Phân rã phóng xạ
Loại bức xạ thứ ba, bức xạ gamma , thường đi kèm với phân rã alpha hoặc beta . Tia gamma làphoton và không có khối lượng nghỉ hoặc điện tích . Sự phân rã alpha hoặc beta có thể đơn giản tiến hành trực tiếp đến trạng thái cơ bản (năng lượng thấp nhất) của hạt nhân con mà không phát xạ gamma, nhưng sự phân rã cũng có thể tiến hành toàn bộ hoặc một phần đến trạng thái năng lượng cao hơn (trạng thái kích thích) của hạt nhân con. Trong trường hợp thứ hai, phát xạ gamma có thể xảy ra khi các trạng thái kích thích chuyển đổi thành trạng thái năng lượng thấp hơn của cùng một hạt nhân. (Ngoài sự phát xạ gamma, một hạt nhân bị kích thích có thể chuyển sang trạng thái năng lượng thấp hơn bằng cách phóng ra một điện tử từ đám mây bao quanh hạt nhân. Sự phóng điện tử theo quỹ đạo này được gọi làchuyển đổi bên trong và làm phát sinh một điện tử năng lượng và thường làTia X khi đám mây nguyên tử lấp đầy quỹ đạo trống của electron phóng ra. Tỷ lệ chuyển đổi bên trong so với phát xạ gamma thay thế được gọi là hệ số chuyển đổi bên trong.)
Chuyển đổi đẳng áp
Có rất nhiều tỷ lệ chu kỳ bán rã của quá trình phát xạ gamma. Thường lưỡng cựcquá trình chuyển đổi ( xem phần chuyển tiếp Gamma bên dưới ), trong đó tia gamma mang theo một momentum đơn vị mômen động lượng , nhanh, nhỏ hơn nano giây (một nano giây bằng 10 −9 giây). Định luật bảo toàn momen động lượng yêu cầu tổng momen góc của bức xạ và hạt nhân con bằng momen động lượng (spin) của hạt nhân mẹ. Nếu spin của trạng thái đầu và trạng thái cuối khác nhau nhiều hơn một, thì bức xạ lưỡng cực bị cấm và phát xạ gamma phải tiến hành chậm hơn bởi chuyển tiếp gamma đa cực cao hơn (tứ cực, bát phân, v.v.). Nếu chu kỳ bán rã phát xạ gamma vượt quá một nano giây, hạt nhân bị kích thích được cho là ở trongtrạng thái di căn , hoặc đồng phân, (tên gọi của trạng thái kích thích tồn tại lâu dài), và thông thường người ta phân loại sự phân rã như một dạng phóng xạ khác, sự chuyển đổi đồng phân. Một ví dụ về thuyết đồng phân được tìm thấy trong hạt nhân protactinium-234 của chuỗi phân rã uranium-238:
Chỉ một trong số một số bộ sản phẩm được hiển thị. Một số neutron luôn được phát ra trong quá trình phân hạch của đồng vị này , một đặc điểm cần thiết cho các phản ứng dây chuyền. Không nên nhầm lẫn sự phân hạch tự phát với sự phân hạch cảm ứng, quá trình liên quan đến các lò phản ứng hạt nhân. Fisson cảm ứng là thuộc tính của uranium-235, plutonium-239 và các đồng vị khác trải qua quá trình phân hạch sau khi hấp thụ một neutron chậm . Ngoài yêu cầu bắt nơtron để bắt đầu nó, phân hạch cảm ứng khá giống với phân hạch tự phát liên quan đến tổng năng lượng giải phóng, số lượng nơtron thứ cấp, v.v. ( xem phân hạch hạt nhân ).
Bạn đang xem: Phân rã phóng xạ
Phóng xạ proton
Phóng xạ proton, được phát hiện vào năm 1970, được biểu hiện bằng trạng thái đồng phân kích thích của coban-53, 53 m Co, 1,5% trong số đó phát ra proton:
Đặc biệt quá trình phân rã beta
Ngoài các loại phóng xạ trên, còn có một loại đặc biệt là các quá trình phân rã beta hiếm làm phát sinh phát xạ hạt nặng. Trong các quá trình này, sự phân rã beta một phần đi đến trạng thái kích thích cao của hạt nhân con, và trạng thái này nhanh chóng phát ra một hạt nặng.
Một trong những quá trình như vậy là sự phát xạ neutron bị trễ beta, được minh chứng bằng phản ứng sau:
(Lưu ý: dấu hoa thị biểu thị trạng thái kích thích trung gian tồn tại trong thời gian ngắn của oxy-17 và E max n biểu thị năng lượng tối đa quan sát được đối với các nơtron phát ra.) Có một sản lượng nhỏ các bộ phát nơtron bị trễ sau quá trình phân hạch hạt nhân, và các hoạt động phóng xạ này đặc biệt quan trọng trong việc cung cấp thời gian phản hồi hợp lý để cho phép điều khiển lò phản ứng phân hạch hạt nhân bằng các thanh điều khiển di chuyển cơ học.
Trong số các bộ phát positron trong vùng nguyên tố ánh sáng, một số beta phân rã một phần thành trạng thái kích thích không ổn định đối với sự phát xạ của hạt alpha . Do đó, những loài này biểu hiện bức xạ alpha với chu kỳ bán rã của bức xạ beta. Cả sự phân rã positron từ boron-8 và sự phân rã electron từ lithium-8 đều làbeta-chậm phát xạ alpha, vì trạng thái mặt đất cũng như trạng thái kích thích của berili-8 không ổn định liên quan đến sự phân tách thành hai hạt alpha. Một ví dụ khác, natri-20 ( 2 0 Na) để tạo ra neon-20 liên tiếp ( 2 0 Ne; dấu hoa thị một lần nữa biểu thị trạng thái trung gian tồn tại ngắn hạn) và cuối cùng là oxy-16 được liệt kê dưới đây:
Trong một số trường hợp, sự phân rã positron dẫn đến trạng thái hạt nhân bị kích thích không thể liên kết proton. Trong những trường hợp này,bức xạ proton xuất hiện với chu kỳ bán rã của quá trình chuyển đổi beta. Cần có sự kết hợp giữa năng lượng phân rã positron cao và năng lượng liên kết proton thấp ở trạng thái cơ bản. Trong ví dụ dưới đây, Tellurium-111 ( 1 1 1 Te) tạo ra antimon-111 ( 1 1 1 Sb) và sau đó liên tiếp thiếc-110 ( 1 1 0 Sn):
Phóng xạ ion nặng
Vào năm 1980 A. Sandulescu, DN Poenaru, và W. Greiner đã mô tả các tính toán chỉ ra khả năng xảy ra một kiểu phân rã mới của hạt nhân nặng trung gian giữa phân rã alpha và phân hạch tự phát. Quan sát đầu tiên về sự phóng xạ ion nặng là sự phát xạ 30 MeV, carbon-14 từ radium-223 bởi HJ Rose và GA Jones vào năm 1984. Tỷ lệ giữa sự phân rã carbon-14 và sự phân rã alpha là khoảng 5 × 10 -10 . Các quan sát cũng đã được thực hiện bằng carbon-14 từ radium-222, radium-224 và radium-226, cũng như neon-24 từ thorium-230, protactinium-231 và uranium-232. Hiện tượng phóng xạ ion nặng như vậy, như phân rã alpha và phân hạch tự phát, liên quan đến việc đào hầm cơ học lượng tử qua hàng rào thế năng. Hiệu ứng vỏ đóng một vai trò quan trọng trong hiện tượng này và trong tất cả các trường hợp được quan sát cho đến nay, đối tác nặng của carbon-14 hoặc neon-24 gần với chì ma thuật gấp đôi-208 ( xem bên dưới Mô hình hạt nhân ).
