Phóng xạ – Wikipedia tiếng Việt

Phóng xạ hay phóng xạ hạt nhân là hiện tượng một số hạt nhân nguyên tử không bền tự biến đổi và phát ra các bức xạ hạt nhân (thường được gọi là các tia phóng xạ). Các nguyên tử có tính phóng xạ gọi là các đồng vị phóng xạ, còn các nguyên tử không phóng xạ gọi là các đồng vị bền. Các nguyên tố hóa học chỉ gồm các đồng vị phóng xạ (không có đồng vị bền) gọi là nguyên tố phóng xạ. Một vật chất chứa các hạt nhân không bền được coi là chất phóng xạ. Ba trong số các loại phân rã phổ biến nhất là phân rã alpha, phân rã beta và phân rã gamma, tất cả đều liên quan đến việc phát ra một hoặc nhiều hạt hoặc photon. Lực yếu là cơ chế gây ra phân rã beta.[1]

Phân rã phóng xạ là một quy trình ngẫu nhiên ở Lever những nguyên tử đơn lẻ. Theo lý thuyết lượng tử, không hề Dự kiến khi nào một nguyên tử đơn cử sẽ phân rã, bất kể nguyên tử đó đã sống sót bao lâu. [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] Tuy nhiên, so với một số lượng đáng kể những nguyên tử giống hệt nhau, vận tốc phân rã toàn diện và tổng thể hoàn toàn có thể được bộc lộ dưới dạng hằng số phân rã hoặc chu kỳ luân hồi bán rã. Chu kỳ bán rã của nguyên tử phóng xạ có khoanh vùng phạm vi rất lớn ; từ gần như tức thời đến lâu hơn rất nhiều so với tuổi của thiên hà .

Hạt nhân đang phân rã được gọi là hạt nhân phóng xạ mẹ (hoặc đồng vị phóng xạ mẹ [note 1]), và quá trình này tạo ra ít nhất một nuclide con. Ngoại trừ sự phân rã gamma hoặc sự chuyển đổi bên trong từ trạng thái kích thích hạt nhân, sự phân rã là một sự biến đổi hạt nhân dẫn đến một con chứa một số proton hoặc neutron khác nhau (hoặc cả hai). Khi số lượng proton thay đổi, một nguyên tử của một nguyên tố hóa học khác được tạo ra.

Ngược lại, có những quá trình phân rã phóng xạ không dẫn đến biến đổi hạt nhân. Năng lượng của một hạt nhân bị kích thích có thể được phát ra dưới dạng tia gamma trong một quá trình gọi là phân rã gamma, hoặc năng lượng đó có thể bị mất đi khi hạt nhân tương tác với một electron quỹ đạo gây ra sự phóng ra khỏi nguyên tử của nó, trong một quá trình được gọi là chuyển đổi bên trong. Một kiểu phân rã phóng xạ khác dẫn đến các sản phẩm thay đổi, xuất hiện dưới dạng hai hoặc nhiều “mảnh” của hạt nhân ban đầu với một loạt các khối lượng có thể. Sự phân rã này, được gọi là sự phân hạch tự phát, xảy ra khi một hạt nhân lớn không ổn định tự phân tách thành hai (hoặc đôi khi ba) hạt nhân con nhỏ hơn, và thường dẫn đến sự phát xạ tia gamma, neutron hoặc các hạt khác từ các sản phẩm đó. Ngược lại, các sản phẩm phân rã từ hạt nhân có spin có thể được phân phối không đẳng hướng đối với hướng spin đó. Có thể do ảnh hưởng bên ngoài như trường điện từ, hoặc do hạt nhân được tạo ra trong một quá trình động lực hạn chế hướng quay của nó, hiện tượng dị hướng có thể được phát hiện. Quá trình mẹ như vậy có thể là một quá trình phân rã trước đó, hoặc một phản ứng hạt nhân.[5][6][7] [note 2]

Để có bảng tóm tắt hiển thị số lượng những nuclit phóng xạ và không thay đổi trong mỗi loại, hãy xem hạt nhân phóng xạ. Có 28 nguyên tố hóa học tự nhiên trên Trái Đất là chất phóng xạ, trong đó có 34 hạt nhân phóng xạ ( 6 nguyên tố có 2 hạt nhân phóng xạ khác nhau ) có niên đại trước thời gian hình thành Hệ Mặt trời. 34 chất này được gọi là nuclêôtit nguyên thủy. Các ví dụ nổi tiếng là urani và thori, nhưng cũng gồm có những đồng vị phóng xạ sống sót lâu bền hơn trong tự nhiên, ví dụ điển hình như kali-40 .Khoảng 50 hạt nhân phóng xạ khác có tuổi thọ ngắn hơn, ví dụ điển hình như radium-226 và radon-222, được tìm thấy trên Trái Đất, là loại sản phẩm của chuỗi phân rã khởi đầu với những nuclide nguyên thủy, hoặc là loại sản phẩm của những quy trình thiên hà đang diễn ra, ví dụ điển hình như tạo thành carbon-14 từ nitơ-14 trong khí quyển bởi những tia vũ trụ. Hạt nhân phóng xạ cũng hoàn toàn có thể được sản xuất tự tạo trong máy gia tốc hạt hoặc lò phản ứng hạt nhân, dẫn đến 650 hạt trong số này có chu kỳ luân hồi bán rã hơn một giờ, và vài nghìn hạt nhân nữa có chu kỳ luân hồi bán rã thậm chí còn còn ngắn hơn .

Lịch sử

Pierre và Marie Curie trong phòng thí nghiệm Paris của họ, trước năm 1907Phóng xạ được nhà khoa học người Pháp Henri Becquerel phát hiện vào năm 1896 khi thao tác với vật tư phát quang. [ 8 ] Những vật tư này phát sáng trong bóng tối sau khi tiếp xúc với ánh sáng, và ông hoài nghi rằng sự phát sáng được tạo ra trong ống tia âm cực bởi tia X hoàn toàn có thể tương quan đến hiện tượng lân quang. Ông bọc một tấm ảnh bằng giấy đen và đặt nhiều loại muối phát quang lên đó. Tất cả những tác dụng đều âm tính cho đến khi ông sử dụng muối urani. Các muối urani làm cho đĩa bị đen đi mặc dầu đĩa được bọc trong giấy đen. Những bức xạ này được đặt tên là ” Tia Becquerel ” .Rõ ràng là sự đen đi của tấm này không tương quan gì đến hiện tượng lân quang, vì sự đen đi cũng được tạo ra bởi những muối không phát quang của urani và bởi urani sắt kẽm kim loại. Từ những thí nghiệm này, người ta thấy rõ rằng có một dạng bức xạ không nhìn thấy được hoàn toàn có thể đi qua giấy và làm cho tấm giấy phản ứng như thể được chiếu dưới ánh sáng .Lúc đầu, có vẻ như như bức xạ mới tương tự như như tia X được phát hiện gần đây. Nghiên cứu sâu hơn của Becquerel, Ernest Rutherford, Paul Villard, Pierre Curie, Marie Curie, và những người khác cho thấy dạng phóng xạ này phức tạp hơn đáng kể. Rutherford là người tiên phong nhận ra rằng tổng thể những nguyên tố như vậy đều phân rã theo cùng một công thức hàm mũ toán học. Rutherford và học trò của ông là Frederick Soddy là những người tiên phong nhận ra rằng nhiều quy trình phân rã dẫn đến sự đổi khác của nguyên tố này sang nguyên tố khác. Sau đó, định luật di dời phóng xạ của Fajans và Soddy được thiết kế xây dựng để diễn đạt những mẫu sản phẩm của phân rã alpha và beta. [ 9 ] [ 10 ]Các nhà nghiên cứu bắt đầu cũng phát hiện ra rằng nhiều nguyên tố hóa học khác, ngoài urani, có đồng vị phóng xạ. Một cuộc tìm kiếm có mạng lưới hệ thống về tổng hoạt độ phóng xạ trong quặng urani cũng đã giúp Pierre và Marie Curie cô lập hai nguyên tố mới : poloni và radi. Ngoại trừ tính phóng xạ của radi, sự giống nhau về mặt hóa học của radi với bari khiến hai nguyên tố này rất khó phân biệt .Nghiên cứu về phóng xạ của Marie và Pierre Curie là một yếu tố quan trọng trong khoa học và y học. Sau khi nghiên cứu và điều tra về tia Becquerel, họ đã phát hiện ra cả radi và poloni, họ đã đặt ra thuật ngữ ” phóng xạ “. [ 11 ] Nghiên cứu của họ về những tia xuyên thấu trong urani và phát hiện ra radi đã khởi động một kỷ nguyên sử dụng radi để điều trị ung thư. Việc phát hiện nguyên tố rađi của họ hoàn toàn có thể được coi là hoạt động giải trí sử dụng nguồn năng lượng hạt nhân vì mục tiêu tự do tiên phong và là bước khởi đầu của y học hạt nhân văn minh. [ 11 ]

Nguy hiểm sức khỏe thể chất bắt đầu

Chụp ảnh X-quang với thiết bị ống Crookes thời kỳ đầu năm 1896. Ống Crookes hoàn toàn có thể nhìn thấy ở TT. Người đàn ông đang đứng đang xem bàn tay của mình với màn hình hiển thị fluoroscope ; đây là một cách thông dụng để thiết lập ống. Không có giải pháp phòng ngừa nào so với việc tiếp xúc với bức xạ đang được triển khai ; những mối nguy hại của nó không được biết đến vào thời gian đó .Những nguy hại của bức xạ ion hóa do phóng xạ và tia X không được nhận ra ngay lập tức .

Tia X

Việc Wilhelm Röntgen phát hiện ra tia X vào năm 1895 đã dẫn đến việc các nhà khoa học, bác sĩ và nhà phát minh thử nghiệm rộng rãi. Nhiều người bắt đầu kể lại những câu chuyện về bỏng, rụng tóc và tệ hơn trên các tạp chí kỹ thuật ngay từ năm 1896. Vào tháng 2 năm đó, Giáo sư Daniel và Tiến sĩ Dudley của Đại học Vanderbilt đã thực hiện một thí nghiệm liên quan đến việc X-raying đầu của Dudley khiến ông bị rụng tóc. Một báo cáo của Tiến sĩ HD Hawks về việc ông bị bỏng nặng ở tay và ngực trong một cuộc trình diễn bằng tia X, là báo cáo đầu tiên trong số nhiều báo cáo khác trên tạp chí Electrical Review.[12]

Những người thử nghiệm khác, gồm có Elihu Thomson và Nikola Tesla, cũng báo cáo giải trình bị bỏng. Thomson cố ý để ngón tay tiếp xúc với ống tia X trong một thời hạn và bị đau, sưng và phồng rộp. [ 13 ] Các tác động ảnh hưởng khác, gồm có tia cực tím và ôzôn, nhiều lúc được cho là nguyên do gây ra thiệt hại, [ 14 ] và nhiều bác sĩ vẫn khẳng định chắc chắn rằng không có bất kể tác động ảnh hưởng nào từ việc tiếp xúc với tia X. [ 13 ]Mặc dù vậy, đã có một số ít cuộc tìm hiểu về mối nguy có mạng lưới hệ thống bắt đầu, và ngay từ năm 1902, William Herbert Rollins đã viết một cách gần như là vô vọng rằng những cảnh báo nhắc nhở của ông về những nguy hại tương quan đến việc sử dụng không cẩn thận tia X đã không được ngành công nghiệp hay những đồng nghiệp của ông chú ý đến. Vào thời gian này, Rollins đã chứng tỏ rằng tia X hoàn toàn có thể giết chết động vật hoang dã thí nghiệm, hoàn toàn có thể khiến một con chuột lang đang mang thai bị sẩy thai và chúng hoàn toàn có thể giết chết một bào thai. [ 15 ] ] Ông cũng nhấn mạnh vấn đề rằng ” động vật hoang dã khác nhau về tính nhạy cảm với hành vi bên ngoài của tia X ” và cảnh báo nhắc nhở rằng những độc lạ này được xem xét khi bệnh nhân được điều trị bằng chiêu thức X-quang .

Chất phóng xạ

Tính phóng xạ là đặc trưng của những nguyên tố có số hiệu nguyên tử lớn. Các nguyên tố có tối thiểu một đồng vị không thay đổi được hiển thị bằng màu xanh lam nhạt. Màu xanh lục bộc lộ những nguyên tố trong đó đồng vị không thay đổi nhất có chu kỳ luân hồi bán rã được tính bằng hàng triệu năm. Màu vàng và da cam từ từ kém không thay đổi hơn, với chu kỳ luân hồi bán rã hàng nghìn hoặc hàng trăm năm, giảm dần về một ngày. Màu đỏ và màu tím cho thấy những nguyên tố có tính phóng xạ cao và cực kỳ mạnh trong đó những đồng vị không thay đổi nhất bộc lộ chu kỳ luân hồi bán rã được đo theo thứ tự một ngày và ít hơn nhiều .Tuy nhiên, những tác động ảnh hưởng sinh học của bức xạ do chất phóng xạ ít dễ đo hơn. Điều này đã tạo thời cơ cho nhiều bác sĩ và tập đoàn lớn tiếp thị những chất phóng xạ dưới dạng thuốc văn bằng bản quyền trí tuệ. Ví dụ như chiêu thức điều trị bằng thuốc xổ radi và nước có chứa radi để uống như thuốc bổ. Marie Curie phản đối cách điều trị này, cảnh báo nhắc nhở rằng ảnh hưởng tác động của bức xạ so với khung hình con người chưa được hiểu rõ. Curie sau đó đã chết vì bệnh thiếu máu bất sản sinh tủy, hoàn toàn có thể do tiếp xúc với bức xạ ion hóa. Đến những năm 1930, sau 1 số ít trường hợp hoại tử xương và tử trận của những người đam mê điều trị bằng radi, những mẫu sản phẩm thuốc có chứa radi đã bị vô hiệu hầu hết khỏi thị trường ( lang băm phóng xạ ) .

Bảo vệ phóng xạ

Chỉ một năm sau khi Röntgen phát hiện ra tia X, kỹ sư người Mỹ Wolfram Fuchs ( 1896 ) đã đưa ra lời khuyên bảo vệ tiên phong có lẽ rằng là lời khuyên bảo vệ tiên phong, nhưng mãi đến năm 1925, Đại hội X quang quốc tế ( ICR ) tiên phong mới được tổ chức triển khai và xem xét việc thiết lập sự bảo vệ quốc tế. tiêu chuẩn. Ảnh hưởng của phóng xạ lên gen, gồm có cả ảnh hưởng tác động của rủi ro tiềm ẩn ung thư, đã được công nhận muộn hơn nhiều. Năm 1927, Hermann Joseph Muller công bố điều tra và nghiên cứu cho thấy những tác động ảnh hưởng của phóng xạ lên gen và năm 1946, ông được trao giải Nobel Sinh lý học hoặc Y học cho những phát hiện của mình .ICR lần thứ hai được tổ chức triển khai tại Stockholm vào năm 1928 và yêu cầu việc trải qua đơn vị chức năng rontgen, và ‘ Ủy ban Bảo vệ Tia X và Radium Quốc tế ‘ ( IXRPC ) được xây dựng. Rolf Sievert được chỉ định là quản trị, nhưng động lực là George Kaye của Phòng thí nghiệm Vật lý Quốc gia Anh. Ủy ban đã họp vào những năm 1931, 1934 và 1937 .

Sau Chiến tranh thế giới thứ hai, phạm vi và số lượng chất phóng xạ được xử lý ngày càng tăng do các chương trình hạt nhân quân sự và dân sự dẫn đến việc nhiều nhóm lao động và công chúng có khả năng bị phơi nhiễm với mức độ bức xạ ion hóa có hại. Điều này đã được xem xét tại ICR đầu tiên sau chiến tranh được triệu tập ở London vào năm 1950, khi Ủy ban Quốc tế về Bảo vệ Phóng xạ (ICRP) hiện nay ra đời.[16] Kể từ đó, ICRP đã phát triển hệ thống quốc tế hiện nay về bảo vệ phóng xạ, bao gồm tất cả các khía cạnh của nguy cơ phóng xạ.

Đơn vị phóng xạ

Đồ họa biểu lộ mối quan hệ giữa độ phóng xạ và bức xạ ion hóa được phát hiệnĐơn vị hoạt động giải trí phóng xạ của Hệ Đơn vị Quốc tế ( SI ) là becquerel ( Bq ), được đặt tên để vinh danh nhà khoa học Henri Becquerel. Một Bq được định nghĩa là một lần biến hóa ( hoặc phân rã ) mỗi giây .Một đơn vị chức năng cũ của độ phóng xạ là curie, Ci, bắt đầu được định nghĩa là ” số lượng hoặc khối lượng phát xạ rađi ở trạng thái cân đối với một gam ( nguyên tố ) rađi “. [ 17 ] Ngày nay, curie được định nghĩa là 37 × 1010 phân rã mỗi giây, do đó 1 curie ( Ci ) = 37 × 1010 Bq. Vì mục tiêu bảo vệ phóng xạ, mặc dầu Ủy ban Điều tiết Hạt nhân Hoa Kỳ được cho phép sử dụng đơn vị chức năng curie cùng với đơn vị chức năng SI, [ 18 ] những thông tư về đơn vị chức năng giám sát của Liên minh châu Âu nhu yếu vô hiệu dần việc sử dụng nó cho những mục tiêu ” sức khỏe thể chất hội đồng … ” đến ngày 31 tháng 12 năm 1985. [ 19 ]Ảnh hưởng của bức xạ ion hóa thường được đo bằng đơn vị chức năng màu xám so với cơ học hoặc sàng lọc so với tổn thương mô .

Các loại phân rã

137 Cs cho thấy chu kỳ bán rã, các nuclide con, các loại và tỷ lệ bức xạ được phát raSơ đồ phân rãCs cho thấy chu kỳ luân hồi bán rã, những nuclide con, những loại và tỷ suất bức xạ được phát raCác nhà nghiên cứu khởi đầu phát hiện ra rằng một điện trường hoặc từ trường hoàn toàn có thể chia sự phát xạ phóng xạ thành ba loại chùm tia. Các tia được đặt tên là alpha, beta và gamma, theo thứ tự tăng dần năng lực xuyên qua vật chất của chúng. Sự phân rã alpha chỉ được quan sát thấy ở những nguyên tố nặng hơn có số nguyên tử 52 ( tellurium ) và lớn hơn, ngoại trừ beryli-8 ( phân rã thành hai hạt alpha ). Hai loại phân rã khác được quan sát thấy trong toàn bộ những nguyên tố. Chì, số hiệu nguyên tử 82, là nguyên tố nặng nhất để có bất kể đồng vị nào bền ( với số lượng giới hạn giám sát ) trong phân rã phóng xạ. Phân rã phóng xạ được nhìn thấy trong tổng thể những đồng vị của tổng thể những nguyên tố có số nguyên tử 83 ( bismuth ) hoặc lớn hơn. Tuy nhiên, Bismuth-209 chỉ có tính phóng xạ rất nhẹ, với chu kỳ luân hồi bán rã lớn hơn tuổi của ngoài hành tinh ; những đồng vị phóng xạ có chu kỳ luân hồi bán rã cực dài được coi là không thay đổi hiệu suất cao cho những mục tiêu trong thực tiễn .
Các dạng phân rã phóng xạ tương quan đến số neutron và protonKhi nghiên cứu và phân tích thực chất của những loại sản phẩm phân rã, rõ ràng là theo hướng của lực điện từ tác dụng lên bức xạ của từ trường và điện trường bên ngoài, những hạt alpha mang điện tích dương, hạt beta mang điện tích âm và tia gamma là trung hòa. Từ độ lớn của độ lệch, rõ ràng là những hạt alpha có khối lượng lớn hơn nhiều so với những hạt beta. Đưa những hạt alpha qua một hành lang cửa số kính rất mỏng mảnh và nhốt chúng trong một ống phóng điện cho phép những nhà nghiên cứu nghiên cứu và điều tra quang phổ phát xạ của những hạt bị bắt, và ở đầu cuối đã chứng tỏ rằng những hạt alpha là hạt nhân heli. Các thí nghiệm khác cho thấy bức xạ beta, phát sinh từ sự phân rã và tia âm cực, là những electron vận tốc cao. Tương tự như vậy, bức xạ gamma và tia X được coi là bức xạ điện từ nguồn năng lượng cao .Mối quan hệ giữa những loại phân rã cũng mở màn được xem xét : Ví dụ, phân rã gamma phần đông luôn được phát hiện có tương quan đến những loại phân rã khác, và xảy ra vào cùng thời gian hoặc sau đó. Phân rã gamma là một hiện tượng riêng không liên quan gì đến nhau, với chu kỳ luân hồi bán rã của riêng nó ( ngày này được gọi là quy trình quy đổi đồng phân ), được tìm thấy trong phóng xạ tự nhiên là hiệu quả của sự phân rã gamma của những đồng phân hạt nhân di căn kích thích, lần lượt được tạo ra từ những loại phân rã khác .Mặc dù những bức xạ alpha, beta và gamma được tìm thấy thông dụng nhất, nhưng những loại bức xạ khác sau cuối đã được phát hiện. Ngay sau khi phát hiện ra positron trong những mẫu sản phẩm tia vũ trụ, người ta nhận ra rằng cùng một quy trình hoạt động giải trí trong phân rã beta cổ xưa cũng hoàn toàn có thể tạo ra positron ( phát xạ positron ), cùng với neutrino ( phân rã beta cổ xưa tạo ra phản neutrino ). Trong một quy trình tương tự như thông dụng hơn, được gọi là bắt điện tử, 1 số ít nuclide giàu proton đã được tìm thấy để bắt những điện tử nguyên tử của chính chúng thay vì phát ra positron, và sau đó những nuclide này chỉ phát ra một neutrino và một tia gamma từ hạt nhân bị kích thích ( và thường là cả Auger điện tử và tia X đặc trưng, là hiệu quả của sự sắp xếp lại trật tự của những điện tử để lấp đầy vị trí của điện tử bị bắt còn thiếu ). Những loại phân rã này tương quan đến sự bắt giữ hạt nhân của những electron hoặc sự phát xạ của những electron hoặc positron, và do đó có tính năng chuyển dời một hạt nhân theo tỷ suất giữa neutron và proton có nguồn năng lượng tối thiểu trong tổng số nucleon nhất định. Do đó, điều này tạo ra một hạt nhân không thay đổi hơn ( nguồn năng lượng thấp hơn ) .( Một quy trình triết lý của việc bắt positron, tựa như như việc bắt electron, hoàn toàn có thể trong nguyên tử phản vật chất, nhưng chưa được quan sát, như những nguyên tử phản vật chất phức tạp vượt antihelium không có sẵn dưới dạng thực nghiệm. [ 20 ] Một sự phân rã như vậy sẽ yên cầu những nguyên tử phản vật chất tối thiểu phải phức tạp như beryli-7, đồng vị nhẹ nhất được biết đến của vật chất thông thường phải trải qua quy trình phân rã bằng cách bắt giữ điện tử. )Ngay sau khi phát hiện ra neutron vào năm 1932, Enrico Fermi nhận ra rằng 1 số ít phản ứng phân rã beta hiếm gặp ngay lập tức tạo ra neutron như một hạt phân rã ( phát xạ neutron ). Sự phát xạ proton cô lập sau cuối đã được quan sát thấy ở một số nguyên tố. Người ta cũng nhận thấy rằng một số nguyên tố nặng hoàn toàn có thể trải qua quy trình phân hạch tự phát thành những mẫu sản phẩm có thành phần khác nhau. Trong một hiện tượng gọi là phân rã cụm, những tổng hợp đơn cử của neutron và proton không phải là hạt alpha ( hạt nhân heli ) được phát hiện một cách tự phát từ những nguyên tử .Các loại phân rã phóng xạ khác được phát hiện là phát ra những hạt đã thấy trước đây, nhưng trải qua những chính sách khác nhau. Một ví dụ là quy đổi bên trong, dẫn đến phát xạ điện tử khởi đầu, và sau đó thường đặc trưng hơn nữa là phát xạ tia X và điện tử Auger, mặc dầu quy trình quy đổi nội bộ không tương quan đến phân rã beta hay gamma. Một neutrino không được phát ra, và không có ( những ) electron và ( những ) photon nào được phát ra bắt nguồn từ hạt nhân, mặc dầu nguồn năng lượng để phát ra toàn bộ chúng đều bắt nguồn từ đó. Phân rã quy đổi bên trong, giống như phân rã gamma chuyển tiếp đồng phân và phát xạ neutron, tương quan đến việc giải phóng nguồn năng lượng bởi một nuclide bị kích thích, mà không có sự biến hóa của một nguyên tố này thành nguyên tố khác .Các sự kiện hiếm có tương quan đến sự tích hợp của hai sự kiện loại phân rã beta xảy ra đồng thời đã được biết đến ( xem bên dưới ). Bất kỳ quy trình phân rã nào không vi phạm định luật bảo toàn nguồn năng lượng hoặc động lượng ( và có lẽ rằng cả những định luật bảo toàn hạt khác ) đều được phép xảy ra, mặc dầu không phải tổng thể đều đã được phát hiện. Một ví dụ mê hoặc được đàm đạo trong phần ở đầu cuối, đó là sự phân rã beta ở trạng thái bị ràng buộc của rhenium-187. Trong quy trình này, sự phân rã điện tử beta của nuclide mẹ không đi kèm với sự phát xạ điện tử beta, vì hạt beta đã bị bắt vào vỏ K của nguyên tử phát xạ. Một phản neutrino được phát ra, như trong tổng thể những phân rã beta âm .

Hạt nhân phóng xạ có thể trải qua một số phản ứng khác nhau. Những điều này được tóm tắt trong bảng sau. Một hạt nhân có số khối A và số hiệu nguyên tử Z được biểu diễn là (A, Z). Cột “Hạt nhân con” chỉ ra sự khác biệt giữa hạt nhân mới và hạt nhân ban đầu. Do đó, (A   –   1, Z) có nghĩa là số khối ít hơn trước một, nhưng số hiệu nguyên tử vẫn như cũ.

Nếu thực trạng nguồn năng lượng thuận tiện, một hạt nhân phóng xạ nhất định hoàn toàn có thể trải qua nhiều kiểu phân rã cạnh tranh đối đầu, với 1 số ít nguyên tử phân rã theo một lộ trình, và những nguyên tử khác phân rã theo một lộ trình khác. Một ví dụ là đồng-64, có 29 proton và 35 neutron, phân hủy với chu kỳ luân hồi bán rã khoảng chừng 12,7 giờ. Đồng vị này có một proton chưa ghép cặp và một neutron chưa ghép đôi, do đó, proton hoặc neutron hoàn toàn có thể phân rã thành hạt khác, hạt có isospin trái chiều. Nuclide đơn cử này ( mặc dầu không phải toàn bộ những nuclide trong trường hợp này ) hầu hết có năng lực phân rã trải qua phát xạ positron ( 18 % ), hoặc trải qua bắt giữ điện tử ( 43 % ), cũng như trải qua phát xạ điện tử ( 39 % ). Các trạng thái nguồn năng lượng kích thích sinh ra từ những phân rã này không kết thúc ở trạng thái nguồn năng lượng cơ bản, cũng tạo ra quy đổi bên trong muộn hơn và phân rã gamma trong gần 0,5 % thời hạn .Phổ biến hơn ở những nuclide nặng là sự cạnh tranh đối đầu giữa phân rã alpha và beta. Các nuclide con sau đó thường sẽ phân rã lần lượt qua phân rã beta hoặc alpha, để kết thúc ở cùng một vị trí .

Sự phân rã phóng xạ dẫn đến giảm tổng khối lượng nghỉ, một khi năng lượng giải phóng (năng lượng phân hủy) đã thoát ra ngoài theo một cách nào đó. Mặc dù năng lượng phân rã đôi khi được định nghĩa là liên quan đến sự chênh lệch giữa khối lượng của các sản phẩm nuclide mẹ và khối lượng của các sản phẩm phân rã, điều này chỉ đúng với phép đo khối lượng nghỉ, trong đó một số năng lượng đã được loại bỏ khỏi hệ sản phẩm. Điều này đúng vì năng lượng phân rã phải luôn mang theo khối lượng ở bất cứ nơi nào nó xuất hiện (xem khối lượng trong thuyết tương đối hẹp) theo công thức E   =   mc 2. Năng lượng phân rã ban đầu được giải phóng bằng năng lượng của các photon phát ra cộng với động năng của các hạt phát ra có khối lượng lớn (tức là các hạt có khối lượng nghỉ). Nếu các hạt này đạt đến trạng thái cân bằng nhiệt với môi trường xung quanh và các photon bị hấp thụ, thì năng lượng phân rã được chuyển thành nhiệt năng, vẫn giữ nguyên khối lượng của nó.

Do đó, năng lượng phân rã vẫn gắn liền với một số đo khối lượng nhất định của hệ phân rã, được gọi là khối lượng bất biến, không thay đổi trong quá trình phân rã, mặc dù năng lượng phân rã được phân bố giữa các hạt phân rã. Năng lượng của các photon, động năng của các hạt phát ra và sau này là nhiệt năng của vật chất xung quanh, tất cả đều góp phần tạo nên khối lượng bất biến của hệ. Như vậy, trong khi tổng các khối lượng còn lại của các hạt không được bảo toàn trong phân rã phóng xạ, khối lượng hệ thống và hệ thống bất biến khối lượng (và cũng là hệ thống tổng năng lượng) được bảo toàn trong suốt bất kỳ quá trình phân rã. Đây là sự phát biểu lại các định luật tương đương về bảo toàn năng lượng và bảo toàn khối lượng.

Xem thêm

Tham khảo

Lỗi chú thích: Đã tìm thấy thẻ với tên nhóm “note”, nhưng không tìm thấy thẻ tương ứng tương ứng, hoặc thẻ đóng

Source: https://sangtaotrongtamtay.vn
Category: Khoa học