Vật lý nghiên cứu chuyên sâu

Phóng xạ và các dạng phân rã

Hạt nhân không bền phân rã ngẫu nhiên; định luật mũ mô tả số hạt còn lại, còn từng kiểu phân rã tuân theo quy tắc bảo toàn.

Hạt nhân không bền phân rã ngẫu nhiên; định luật mũ mô tả số hạt còn lại, còn từng kiểu phân rã tuân theo quy tắc bảo toàn.

Mô hình và diễn giải

Mỗi hạt nhân có xác suất phân rã λ mỗi đơn vị thời gian, tạo N(t)=N₀e^(−λt); hoạt độ A là số phân rã mỗi giây, đo bằng becquerel. Alpha phát hạt nhân helium-4, beta trừ đổi neutron thành proton kèm electron và phản neutrino, beta cộng đổi proton thành neutron kèm positron và neutrino; gamma khử kích thích mà không đổi A,Z.

Trắc nghiệm nhanh

Định luật phân rã $N(t)=N_0e^{-\lambda t}$ cho chu kỳ bán rã $T_{1/2}=\ln2/\lambda$; hoạt độ $A=-dN/dt=\lambda N$ giảm cùng hàm mũ. Trong phân rã beta, điện tích và số nucleon được bảo toàn nhờ phát ra electron hoặc positron cùng neutrino hoặc phản neutrino; phân rã alpha phát hạt nhân helium. Các định luật này dự đoán số lượng trung bình trong mẫu lớn, không xác định thời điểm phân rã của một hạt nhân riêng lẻ.

Tốc độ phân rã $\lambda$ là xác suất phân rã trên một đơn vị thời gian; mỗi hạt nhân độc lập có cùng xác suất tức thời trong mẫu cùng trạng thái. Do tính ngẫu nhiên, số đếm trong một khoảng ngắn dao động thống kê quanh giá trị trung bình. Chu kỳ bán rã không phụ thuộc khối lượng mẫu, nhưng hoạt độ ban đầu tăng theo số hạt nhân. Khi có nhiều đồng vị hoặc chuỗi phân rã, cần giải hệ phương trình ghép thay vì một hàm mũ đơn.

Hoạt độ được đo bằng becquerel, tương đương một phân rã mỗi giây, nhưng liều hấp thụ còn phụ thuộc năng lượng và loại bức xạ. Hạt alpha ion hóa mạnh nhưng bị chặn bởi lớp vật chất mỏng; gamma xuyên sâu hơn. Đánh giá an toàn cần phân biệt hoạt độ, liều hấp thụ và liều tương đương thay vì dùng một đại lượng thay cho tất cả.