐÁ TRÊN BỀ MẶT TẠI MIỀN TRUNG NƯỚC LÀO
.

LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ

Hà Nội - 2020


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

SOMSAVATH LEUANGTAKOUN

NGHIÊN CỨU ỨNG DỰNG PHƯƠNG PHÁP
PHỔ GAMMA TỰ NHIÊN ĐÁNH GIÁ TÍNH PHĨNG XẠ
ĐẤT ĐÁ TRÊN BỀ MẶT TẠI MIỀN TRUNG NƯỚC LÀO.

Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử và hạt nhân
Mã số: 9440130.04

LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. Bùi Văn Loát

Trung tâm Mơi trường và Hóa học Qn sự đã tạo điều kiện cho Nghiên cứu sinh
tiến hành thí nghiệm, phân tích mẫu trong suốt thời gian làm Luận án.
Cuối cùng tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã đợng
viên, giúp đỡ trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và hoàn thành Luận án này.

Tác giả

SOMSAVATH LEUANGTAKOUN

ii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ii
MỤC LỤC.................................................................................................................iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT ................................................... x
DANH MỤC BẢNG BIỂU ...................................................................................... vi
DANH MỤC HÌNH VẼ .........................................................................................viii
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN HIỆN TƯỢNG PHĨNG XẠ VÀ TÍNH CHẤT
PHĨNG XẠ CỦA VỎ TRÁI ĐẤT .......................................................................... 5
1.1. Phóng xạ tự nhiên và tính chất phóng xạ của đất đá............................................ 5
1.1.1. Phơng phóng xạ tự nhiên ....................................................................... 5
1.1.2. Hạt nhân phóng xạ tự nhiên trên bề mặt Trái Đất ................................. 6
1.1.3. Tia vũ trụ ................................................................................................ 8
1.1.4. Các dạng phân rã phóng xạ tự nhiên trong đất đá ............................................ 8
Hiện tượng chiếm electron............................................................................. 10
1.2. Chuỗi phân rã phóng xạ liên tiếp và hiện tượng cân bằng phóng xạ ................. 12
1.2.1. Quy luật phân rã phóng xạ ................................................................... 12

kế gamma bán dẫn ......................................................................................... 47
2.3.2. Xác định hoạt độ riêng của 238U cân bằng và không cân bằng ............ 48
Tiểu kết Chương 2 .................................................................................................... 54
CHƯƠNG 3 NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC KẾT QUẢ PHÂN TÍCH HOẠT
ĐỘNG PHĨNG XẠ RIÊNG TRÊN HỆ PHỔ KẾ GAMMA NHẤP NHÁY VÀ
BÁN DẪN ................................................................................................................ 29
3.1. Phương pháp ma trận xác định hoạt độ 40K, 226Ra, 232Th trong mẫu bằng hệ phổ
gamma nhấp nháy NaI(Tl) ........................................................................................ 55
3.1.1. Cơ sở của phương pháp ....................................................................... 55
3.1.2. Xây dựng phương trình xác định hoạt độ 40K,

226

Ra và

232

Th trên phổ

kế gamma nhấp nháy ..................................................................................... 57
3.1.3. Phân tích đối chứng với các phòng thí nghiệm uy tín ......................... 59
3.2. Phát triển phương pháp chuẩn nợi hiệu suất ghi nâng cao đợ chính xác ............... 59
3.2.1. Đường cong chuẩn nội hiệu suất ghi ................................................... 59
3.2.2. Kết hợp sử dụng đường cong hiệu suất ghi tương đối và hiệu suất ghi
tuyệt đối tại vạch năng lượng 1460,82 keV nâng cao đợ chính xác .............. 62
3.2.3. Xác định hoạt đợ phóng xạ riêng của các đồng vị 40K,226Ra và 232Th . 64

iv




Ra,

232

Th và Radi tương đương theo

nhóm địa chất ................................................................................................. 71
4.1.2. Đánh giá đóng góp của các đồng vị

40

K,

226

Ra và

232

Th vào hoạt đợ

Radi tương đương. ......................................................................................... 76
4.2. Hoạt đợ phóng xạ riêng 40K,

226

Ra,

232

CHDCND Lào .......................................................................................... 41
Bảng 2.3b. Đưa ra tổng số mẫu được chọn theo các nhóm điạ chất ......................... 42
Bảng 2.4. Các đặc trưng của nguồn chuẩn phóng xạ sử dụng trong Luận án .......... 45
Bảng 2.5. Hiệu suất ghi tuyệt đốicủa detector tại các đỉnh đặc trưng ...................... 50
Bảng 2.6. Ngưỡng phát hiện của hệ phổ kế gamma bán dẫn HPGe tại Viện Y học
Phóng xạ và U bướu Quân đội ................................................................ 52
Bảng 2.7a. Kết quả xác định hoạt đợ phóng xạ riêng của mẫu chuẩn IAEA 375 ... 53
Bảng 3.1. Vùng cửa sổ năng lượng đặc trưng cho 40K, 226Ra và 232Th..................... 56
Bảng 3.2. Một số thông số của mẫu chuẩn dùng để xác định hệ số aik .................... 57
Bảng 3.3. Các kết quả xác định tỉ só hoạt đợ

214

Pb/214Bi và

238

U/214Bi với ba cấu

hình khác nhau bằng phương pháp chuẩn nội hiệu suất ghi ................... 61
Bảng 3.4. Hiệu suất ghi tại đỉnh hấp thụ toàn phần năng lượng 1460,8 keV với mật
độ mẫu khác nhau ..................................................................................... 63
Bảng 3.5. Phân tích thử nghiệm mẫu chuẩn thứ cấp TN1 theo đường cong chuẩn nội
hiệu suất ghi ............................................................................................. 65
Bảng 3.6. Kết quả đánh giá tỷ số hoạt độ

238

U và 226Ra của một số mẫu địa chất và


tỉnh của Việt Nam giáp 3 tỉnh miền trung Lào......................................... 82
Bảng 4.4. Các chỉ số nguy hiểm trong mẫu đất tại miền trung Lào và thế giới. ...... 87

vii


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Các nguồn gây ra liều trung bình hàng năm cho con người ...................... 5
Hình 1.2. Quy luật suy giảm của hạt nhân phóng xạ theo thời gian ......................... 12
Hình 2.1. Sơ đồ khối của hệ phổ kế HPGe ............................................................... 29
Hình 2.2. Quá trình tương tác của bức xạ gamma trong tinh thể kích thước trung
bình và hàm phản ứng của đầu đo ............................................................. 34
Hình 2.3. Hệ phổ kế gamma nhấp nháy tại Bợ mơn Vật lý hạt nhân ....................... 37
Hình 2.4. Đường chuẩn năng lượng của hệ phổ kế gamma nhấp nháy NaI (Tl) dùng
trong Luận án .............................................................................................. 38
Hình 2.5. Đồ thị mô tả sự phụ thuộc bề rộng nửa chiều cao vào năng lượng của hệ
phổ kế gamma nhấp nháy NaI(Tl) dùng trong Luận án. ............................. 39
Hình 2.6. Hệ phổ kế gamma HPGe CANBERRA .................................................... 40
Hình 2.7. Bản đồ lấy mẫu đất của 3 tỉnh miền trung nước CHDCND Lào ........... 43
Hình 2.8. Mợt số mẫu đất đá được nhốt chờ đo phổ................................................. 45
Hình 2.9. Các hợp mẫu chuẩn RGU-1, RGTh-1, RGK-1, TN1 và TNK1 ............... 46
Hình 2.10. Dạng phổ của mẫu chuẩn IAEA RGU-1 đo trên hệ phổ kế HPGe tại
Viện Y học Phóng xạ và U bướu Quân đợi trong 24h. ............................... 50
Hình 2.11. Đường cong hiệu suất ghi tuyệt đối tại đỉnh hấp thụ toàn phẩn của hệ
phổ kế tại Viện Y học phóng xạ và U bướu Qn đợi ................................ 51
Hình 3.1. Vùng cửa sổ năng lượng đặc trưng cho 40K, 226Ra và 232Th .................. 56
Hình 3.2. Kết quả đo hoạt độ 40K, 226Ra và 232Th trong mẫu TN1 .......................... 58
Hình 3.3. Đường cong chuẩn nợi hiệu suất ghi dựa trên các đỉnh gamma của

214

viii


c. 232Th và d. Radi tương đương tương ứng.

80

Hình 4.3. Bản đồ hoạt đợ phóng xạ riêng trung bình của 40K trong đất của 30 huyện
thuộc 3 tỉnh miền trung nước Lào ............................................................... 81
Hình 4.4. Bản đồ hoạt đợ phóng xạ riêng trung bình của

226

Ra trong đất của 30

huyện tḥc 3 tỉnh miền trung nước Lào .................................................... 84
Hình 4.5. Bản đồ hoạt đợ phóng xạ riêng trung bình của

232

Th trong đất tại 30

huyện thuộc 3 tỉnh miền trung nước Lào ................................................... 85
Hình 4.6. Bản đồ hoạt đợ phóng xạ Radi tương đương trung bình tại 30 huyện
tḥc 3 tỉnh miền trung Lào. ...................................................................... 88

ix


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Cơ quan Năng lượng nguyên tử

International Atomic Energy

quốc tế

Agency

HPGe

Germanium siêu tinh khiết

High Pure Germanium

FWHM

Bề rộng nửa chiều cao

Full Width Half Maximium

Raeq

Hoạt độ Radi tương đương

Radium equivalent activity

Dair

Suất liều hấp thụ trong khơng khí


các đồng vị phóng xạ có trong cơ thể con người [51]. Từ chiếu xạ dùng để chỉ sự tác
động của bức xạ tới con người động vật và môi trường xung quanh. Liều bức xạ là
đại lượng đánh giá mức độ chiếu xạ vào các đối tượng. Mặc dù, mơ hình định lượng
dự đoán độ rủi ro do bức xạ ion hóa gây ra còn nhiều gây tranh cãi, nhưng các mơ
hình đều chấp nhận rộng rãi là xác suất gây ung thư trong cả cuộc đời, đặc biệt là
ung thư bạch cầu, tăng theo liều nhận được. Khi liều hiệu dụng tăng lên 1 Sv thì tỷ
lệ mắc ung thư tăng lên 5,5% [16, 46]. Điều này có nghĩa phông phóng xạ tự nhiên
cao sẽ gây nguy hiểm đối với sức khỏe cợng đồng.
Các hạt nhân phóng xạ tự nhiên bao gồm

40

K, 238U, 232Th có trong lớp vỏ

Trái Đất kể từ khi Trái Đất hình thành. Chúng được gọi là các hạt nhân phóng xạ
nguyên thủy. Các hạt nhân phóng xạ nguyên thủy có trong đất bề mặt đóng góp chủ
yếu liều chiếu do bức xạ gamma tự nhiên gây ra trên mặt đất [94]. Hạt nhân phóng
xạ tự nhiên 40K, 226Ra, 238U và 232Th trong đất bề mặt gây ra liều bức xạ gamma trên
mặt đất và đóng góp khoảng 80% liều hiệu dụng hàng năm cho con người [19, 37,
48, 57, 95]. Các hạt nhân phóng xạ trong đất có thể được di chuyển vào cây cối và
tích lũy trong cơ thể con người thông qua việc ăn lương thực và rau quả [18, 30, 43,
52, 53, 54, 90]. Do đó, phép đo các hạt nhân phóng xạ tự nhiên trong đất đá và
đánh giá các nguy cơ bức xạ đã được quan tâm đặc biệt trong vật lý sức khỏe, đặc
biệt là khu vực có đợ phóng xạ cao [20, 22, 31, 36, 39, 62, 76, 81, 86, 96].
Trong 2 thập kỷ gần đây đã có nhiều cơng trình cơng bố kết quả đánh giá
tính chất phóng xạ và hệ số nguy hiểm bức xạ do đất ở trong một vùng hoặc một
địa phương gây ra [23, 34, 58, 79, 86, 95]. Tổng hợp các số liệu thu được từ
nhiều cơng trình của các tác giả khác nhau có thể thu được bức tranh về phông
phóng xạ nói chung và tính chất phóng xạ của đất nói riêng của một quốc gia và
của quốc tế [94].

phóng xạ của đất còn rất ít. Năm 2018 nhóm tác giả Sonexay và Lê Hồng Khiêm
[84] mới chỉ đưa ra số liệu về hoạt độ phóng xạ riêng của 10 mẫu đất tại khu vực
huyện Thoulakhom, tỉnh Viêng Chăn của Lào được lấy để làm gạch. Vì vậy việc
nghiên cứu đánh giá phơng phóng xạ tự nhiên tại CHDCND Lào là cần thiết.
Trong khuôn khổ của Luận án tiến sĩ của mình, Nghiên cứu sinh đã chọn đất
đá bề mặt trong khu vực miền trung Lào là đối tượng nghiên cứu. Trong 3 tỉnh
thuộc khu vực miền trung nước Lào, tỉnh Bolikhamxay là tỉnh miền núi.
Trong 6 huyện chỉ có 1 huyện tḥc đồng bằng. Trong đó có 1 mỏ vàng ở
huyện Khamkeut đã được khai thác. Tỉnh Khammue có 9 huyện, trong đó 3 huyện
miền núi và 6 huyện đồng bằng. Tỉnh Savannakhet có diện tích lớn nhất, trong 15
huyện có tới 13 huyện đồng bằng. Chỉ có huyện Sephone và Vilabuly là 2 huyện
miền núi, trong đó huyện Sepone có chứa mỏ vàng đã được khai thác.
Khu vực miền trung nước CHDCND Lào là khu vực đơng dân nhất trong cả
nước, có cả đồng bằng và miền núi, chứa 2 mỏ vàng đều đã được khai thác, là khu
vực có nền địa chất phong phú. Chính vì vậy Nghiên cứu sinh đã chọn đề tài “Nghiên
cứu ứng dụng phương pháp phổ gamma tự nhiên đánh giá tính phóng xạ đất đá
trên bề mặt tại miền trung nước Lào” làm đề tài Luận án của mình.
2. Mục tiêu nghiên cứu của Luận án
- Tìm hiểu và phát triển phương pháp phổ gamma xác định tính chất phóng
xạ trong mẫu đất trên cả hệ phổ kế gamma bán dẫn HPGe có độ phân giải cao và phổ
kế gamma nhấp nháy NaI(Tl).

2


- Đưa ra bộ số liệu ban đầu về hoạt độ phóng xạ riêng của 40K,

226

Ra và


232

Th trong mẫu đất đá và đánh giá trạng thái

cân bằng của mẫu đất và mẫu địa chất.
- Xác định hoạt độ phóng xạ riêng của

40

K,

226

Ra và

232

Th trong mẫu đất

được lấy từ 3 tỉnh miền trung Lào. Tiến hành đánh giá các chỉ số nguy hiểm do các
đồng vị tự nhiên trong đất đá gây ra cho dân chúng.
4. Ý nghĩa thực tiễn của Luận án
Kết quả nghiên cứu chính của Luận án là bợ số liệu thực nghiệm về hoạt đợ
phóng xạ riêng của các đồng vị phóng xạ 40K, 226Ra và 232Th trong mẫu đất được lấy
tại tỉnh miền trung nước Lào. Đây là bộ số liệu ban đầu về hoạt đợ phóng xạ riêng
được sử dụng để đánh giá tính chất phóng xạ đất và theo dõi ơ nhiễm phóng xạ đối
với đất đá trong khu vực sau này.
5. Tính mới của Luận án
Luận án đã phát triển phương pháp xác định hoạt độ phóng xạ riêng của 40K,

Chương 4: Kết quả thực nghiệm và thảo luận.

4


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN HIỆN TƯỢNG PHĨNG XẠ VÀ TÍNH CHẤT
PHĨNG XẠ CỦA VỎ TRÁI ĐẤT
1.1. Phóng xạ tự nhiên và tính chất phóng xạ của đất đá
1.1.1. Phơng phóng xạ tự nhiên
Liều chiếu mà con người nhận được có nguồn gốc từ các đồng vị phóng xạ
có trong đất đá, phóng xạ từ tia vũ trụ, từ y tế, từ thực phẩm và từ các nhân phóng
xạ có trong cơ thể con người. Các nguồn bức xạ này rất đa dạng tùy tḥc vào vị trí
và mơi trường xung quanh. Trong [51] đưa ra các nguồn bức xạ và đóng góp trung
bình vào liều hiệu dụng hàng năm mà con người nhận được (Hình 1.1). Liều tương
đương hàng năm mà con người nhận được: Cỡ 14% có nguồn gốc từ y tế, 1% có
nguồn gốc từ công nghiệp hạt nhân, còn lại 85% có nguồn gốc từ các nguồn phóng
xạ tự nhiên. Đóng góp của các thành phần bức xạ vào liều chiếu xạ hàng năm gây
ra cho con người phụ tḥc vào vị trí địa lý, vào hàm lượng các nguyên tố phóng
xạ có trong đất đá. Các bức xạ tự nhiên có nguồn gốc từ tia vũ trụ và từ các
nguyên tố phóng xạ nguyên thủy có trong vỏ Trái Đất [51, 65].

Hình 1.1. Các nguồn gây ra liều trung bình hàng năm cho con người [92].

5


1.1.2. Hạt nhân phóng xạ tự nhiên trên bề mặt Trái Đất
Trái Đất và các hành tinh khác trong hệ Mặt Trời được hình thành cách đây
khoảng 4,5 tỷ năm, chứa nhiều nguyên tố sắt, carbon, oxy, silic, các nguyên tố trung


vỏ Trái Đất còn có các đồng vị phóng xạ 87Rb và 40K.
Bảng 1.1. Một số đặc trưng của 4 dãy phóng xạ tự nhiên [101].

Tên dãy

Dãy

Hạt nhân cuối cùng
(đồng vị bền)

Hạt nhân mẹ
(đồng vị sống lâu
nhất)
232

rã (năm)

Thori

4n

208

Neptun

4n+1

209


237

Bi

Th

1,4.1010

Np

2,41.106

Năm đồng vị phóng xạ có chu kỳ bán rã lớn đó là:
232

Chu kỳ bán

40

K,

238

U, 87Rb,

235

U và

Th [51], được hình thành trước khi Trái Đất hình thành, cịn tồn tại đến ngày nay,

Hai đồng vị

147

Sb và 87Rb có hàm lượng rất nhỏ, đều phân rã beta mềm thuần túy,

nên nó đóng góp vào liều chiếu xạ tự nhiên không đáng kể.
Kali tự nhiên gồm 3 đồng vị 39K, 40K, và 41K, trong đó 40K là đồng vị phóng
xạ, đợ giàu đồng vị của 40K trong Kali tự nhiên cỡ 0,0117%. Chu kỳ bán rã của 40K
cỡ 1,26 ×109 năm. Cỡ 89,23 % hạt nhân 40K phân rã β- về trạng thái cơ bản của 40Ca
và cỡ 10,67 % hạt nhân

40

K chiếm electron quỹ đạo trở về

40

Ar ở trạng thái kích

thích, năng lượng 1460,82 keV. Từ trạng thái kích thích trên phát ra bức xạ gamma
có năng lượng 1460,82 keV để trở về trạng thái cơ bản [51].
Nhóm 4: Các đồng vị phóng xạ được hình thành do bức xạ vũ trụ tương tác
với hạt nhân ngun tử có trong khí quyển. Ngồi các đồng vị phóng xạ nguyên
thủy, trong môi trường còn có các đồng vị phóng xạ có nguồn gốc từ tia vũ trụ. Đó

7


là các đồng vị 3H, 7Be,10Be, 26Al, 14C, 36Cl, 38S [51]. Trong đó, 14C là đồng vị phóng

Phương trình phân rã phóng xạ alpha có dạng:
A
z

X 

trong đó hạt nhân zA X gọi là hạt nhân mẹ,

A 4
z 2

A 4
z 2

8

Y

(1.1)

Y là hạt nhân con và α là hạt alpha.


Mỗi hạt nhân phân rã alpha khi phân rã phát ra một số vạch alpha có năng
lượng xác định. Trước khi phân rã, hạt nhân mẹ ở trạng thái cơ bản và đứng yên.
Sau phân rã, hạt nhân con tạo thành có thể ở trạng thái cơ bản hoặc trạng thái kích
thích có năng lượng khác nhau. Hạt nhân con sẽ giải phóng năng lượng kích thích
hoặc bằng cách phát ra bức xạ gamma hoặc bằng biến hốn nợi. Bức xạ gamma do
các hạt nhân con phát ra thường đi kèm với phân rã alpha của hạt nhân mẹ.
Các dạng phân rã beta

Vì hạt nhân mẹ có khối lượng rất lớn so với khối lượng electron, nên năng
lượng giải phóng từ phân rã chủ yếu phân bố cho bức xạ beta và phản neutrino. Phổ
năng lượng của hạt beta phát ra là mợt phổ liên tục.
Phân rã β+
Các hạt nhân có tỷ số N/Z nhỏ hơn so với tỷ N/Z của hạt nhân đồng khối
nằm trên đường cong bền đối với phân rã beta, là các đồng khối thừa proton sẽ
không bền đối với phân rã β+. Hạt nhân

A
Z

+

X không bền đối với phân rã β tự biến

đổi thành hạt nhân đồng khối có điện tích giảm đi 1 đơn vị bằng cách phát ra bức xạ
β+ và ν. Phương trình phân rã β+ có dạng tổng quát như sau:
A
Z

trong đó hạt nhân

A
z

X 

Y    

A

A
Z

X e

Y 

A
Z 1

(1.4)

Hiện tượng chiếm electron quỹ đạo luôn cạnh tranh với phân rã β+ [3, 5, 58].
Phân rã gamma và hiện tượng biến hốn nội
Hiện tượng hạt nhân từ trạng thái kích thích giải phóng năng lượng bằng
cách phát ra bức xạ điện từ (bức xạ γ) để trở về trạng thái có năng lượng thấp được
gọi là hiện tượng phân rã γ. Năng lượng của bức xạ γ phát ra khi hạt nhân nhảy từ
mức năng lượng E2 về mức năng lượng E1, được xác định theo công thức sau:
Eγ= E2 - E1

(1.5)

Xét một hạt nhân phân rã alpha hoặc phân rã beta, hạt nhân con được tạo
thành ở trạng thái kích thích. Hạt nhân con này sẽ khử kích thích hoặc bằng cách
phát bức xạ gamma (γ), hiện tượng biến hốn nợi. Phân rã gamma khơng làm hạt
nhân thay đổi cả về số khối A lẫn nguyên tử số Z. Thực chất phân rã γ là sự sắp xếp
lại các nucleon bên trong hạt nhân. Cạnh tranh với quá trình phát bức xạ γ là hiện
tượng biến hốn nợi.
Do các mức năng lượng của hạt nhân là gián đoạn, nên bức xạ γ do mỗi hạt
nhân phát ra có năng lượng Eγ hồn tồn xác định. Mỗi đồng vị phóng xạ khi phân


63,29 ± 0,02

3,70 ± 0,40

234

Th

83,30 ± 0,05

0,060 ± 0,006

234

Th

92,38

2,13 ± 0,20

234

Th

238

92,80

2,10 ± 0,21


226
238

235

U

U

214

Pb

242,00

7,258 ± 0,022

214

Pb

295,22

18,414 ± 0,036

214

Pb


Pa

1001,02

0,847 ± 0,000

214

Bi

1120,3

14,91 ± 0,03

214

Bi

1238,1

5,831 ± 0,014

214

Bi

1764,5

15,31 ± 0,05


Th

212
228

232

Th

208

Tl

583,19

30,55 ± 0,17

208

Tl

860,53

4,48 ± 0,04

228

Ac

911,20


(1.7)

trong đó A0 và A là hoạt đợ phóng xạ của hạt nhân tại thời điểm ban đầu và tại thời
điểm t tương ứng.
Hình 1.2 mô tả quy luật suy giảm số hạt nhân phóng xạ theo thời gian. Hằng
số phân rã càng lớn, số hạt nhân phóng xạ suy giảm càng nhanh.

Hình 1.2. Quy luật suy giảm của hạt nhân phóng xạ theo thời gian [5].
Khoảng thời gian mà tại đó số hạt nhân giảm đi một nửa so với ban đầu,
được gọi là chu kỳ bán rã. Các hạt nhân phóng xạ khác nhau có chu kỳ bán rã
khác nhau.

12


1.2.2. Chuỗi phân rã phóng xạ liên tiếp
Xét trường hợp hạt nhân A không bền, phân rã thành hạt nhân con B, hạt
nhân con B tạo thành cũng là hạt nhân không bền lại tiếp tục phân rã thành hạt nhân
C. Cứ như vậy q trình phân rã phóng xạ tiếp diễn đến khi tạo thành hạt nhân bền.
Xét trường hợp phổ biến thường gặp trong thực tế. Tại thời điểm ban đầu, t = 0 chỉ
có hạt nhân mẹ, chưa có hạt nhân con, tức N20 = 0. Số hạt nhân mẹ tại thời điểm ban
đầu là N10. Sự suy giảm số hạt nhân mẹ theo thời gian được mơ tả theo cơng thức
(1.6). Cịn số hạt nhân con suy giảm theo thời gian [3, 5, 51] được mô tả theo công
thức sau:
N2 

N10 1  1t
(e  e  2t )
2  1


Như vậy, khi biết hằng số phân rã của các hạt nhân trong chuỗi phân rã
phóng xạ liên tiếp và số hạt nhân ban đầu, ta hoàn tồn có thể tính được số hạt nhân
của bất kỳ hạt nhân con cháu trong chuỗi tại một thời điểm xác định.
1.2.3. Hiện tượng cân bằng tạm thời và cân bằng bền
Cân bằng tạm thời
Đơn giản xét trường hợp dãy 2 hạt nhân phóng xạ liên tiếp, hằng số phân rã
của mẹ λ1 nhỏ hơn hằng số phân rã của con λ2, hay chu kỳ bán rã của hạt nhân mẹ
lớn hơn so với chu kỳ bán rã của hạt nhân con. Sau khoảng thời gian đủ lớn so với

13