Xác định hoạt độ phóng xạ trong mẫu đất ở một số huyện của lào và việt nam bằng hệ phổ kế gamma

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
------------------------------

Khổng Nam Khang

XÁC ĐỊNH HOẠT ĐỘ PHÓNG XẠ TRONG MẪU ĐẤT
Ở MỘT SỐ HUYỆN CỦA LÀO VÀ VIỆT NAM
BẰNG HỆ PHỔ KẾ GAMMA

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
------------------------------

Khổng Nam Khang

XÁC ĐỊNH HOẠT ĐỘ PHÓNG XẠ TRONG MẪU ĐẤT
Ở MỘT SỐ HUYỆN CỦA LÀO VÀ VIỆT NAM
BẰNG HỆ PHỔ KẾ GAMMA

Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử
Mã số: 60440106

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS. TS. Bùi Văn Loát

Hà Nội - Năm 2017


LỜI CẢM ƠN
Trƣớc hết, em xin gửi lời cám ơn trân trọng nhất đến PGS.TS Bùi Văn Loát
về sự hƣớng dẫn, giúp đỡ, chỉ bảo tận tình và trực tiếp trong suốt quá trình học tập
và thực hiện luận văn.
Em xin bày tỏ lịng biết ơn các thầy cơ Bộ môn Vật lý hạt nhân, Khoa Vật lý
đã dạy dỗ em trong cả khóa học cũng nhƣ hồn thành bản luận văn này.
Em xin chân thành cảm ơn lãnh đạo, chỉ huy Viện Y học phóng xạ và U
bƣớu quân đội, chủ nhiệm và anh em trong Khoa Kiểm định Phóng xạ đã tạo điều
kiện, giúp đỡ em trong thời gian học và làm luận văn.
Ngoài ra em xin gửi lời cảm ơn tới anh Somsavath Leukangtum đã nhiệt tình
giúp đỡ và hỗ trợ em trong suốt quá trình thực nghiệm.
Cuối cùng, xin đƣợc giành sự biết ơn, lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè, những
ngƣời ln quan tâm, động viên, khuyến khích và dành mọi điều kiện để em hoàn
thành luận văn này.

Hà Nội, ngày 29 tháng 11 năm 2017
Học viên

Khổng Nam Khang


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN HIỆN TƢỢNG PHÓNG XẠ VÀ TÍNH CHẤT
PHĨNG XẠ CỦA VỎ TRÁI ĐẤT ..........................................................................3
1.1. Hiện tƣợng phóng xạ..........................................................................................3
1.1.1. Các dạng phân rã phóng xạ ..............................................................................3

1.1.2. Chuỗi phân rã phóng xạ và hiện tượng cân bằng phóng xạ ...........................10
1.2. Tính chất phóng xạ trong vỏ trái đất .............................................................12
1.2.1. Đồng vị phóng xạ của 40K ...............................................................................13
1.2.2. Chuỗi phân rã của đồng vị 238U. .....................................................................14
1.2.3. Chuỗi phân rã phóng xạ của đồng vị 235U ......................................................16
1.2.4. Chuỗi phân rã phóng xạ của đồng vị 232Th.....................................................17
1.3. Tƣơng tác của bức xạ gamma với vật chất ....................................................18
1.3.1. Hiện tượng hấp thụ quang điện ......................................................................19
1.3.2. Tán xạ ..............................................................................................................20
1.3.3. Hiệu ướng tạo cặp ...........................................................................................23
1.4. Đánh giá mức độ nguy hiểm của phóng xạ tự nhiên trong mẫu đất ...........24
1.4.1 Hoạt độ Radium tương đương .........................................................................24
1.4.2. Liều chiếu và suất liều chiếu ...........................................................................24
1.4.3. Liều hấp thụ và suất liều hấp thụ ....................................................................25
1.4.4. Chỉ số nguy hiểm bức xạ bên ngoài ................................................................26
CHƢƠNG 2. THIẾT BỊ VÀ PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM .................. 27
2.1. Xác định hoạt độ phóng xạ theo phƣơng pháp phổ gamma ........................27
2.1.1. Cơ sở lý thuyết của phương pháp ...................................................................27


2.1.2. Phân tích phổ gamma .....................................................................................28
2.1.3. Đường cong hiệu suất ghi ...............................................................................30
2.1.4. Chuẩn năng lượng ...........................................................................................31
2.1.5. Độ phân giải năng lượng ................................................................................32
2.1.6. Giới hạn phát hiện hoạt độ .............................................................................34
2.2. Giới thiệu về hệ phổ kế gamma HPGe CANBERRA ...................................34
2.2.1 Detector của hệ phổ kế gamma HPGe .............................................................35
2.2.2. Các thông số của hệ phổ kế gamma HPGe.....................................................37
2.2.3. Phần mềm Genie 2000 ....................................................................................38
2.2.4 Quy trình vận hành ..........................................................................................38

2.3. Lấy mẫu, xử lý mẫu và chuẩn bị mẫu đo .......................................................39
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .........................................................42
3.1. Đánh giá độ ổn định của hệ phổ kế gamma ...................................................42
3.1.1. Độ phân giải và tỷ số xung tại kênh cực đại của đỉnh trên nền Compton ......42
3.1.2. Xây dựng đường chuẩn năng lượng ................................................................43
3.2. Xây dựng đƣờng cong hiệu suất ghi, xác định ngƣỡng phát hiện và phân
tích đối chứng ..........................................................................................................46
3.2.1. Xây dựng đường cong hiệu suất ghi................................................................46
3.2.2. Xác định ngưỡng phát hiện (MDA) trên hệ phổ kế HPGe ..............................48
3.2.3. Phân tích thử nghiệm trên mẫu chuẩn ............................................................49
3.3. Phân tích các mẫu đất ở một số huyện của Lào và Việt Nam......................53
KẾT LUẬN ..............................................................................................................62
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................64
PHỤ LỤC .................................................................................................................66


DANH MỤC BẢNG BIỂU

THỨ TỰ
Bảng 1.1

Bảng 1.2

NỘI DUNG
Hệ số phân nhánh của một số đồng vị phóng xạ gamma
trong đất
Chu kỳ bán rã và hàm lƣợng các đồng vị phóng xạ trong
đất

TRANG

9

13

Bảng 1.3

Một số đặc trƣng của 3 dãy phóng xạ tự nhiên

13

Bảng 1.4

Loại phân rã và chu kỳ bán hủy của dãy 238U

15

Bảng 1.5

Loại phân rã và chu kỳ bán hủy của dãy 235U

17

Bảng 2.1

Vị trí lấy mẫu ở Lào và Việt Nam

40

Bảng 3.1

Bảng 3.2

Bảng 3.3

Bảng 3.4

Bảng 3.5

Khảo sát FWHM và P/C vào cao thế của hệ phổ kế
HPGE
Vị trí cực đại của các đỉnh 661,67 keV(137Cs), 1173keV
và 1332 keV của 60Co tại thời điêm đo khác nhau
Một số thông số của mẫu chuẩn đƣợc sử dụng xây dựng
đƣờng cong hiệu suất ghi
Giá trị hiệu suất ghi của các nguồn RGU-1; RGTh-1 và
RGK-1
Ngƣỡng phát hiện một số đỉnh năng lƣợng của hệ phổ
kế HPGe

43

44

46

47

49

Bảng 3.6

Bảng 3.7
Bảng 3.8
Bảng 3.9

Kết quả xác định hoạt độ phóng xạ riêng của các đồng
vị phóng xạ trong mẫu chuẩn IAEA 375
So sánh hoạt độ phóng xạ riêng của mẫu chuẩn TN1 và
IAEA 375
Hoạt độ phóng xạ riêng 26 mẫu của 226Ra, 232Th và 40K
Hoạt độ phóng xạ riêng của 226Ra, 232Th và 40K trong 10
mẫu đất đƣợc lấy tại khu vực xung quang mỏ vàng

50

53
54
56

Hoạt độ phóng xạ riêng của 226Ra, 232Th và 40K trong 12
Bảng 3.10

mẫu đất đƣợc lấy tại 2 huyện Nakai và Nhommalath

58

thuộc tỉnh Khammoune
Giá trị Radi tƣơng đƣơng, suất liều hấp thụ, liều hiệu
Bảng 3.11

dụng hàng năm và hệ số nguy hiểm chiếu ngoài của 26
mẫu đất đƣợc lấy ở Lào và Việt Nam

60


DANH MỤC HÌNH VẼ

THỨ TỰ

NỘI DUNG

TRANG

Hình 1.1

Phân rã alpha đối với 238U

4

Hình 1.2

Phổ năng lƣợng phân rã β- của 214Bi

6

Hình 1.3

Quy trình phát tia X đặc trƣng và electron Auger

7

Hình 1.4

Phân rã phóng xạ 40K

14

Hình 1.5

Chuỗi phân rã của đồng vị 238U

14

Hình 1.6

Chuỗi phân rã của đồng vị 235U

16

Hình 1.7

Chuỗi phân rã phúng xạ 232Th

18

Hình 1.8

Sơ đồ hấp thụ quang điện và các quá trình kèm theo

20

Hình 1.9a,b
Hình 1.10

Tán xạ Compton với electron tự do và electron liên kết
yếu
Hiện tƣợng tạo cặp trong trƣờng Coulomb hạt nhân

21
23

Phổ gamma của một mẫu đất đƣợc đo trong 10 giờ
Hình 2.1

trên hệ phổ kế HPGe tại Viện Y học phóng xạ và U

29

bƣớu quân đội
Hình 2.2

Các phƣơng pháp xác định FWHM

33

Hình 2.3

Sơ đồ khối của hệ phổ kế HPGe-Canberra

34

Hình 2.4

Hệ phổ kế gamma HPGe-Canberra

35


Hình 2.5
Hình 2.6
Hình 3.1
Hình 3.2a,b

Hình 3.3
Hình 3.4
Hình 3.5a,b
Hình3.6a,b

Hình 3.7

Hình 3.8

Sơ đồ cấu tạo của bộ làm lạnh
Hỉnh ảnh mẫu chuẩn và một số mẫu đất đá đƣợc lấy tại
một số huyện của Lào sau khi nhốt và đo phổ gamma
Đƣờng chuẩn năng lƣợng của hệ phổ kế HPGe
Phổ 137Cs và 60Co qua lần đo 1 và 4 trên hệ phổ kế
HPGe

Dạng phổ của mẫu chuẩn IAEA RGU-1 đo trong 24
giờ trên hệ phổ kế HPGe

36
41
44
45

46

Đƣờng cong hiệu suất ghi của hệ phổ kế HPGe

48

Phổ của mẫu IAEA 375 và TN1 đƣợc đo trong 24 giờ

51

Hoạt độ phóng xạ riêng của 232Th, 238U và con chỏu
của chỳng trong mẫu TN1
Đồ thị hoạt độ phóng xạ riêng 26 mẫu của 226Ra, 232Th,
40

K

Hoạt độ phóng xạ riêng của 226Ra, 232Th, 40K trong 10
mẫu đất đƣợc lấy tại khu vực xung quanh mỏ vàng

52

55

57

Biểu đồ hoạt độ phóng xạ riêng của 226Ra, 232Th và 40K
Hình 3.9

trong 12 mẫu đất đƣợc lấy tại 2 huyện Nakai và
Nhommalath thuộc tỉnh Khammoune

59


LUẬN VĂN THẠC SỸ

Khổng Nam Khang

MỞ ĐẦU
Phông bức xạ tự nhiên tồn tại ở mọi nơi và mọi chất trong tự nhiên đều
chứa một lƣợng chất chất phóng xạ nào đó. Các đồng vị phóng xạ tự nhiên có trong
các đối tƣợng mơi trƣờng sống, là các đồng vị phóng xạ ngun thủy, có ngay từ
khi Trái đất đƣợc hình thành và các đồng vị phóng xạ sinh ra do tƣơng tác của các
tia vũ trụ với bầu khí quyển. Ngồi ra, các đối tƣợng mơi trƣờng sống cịn chứa một
lƣợng nhỏ các đồng vị phóng xạ nhân tạo. Các đồng vị nhân tạo đƣợc sinh ra do
hoạt động của con ngƣời, đó là các sản phẩm từ các vụ nổ hạt nhân và tai nạn nhà
máy điện hạt nhân. Mặc dù những nơi khác nhau trên trái đất thì lƣợng phóng xạ sẽ
khác nhau nhƣng nó ảnh hƣởng rất lớn đến môi trƣờng xung quanh, đến nguồn
nƣớc ngầm, đến hệ sinh thái trên cạn – dƣới nƣớc và quan trọng nhất là ảnh hƣởng
đến sức khỏe con ngƣời. Sau hai tai nạn lớn (Chernobyl và Fukushima) và rất nhiều
các phát triển hạt nhân ứng dụng trong đời sống ( nhà máy điện, y tế, cơng

nghiệp.v.v..) thì vấn đề an tồn phóng xạ đƣợc quan tâm hàng đầu trên thới giới.
Theo UNSCEAR 2000, khoảng 85% liều chiếu mà con ngƣời nhận đƣợc có nguồn
gốc từ các hạt nhân phóng xạ tự nhiên. Vì vậy cần thiết phải đánh giá hoạt độ phóng
xạ riêng của các đồng vị phóng xạ tự nhiên có trong các mẫu mơi trƣờng, từ đó
đánh giá ảnh hƣởng của chúng tới sức khỏe con ngƣời. Khi đánh giá ảnh hƣởng của
phơng phóng xạ mơi trƣờng tới con ngƣời các thơng số an tồn nhƣ hoạt độ Ra đi
tương đương, chỉ số nguy hiểm bức xạ chiếu ngoài, suất liều hấp thụ và liều hiệu
dụng hàng năm đƣợc quan tâm.
Liều chiếu ngồi hay phơng phóng xạ mơi trƣờng chủ yếu do bức xạ
gamma phát ra từ các đồng vị phóng xạ tự nhiên có trong đất đá gây ra. Tính chất
phóng xạ của đất đá gây ra bởi các đồng vị phóng xạ tự nhiên 40K và các đồng vị
phóng xạ có trong 3 dãy phóng xạ 232Th, 235U và 238U. Có 2 phƣơng pháp đánh giá
tính phóng xạ mơi trƣờng và các thơng số an tồn:
Cách thứ nhất tiến hành đo trực tiếp liều chiếu ngoài hiện trƣờng, hoặc
dùng máy đo phổ gamma nhấp nháp xác định hoạt độ phóng xạ riêng của các đồng
vị phóng xạ uran, thori và kali từ đó tính đƣợc liều chiếu và liều hấp thụ tại điểm
khảo sát.
Cách thứ 2 lấy mẫu đất đá về phịng phân tích xác định hoạt độ phóng xạ
riêng của 40K, 226Ra và 232Th. Hoạt độ phóng xạ riêng của 40K, 226Ra và 232Th có thể

1


LUẬN VĂN THẠC SỸ

Khổng Nam Khang

đƣợc đo trên phổ kế gamma bán dẫn HPGe, hoặc trên hệ phổ kế gamma nhấp nháy.
Việc phân tích trong phịng thí nghiệm sẽ thu đƣợc hoạt độ phóng xạ của 40K,
238

U(226Ra) và 232Th có kết quả chính xác hơn. Đây cũng là hƣớng thực hiện của
Luận văn này. Xác định hoạt độ phóng xạ riêng của các đồng vị phóng xạ 40K,
238

U(226Ra) và 232Th trong mẫu đất nói riêng, trong các mẫu mơi trƣờng nói chung là
bài tốn xác định các mẫu có độ phóng xạ nhỏ. Khi đo mẫu có hoạt độ nhỏ, thời
gian đo mẫu phải lớn, thiết bị phải ổn định. Hệ phổ kế gamma bán dẫn HPGe tại
Viện Y học Phóng xạ và U bƣớu Quân đội, nơi tác giả công tác, đƣợc đƣa vào vận
hành năm 2006. Trƣớc khi tiến hành phân tích mẫu cần phải đánh giá lại đầy đủ các
thông số của hệ nhƣ độ phân giải năng lƣợng, hiệu suất ghi và nhất là độ ổn định
của thiết bị. Ngồi mục tiêu đánh giá tính phóng xạ của đất đá tại một số huyện của
Lào và Việt Nam, việc đánh giá lại đầy đủ các thông số của hệ phổ kế trên là một
trong lý do chọn đề tài nghiên cứu của học viên.
Bản Luận văn “ Xác định hoạt độ phóng xạ trong mẫu đất ở một số huyện
của Lào và Việt Nam bằng hệ phổ kế gamma” có mục tiêu sau:
- Xác định các thông số của hệ phổ kế gamma bán dẫn HPGe tại Viện Y
học Phóng xạ và U bƣớu Quân đội và phân tích đối chứng một số mẫu đất đã.
- Xác định hoạt độ phóng xạ riêng của 40K, 238U(226Ra), 232Th và đánh giá sơ
bộ tính chất phóng xạ của đất đá tại một số huyện của Lào và Việt Nam.
Bản Luận văn dài 70 trang, ngoài phần mở đầu, kết luận và phụ lục đƣợc
chia thành ba chƣơng:
Chƣơng 1. Tổng quan về hiện tƣợng phóng xạ và tính chất phóng xạ của vỏ
Trái đất.
Chƣơng 2. Thiết bị và phƣơng pháp thực nghiệm
Chƣơng 3. Kết quả và thảo luận.

2

LUẬN VĂN THẠC SỸ

Khổng Nam Khang

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN HIỆN TƢỢNG PHĨNG XẠ
VÀ TÍNH CHẤT PHĨNG XẠ CỦA VỎ TRÁI ĐẤT
1.1. Hiện tƣợng phóng xạ
Hiện tƣợng một hạt nhân khơng bền vững tự phân rã, phát ra các tia phóng
xạ và biến đổi thành hạt nhân khác đƣợc gọi là hiện tƣợng phóng xạ.
Năm 1896, nhà vật lý ngƣời Pháp Henri Becquerel và sau đó là ơng bà
Pierrre Curie và Marie Curie phát hiện ra các hợp chất của uranium có khả năng tự
phát ra những tia khơng nhìn thấy đƣợc. Chúng đƣợc gọi là các tia phóng xạ (alpha,
beta, gamma). Tính chất cơ bản của các tia này là đều có thể kích thích một số phản
ứng hóa học, phá hủy tế bào, ion hóa chất khí, xun thấu qua vật chất [2,6].
1.1.1. Các dạng phân rã phóng xạ
1.1.1.1. Phân rã Alpha
Các hạt α lần đầu tiên đƣợc phát hiện bởi Ernest Rutherford năm 1899
trong khi thực hiện các thí nghiệm với Uranium. Năm 1909, Rutherford chỉ ra các
hạt α là hạt nhân của nguyên tử 4He. Do điện tích và khối lƣợng lớn nên hạt α khơng
đi xa trong môi trƣờng [2,6].
Phân rã alpha của hạt nhân 𝐴𝑍 𝑋 khơng bền là q trình tự biến đổi thành hạt
nhân có số khối giảm đi 4 đơn vị, điện tích giảm đi 2 đơn vị bằng cách phát bức xạ
alpha. Phƣơng trình tổng qt của phân rã alpha có dạng nhƣ sau [3,6]:
𝐴
𝑍𝑋

→

𝐴−4
𝑍−2𝑌

+𝛼

(1.1) trong đó 𝐴𝑍 𝑋, 𝐴−4
𝑍−2 𝑌, 𝛼 lần lƣợt là hạt nhân mẹ, hạt nhân con và hạt alpha.
Các hạt nhân nặng có số khối lớn hơn 200 đều là hạt nhấn không bền đối
với phân rã alpha. Ví dụ các đồng vị của uran tự nhiên là

234

U,

235

U,238U và các

đồng vị uran đƣợc tạo thành trong các q trình chiếu xạ neutron trong lị phản ứng
là 232U, 236U đều là các hạt nhân phân rã hạt alpha.

3


LUẬN VĂN THẠC SỸ

Khổng Nam Khang

Hình 1.1. Phân rã alpha đối với 238U[13,14,16]
Cũng nhƣ phản ứng hạt nhân, phân rã alpha tuân theo các định luật bảo toàn
số nucleon, bảo tồn điện tích, bảo tồn động lƣợng, bảo tồn moment động lƣợng
toàn phần.

Do khối lƣợng hạt nhân là gián đoạn, nên năng lƣợng phân rã alpha là đại
lƣợng gián đoạn. Mỗi hạt nhân phân rã alpha phát ra một số vạch alpha có năng
lƣợng hồn tồn xác định đặc trƣng cho đồng vị phóng xạ đó. Ví dụ 226Ra khi phân
rã thành

222

Rn ở trạng thái cơ bản, phát ra nhóm alpha có năng lƣợng 4,777 MeV.

Ngƣợc lại khi 222Rn tạo thành ở trạng thái kích thích, nhóm hạt alpha có năng lƣợng
4,591 MeV đƣợc phát ra.
Trong đa số trƣờng hợp, đặc biệt với các hạt nhân có Z nhỏ, phân rã alpha
thƣờng là các chuyển dời trực tiếp về trạng thái cơ bản của hạt nhân con tƣơng ứng.
Tuy nhiên, các hạt nhân phân rã alpha là các nhân có số Z lớn thì phân rã alpha
thƣờng chuyển về trạng thái kích thích của hạt nhân con.
Sau phân rã alpha, hạt nhân con tạo thành ở trạng thái kích thích, khi đó hạt
nhân con sẽ khử kích thích bằng cách phát ra bức xạ gamma để trở về trạng thái cơ
bản. Nhƣ 235U phân rã gamma về hạt nhân 231Th phát ra các bức xạ gamma có năng
lƣợng 143,76 keV, 163,33 keV, 185,71 keV, 205,31 keV, còn

226

Ra khi phân rã

alpha tạo thành 222Rn phát ra bức xạ gamma năng lƣợng 186,21 keV.

4


LUẬN VĂN THẠC SỸ

Khổng Nam Khang

Điều kiện để phân rã alpha đối với hạt nhân không bền là khối lƣợng của nó
phải lớn hơn tổng khối lƣợng của hạt alpha và khối lƣợng của hạt nhân con có số
khối nhỏ hơn 4 đơn vị, điện tích nhỏ hơn 2 đơn vị. Hay năng lƣợng liên kết của hạt
nhân đó phải nhỏ hơn tổng năng lƣợng liên kết của hạt alpha và hạt nhân con [6].
M(A,Z) > [M(A-4,Z-2)+mα]
E(A,Z) < E(A-4,Z-2) +E(4,2)

(1.2)
(1.3)

trong đó M(A,Z), E(A,Z) là khối lƣợng, năng lƣợng liên kết của hạt nhân mẹ, còn
M(A-4,Z-2), mα, E(A-4,Z-2), E(4,2) là khối lƣợng, năng lƣợng liên kết của hạt
nhân con và hạt alpha.
1.1.1.2. Phân rã beta
Là hiện tƣợng biến đổi tự nhiên một hạt nhân này thành hạt nhân khác
với cùng khối lƣợng nhƣng điện tích thay đơi một đơn vị kèm theo phát ra một
electron, một positron hay chiếm một electron của lớp vỏ nguyên tử. Nhƣ vậy có 3
loại phân rã beta là phân rã β-, phân rã β+ và chiếm electron quỹ đạo [2,6]. Phân rã
beta có các tính chất sau :
+) Lực tƣơng tác là lực tƣơng tác yếu.
+) Quá trình phân rã beta là quá trình biến đổi bên trong nucleon
(phân rã alpha là quá trình biến đổi bên trong hạt nhân).
+) Các hạt nhân phân rã beta có số khối biến đổi trong dải rất rộng.
+) Phổ beta là phổ liên tục.
+) Hiện tƣợng chiếm electron luôn cạnh tranh với phân rã β+
+) Phân rã beta thƣờng kèm theo việc phát bức xạ gamma.
+) Hiện tƣợng chiếm electron quỹ đạo đi kèm theo phát bức xạ tia X

đặc trƣng của hạt nhân con.
+) Bức xạ gamma 511 keV luôn đi kèm với phân ra β+.

5


LUẬN VĂN THẠC SỸ

Khổng Nam Khang

Phân rã βNhững hạt nhân thừa neutron (tỷ số N/Z lớn hơn nhiều so với tỷ số
N/Z của hạt nhân đồng khối bền) sẽ sảy ra phân rã β-. Khi đó 1 neutron bên trong
hạt nhân tự biến đổi thành 1 proton bằng cách phát ra bức xạ β- và phản neutrino
(ν) theo công thức (1.4) :
𝐴
𝑍𝑋

→

𝐴
𝑍+1 𝑋

+ 𝛽− + ν

(1.4) trong đó ν là hạt trung hịa về điện tích và có khối lƣợng khơng đáng kể, β- là
electron có điện tích –e và năng lƣợng nghỉ E0= 0,511 MeV.
Năng lƣợng giải phóng trong phân rã phân bố cho các hạt sẽ tỉ lệ nghịch với
khối lƣợng của chúng để thỏa mãn định luật bảo tồn xung lƣợng. Vì hạt nhân mẹ
có khối lƣợng rất lơn nên năng lƣợng giải phóng từ phân rã chủ yếu phân bố cho hạt
beta và phản neutrino. Phổ năng lƣợng của hạt beta là một phổ liên tục (hình 1.2 mơ

tả phổ beta của 210Bi có năng lƣợng tử 0 đến 1.16 MeV).

Hình 1.2. Phổ năng lƣợng phân rã β- của 210Bi [14,16].
Để hạt nhân phân rã β- thì khối lƣợng ngun tử của nó phải lớn khối lƣợng
nguyên tử hạt nhân con [6].
Mnt(A,Z)> Mnt(A,Z+1)

6

(1.5)


LUẬN VĂN THẠC SỸ

Khổng Nam Khang

Phân rã β+
β+ là hạt positron có khối lƣợng bằng khối lƣợng electron nhƣng điện
tích trái dấu. Phân rã β+ sảy ra khi tỷ số N/Z << N/Z của hạt nhân đồng khối bền.
Hay nói cách khác thì hạt nhân thừ neutron sẽ phân rã β- còn hạt nhân thiếu neutron
sẽ phân rã β+. Quá trình sảy ra phân rã β+ đƣợc mơ tả theo công thức (1.6)
𝐴
𝑍𝑋

→

𝐴
𝑍−1𝑋

+ 𝛽+ + 𝜈

(1.6)

Điều kiện để phân rã β+ là khối lƣợng nguyên tử của nó phải lớn hơn tổng
khối lƣợng nguyên tử của hạt nhân con và 2 lần khối lƣợng nghỉ của electron [6].
Mnt(A,Z)> Mnt(A,Z+1) + 2me

(1.7)

Hiện tượng chiếm electron quỹ đạo
Một nguyên tử thiếu neutron muốn chuyển về trạng thái bền bằng
cách phát hạt positron thì khối lƣợng của nó phải lớn hơn khối lƣợng của hạt nhân
con ít nhất là 2 lần khối lƣợng electron. Nếu điều kiện này khơng thỏa mãn thì q
trình chiếm electron quy đạo sẽ sảy ra ( đƣợc mô tả theo công thức 1.8 )
𝐴
𝑍𝑋

+ 𝑒→

𝐴
𝑍−1𝑌

+𝜈

(1.8)

Giả sử hiện tƣợng chiếm electron xảy ra ở quỹ đạo K, trên quỹ đạo K của
nguyên tử chứa hạt nhân con có một lỗ trống. Khi đó các electron ở các quỹ đạo bên
ngoài sẽ nhảy vào lấp lỗ trống bằng cách phát ra tia X đặc trƣng hoặc phát ra
electron Auger.

Hình 1.3. Quá trình phát tia X đặc trƣng và electron Auger [14].

7


LUẬN VĂN THẠC SỸ

Khổng Nam Khang

Để hạt nhân 𝑋𝐴𝑋 không bền đối với hiện tƣợng chiếm electron quỹ đạo thì
tổng khối lƣợng nguyên tử của nó phải lớn hơn khối lƣợng nguyên tử của hạt nhân
con tạo thành [6].
Mnt(A,Z)> Mnt(A,Z-1)

(1.9)

1.1.1.3. Phân ra gamma
Kiểu phân rã này khác với các phân rã đã kể trên. Phân rã gamma
không làm hạt nhân thay đổi cả về số khối A lẫn số nguyên tử Z, nó thƣờng đƣợc đi
kèm các q trình phân rã alpha hoặc beta [2,3,6].
Khi hạt nhân từ mức năng lƣợng cao nhảy về mức năng lƣợng thấp hơn
hoặc về trạng thái bền sẽ giải phóng năng lƣợng cịn dƣ dƣới dạng bức xạ gamma
(bức xạ điện từ). Hiện tƣợng nhƣ trên đƣợc gọi là phân rã gamma hay dịch chuyển
gamma. Dịch chuyển gamma cũng tuân theo định luật bảo toàn năng lƣợng và động
năng.
Năng lƣợng của bức xạ gamma bằng hiệu của mức năng lƣợng đầu trừ mức
năng lƣợng cuối của mỗi bƣớc dịch chuyển gamma. Nhƣ vậy phổ gamma là phổ
gián đoạn và đặc trƣng cho đồng vị phóng xạ.
Hiện tƣợng bức xạ gamma khơng hẳn là cách duy nhất để hạt nhân chuyển

từ trạng thái kích thích cao về trạng thái kích thích có năng lƣợng thấp hơn hoặc về
trạng thái cơ bản. Có hai q trình cùng cạnh tranh đó là biến hóa nội và tạo cặp.
Có thể xem q trình tạo cặp là hiện tƣợng phân rã gamma đặc biệt. Phân rã
gamma theo kiểu tạo cặp chỉ xảy ra nếu hiệu năng lƣợng giữa hai trạng thái lớn hơn
1022 keV. Khi đó năng lƣợng này dùng để tạo ra cặp electron-positron ( kết quả của
quá trình này sẽ hủy cặp với năng lƣợng 511 keV đƣợc ghi nhận trên các phổ
gamma).
Ngƣợc lại với kiểu phân rã tạo cặp, hiện tƣợng biến hóa nội. Trong q
trình biến hóa nội, để nhảy xuống mức năng lƣợng thấp hơn, nucleon truyền năng
lƣợng còn dƣ trực tiếp cho một electron quỹ đạo trong cùng nguyên tử, kết quả

8


LUẬN VĂN THẠC SỸ

Khổng Nam Khang

electron bay ra khỏi nguyên tử. Năng lƣợng cịn dƣ chính là hiệu năng lƣợng giữa 2
mức dịch chuyển cũng đồng thời là năng lƣợng bức xạ gamma phát ra giữa 2 mức.
Về mặt hình thức có thể xem hiện tƣợng biến hóa nội diễn ra 2 quá trình. Quá trình
1 là quá trình hạt nhân phát bức xạ gamma đặc trƣng và quá trình 2 là quá trình 1
electron quỹ đạo hấp thụ bức xạ gamma này và bật ra khỏi nguyên tử. Điều kiện để
xảy ra biến hóa nội trên lớp n nào đó là hiệu năng lƣợng giữa 2 mức dịch chuyển
lớn hơn năng lƣợng liên kết của electron trên lớp n. Để đặc trƣng cho xác suất xảy
ra hiện tƣợng cạnh tranh trên sử dụng 2 khái niệm là cƣờng độ bức xạ gamma và hệ
số biến hóa nội. Cƣờng độ bức xạ gamma hay hệ số phân nhánh, ký hiệu là Iγ, là xác
suất phát ra bức xạ gamma đặc trƣng có năng lƣợng Eγ trong mỗi phân rã của hạt
nhân mẹ và đƣợc xác định theo công thức [6].

𝐼𝛾 =

𝑆ố 𝑡𝑖𝑎 𝑏ứ𝑐 𝑥ạ 𝑔𝑎𝑚𝑚𝑎 𝑐ó 𝑛ă𝑛𝑔 𝑙ượ𝑛𝑔 𝐸𝛾 đượ𝑐 𝑝ℎá𝑡 𝑟𝑎
𝑆ố 𝑝ℎâ𝑛 𝑟ã 𝑐ủ𝑎 ℎạ𝑡 𝑛ℎâ𝑛 𝑚 ẹ

=

𝑁𝛾
𝑁𝑝𝑟

(1.10)

Bảng 1.1. Hệ số phân nhánh của một số đồng vị phóng xạ gamma trong đất [6,13]
Iγ(%)

Đồng vị

Năng lƣợng γ (KeV)

226

Ra

186,21

3,56 ± 0,05

212

Pb

238,63

43,60 ± 0,03

214

Pb

242,00

7,25 ± 0,02

214

Pb

295,22

18,28 ± 0,01

228

Ac

338,32

11,27 ± 0,19

214

Bi

609,31

45,49 ± 0,19

208

Tl

860,53

12,40 ± 0,10

228

Ac

911,20

25,80 ± 0,40

214

Bi

1120,29

14,91 ± 0,03

214

Bi

1238,11

5,83 ± 0,14

K

1460,8

10,66 ± 0,13

Be

477,60

10,44 ± 0,04

40
7

9


LUẬN VĂN THẠC SỸ

Khổng Nam Khang

Hệ số biến hóa nội, ký hiệu là α, là tỷ số giữa xác suất dịch chuyển phát ra
điện tử biến hóa nội và xác suất phát ra bức xạ gamma [3,6].
𝛼=

𝑆ố 𝑒𝑙𝑒𝑐𝑡𝑟𝑜𝑛 𝑏𝑖ế𝑛 đổ𝑖 𝑛ộ𝑖 𝑝ℎá𝑡 𝑟𝑎
𝑆𝑜 𝑔𝑎𝑚𝑚𝑎 𝑝ℎá𝑡 𝑟𝑎

=

𝑁𝑒

(1.11)

𝑁𝛾

Có thể chia tỉ số này thành các tỉ số riêng ứng với electron đƣợc phát ra từ
lớp vỏ K, L, M... tƣơng ứng. Giá trị này phụ thuộc vào đa cực, năng lƣợng chuyển
dời và nguyên tử số.
1.1.2. Chuỗi phân rã phóng xạ và hiện tƣợng cân bằng phóng xạ
1.1.2.1 Chuỗi phân rã phóng xạ
Chuỗi phân rã phóng xạ chính là hiện tƣợng phân rã liên tiếp: hạt
nhân A không bền sẽ 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 nhƣ vậy quá trình
phân rã phóng xạ tiếp diễn đến khi tạo thành hạt nhân bền. Trong phản ứng hạt
nhân, hạt nhân con tạo thành thƣờng là hạt nhân phóng xạ liên tiếp.
Đối với chuỗi hai hạt nhân phân rã phóng xạ liên tiếp, mối liên hệ giữa hạt
nhân con thứ 2 đối với hạt nhân ban đầu theo công thức:
𝑁2 =

𝑁10 λ 1
λ 2 −λ 1

(𝑒 −λ 1 𝑡 − 𝑒 −λ 2 𝑡 )

(1.12)

trong đó λ1, λ2 là hằng số phân rã của hạt nhân mẹ và hạt nhân con; N10 là số hạt
nhân mẹ ban đầu. Với hằng số phân rã của 1 hạt nhân bất kỳ có cơng thức: λ=
ln(2)/T (T là thời gian để 1 hạt nhân phân rã còn một nửa so với ban đầu)[1,6].
Sự biến thiên số hạt nhân con N2 do 2 quá trình. Quá trình 1: do hạt nhân
mẹ phân rã về hai hạt nhân con làm tăng số hạt nhân con theo thời gian, đƣợc đặc
trƣng bởi thừa số 𝑒 −λ 1 𝑡 . Quá trình 2: là quá trình phân rã của hạt nhân con làm

số hạt nhân con N2 giảm theo thời gian đƣợc đặc trƣng bởi thừa số 𝑒 −λ 2 𝑡 .
Với chuỗi gồm 3 hạt nhân phân rã liên tiếp, công thức (1.13) mô tả mối liên
hệ giữa hạt nhân ban đầu với hạt nhân thứ 3 [6]:
𝑁3 𝑡 = 𝜆1 𝜆2 𝑁10

𝑒−λ1 𝑡
(𝜆 3 −𝜆 1 )(𝜆 2 −𝜆 1 )

+

𝑒−λ2 𝑡
(𝜆 1 −𝜆 2 )(𝜆 3 −𝜆 2 )

10

+

𝑒−λ3 𝑡
(𝜆 1 −𝜆 3 )(𝜆 2 −𝜆 3 )

(1.13)


LUẬN VĂN THẠC SỸ

Khổng Nam Khang

Nhƣ vậy khi biết hằng số phân rã của các hạt nhân trong chuỗi nhiều phân
rã liên tiếp và số hạt nhân ban đầu ta hồn tồn có thể tính đƣợc số hạt nhân của bất
kỳ hạt nhân con cháu trong chuỗi tại một thời điểm xác định.
Đối với các hạt nhân của các nguyên tố ở cuối bảng hệ thống tuần hoàn nhƣ
Uran và Thori có điện tích Z=92 và 90 lớn hơn nhiều so với Z=82 khi đó sẽ phân rã
 và - liên tiếp để trở về các hạt nhân bền. Ví dụ: hạt nhân 235U trải qua 7 lần phân
rã  và 4 lần phân rã - liên tiếp để trở về đồng vị 207Pb bền.
1.1.2.2. Hiện tượng cân bằng phóng xạ
Trong trƣờng hợp chu kỳ bán rã của hạt nhân mẹ lớn hơn chu kỳ bán
rã của các hạt nhân con cháu trong dãy sẽ có 2 trƣờng hợp. Một là chu kỳ bán rã của
hạt nhân con không quá nhỏ so với chu kỳ bán rã của hạt nhân mẹ và thời gian xét
đủ lớn so với chu kỳ bán rã của hạt nhân con sẽ xảy ra cân bằng tạm thời. Hai là chu
kỳ bán rã của hạt nhân mẹ lớn hơn nhiều bậc so với chu kỳ bán rã của hạt nhân con
và thời gian xét đủ lớn so với chu kỳ bán rã của hạt nhân con sẽ xảy ra cân bằng bền
hay cân bằng thế kỷ [6].
Cân bằng tạm thời
Trƣờng hợp này, hằng số phân rã của mẹ (λ1) nhỏ hơn hằng số phân rã
của con (λ2). Xét trƣờng hợp thực tế ban đầu chỉ có hạt nhân mẹ (N10) , khơng có
hạt nhân con (N20=0). Khi đó số hạt nhân con N2 đƣợc xác định theo cơng thức

(1.12).
Qua các biến đổi tốn học, ta có sau:
𝐻2
𝐻1

=

𝜆2

(1.14)

𝜆 2−𝜆 1

Với H1 và H2 lần lƣợt là hạt độ phóng xạ của hạt nhân me và con ở thời
điểm t đang xét.
Biểu thức (1.14) mô tả trạng thái cân bằng động hay cân bằng tạm thời giữa
hạt nhân mẹ và hạt nhân con. Khi trạng thái cân bằng tạm thời xảy ra, tỷ số hoạt độ

11


LUẬN VĂN THẠC SỸ

Khổng Nam Khang

phóng xạ của con và mẹ khơng đổi. Hoạt độ phóng xạ của hạt nhân mẹ và con đều
suy giảm theo thời gian với chu kỳ bán rã của hạt nhân mẹ.
Cân bằng bền – cân bằng thế kỷ
Xét trƣờng hợp chu kỳ bán rã của hạt nhân mẹ lớn hơn nhiều lần so
với hạt nhân con nên λ2-λ1≈λ2. Biến đổi (1.12) :

𝜆 2 𝑁2
𝜆 1 𝑁1

=

𝜆2
𝜆 2 −𝜆 1

1 − 𝑒 −(𝜆 2 −𝜆 1 )𝑡 ≈ 1 − 𝑒 −𝜆 2 𝑡

(1.15)

Sau khoảng thời gian t rất lớn hơn so với chu kỳ bán rã của hạt nhân con
tức t>>T2 sao cho 𝑒 −𝜆 2 𝑡 ≈ 0, công thức (1.15) trở thành:
λ1N1=N2λ2

(1.16)

Điều này có nghĩa hoạt độ phóng xạ của hạt nhân mẹ bằng hoạt độ phóng
xạ của hạt nhân con. Hiện tƣợng nhƣ trên đƣợc gọi là hiện tƣợng cân bằng bền. Nhƣ
vậy khi suất hiện cân bằng bền, nếu biết hoạt độ phóng xạ của hạt nào đó trong dãy
sẽ suy ra hoạt độ phóng xạ của các hạt nhân khác trong dãy và do đó biết đƣợc hàm
lƣợng các nguyên tố trong dãy. Trong tự nhiên hàm lƣợng của các nguyên tố Uran
và Thori có thể đƣợc xác định thơng qua việc đo hoạt độ phóng xạ của một đồng vị
nào đó trong dãy. Thƣờng các đồng vị đƣợc chọn để xác định hàm lƣợng của
nguyên tố mẹ là các đồng vị phát ra bức xạ gamma có năng lƣợng lớn, cƣờng độ
cao và ở xa các vạch bức xạ gamma khác.[6]
1.2. Tính chất phóng xạ trong vỏ trái đất
Trái đất đƣợc hình thành cách đây khoảng 4,5 tỷ năm nên đến nay các đồng
vị không bền đã bị phân rã hết, khơng cịn tồn tại trong vỏ Trái đất (nhƣ 36Cl; 59Ni,

60

Fe,

205

Pb) . Các đồng vị phóng xạ sống lâu, có chu kỳ bán rã lớn hơn 500 triệu

năm vẫn cịn tồn tại đến nay . Có 5 đồng vị phóng xạ có chu kỳ bán rã lớn đó là:
40

K,

238

U,

87

Rb,

235

U và

232

Th [5,6].

87

Rb là đồng vị phóng xạ beta (trừ) thuần túy

với năng lƣợng cực đại là 0,27MeV. Do chu kỳ bán rã của đồng vị này rất lớn
(5.1010 năm) nên thực tế từ khi hình thành Trái đất đến nay lƣợng

87

Rb hầu nhƣ

chƣa thay đổi. Quãng chạy của bức xạ β- rất nhỏ nên nó dễ bị hấp thụ bởi lớp đất đá
mỏng. Chính vì các yếu tố này nên khi nghiên cứu tính chất phóng xạ tự nhiên của
12


LUẬN VĂN THẠC SỸ

Khổng Nam Khang

đất đá rất ít khi 87Rb đƣợc chú ý (chỉ quan tâm trong bài toán tính tuổi của các đối
tƣợng đất đá).
Bảng 1.2. Chu kỳ bán rã và hàm lƣợng các đồng vị phóng xạ trong đất [5,13,14].
Hàm lƣợng trong hợp chất tự
nhiên của đồng vị (%)

Chu kỳ bán rã
(năm)

K

0,0117

1,39.109

Rb

27,85

5,0.1010

100

1,4.1010

Đồng vị
40
87

232

Th

235

U

0,7

7,1.108

238

U

99,28

4,5.109

Trong đó

238

U,

235

U và 232Th trải qua các phân rã alpha và beta liên tiếp để

trở thành 3 đồng vị bền là

206

Pb,

207

Pb,

208

Pb. Các đồng vị phóng xạ nằm trong 3

chuỗi phóng xạ có số khối bằng 4n, 4n+2 và 4n+3, với n là số nguyên. Trong bảng
1.3 đƣa ra một số đặc trƣng của 3 dãy phóng xạ tự nhiên.
Bảng 1.3. Một số đặc trƣng của 3 dãy phóng xạ tự nhiên [3,6,13].
Tên dãy

Dãy

Hạt nhân
cuối cùng
( đồng vị bền)

Hạt nhân mẹ
( đồng vị sống
lâu nhất)

Chu kỳ
bán rã
( năm)

Thorium

4n

208

Pb

232

Th

1,4 x 1010

Uranium

4n+2

206

Pb

238

U

4,47 x 109

Actinium

4n+3

207

Pb

235

U

7,04 x 108

Phơng phóng xạ tự nhiên chủ yếu do 40K và các đồng vị phóng xạ trong 3
dãy 238U, 235U và 232Th gây ra bởi hiện tƣợng phân rã phóng xạ.
1.2.1. Đồng vị phóng xạ của 40K
40

K chiếm 0,0117% trong tự nhiên, là đồng vị vừa phân rã β- vừa phân rã β+ và

chiếm electron, có chu kỳ bán rã lớn tới 1,39.109 năm. Cho đến nay, trên Trái đất, lƣợng 40K

13


LUẬN VĂN THẠC SỸ

Khổng Nam Khang

đó giảm đi cỡ 8 lần so với thời điểm Trái đất hình thành. Kali tồn tại trong tự nhiên với đại
diện ba đồng vị chính là: 39K(93,26%), 40K(0,0117%), 41K(6,73%). Trong đó 39K và 41K đều
là đồng vị bền, cịn 40K là đồng vị phóng xạ.

Hình 1.4. Phân rã phóng xạ 40K [13,14].
40

K sẽ phân rã theo 2 nhánh: nhánh 1 chiếm electron ở lớp K tạo thành hạt

nhân 40Ar18 và nhánh 2 phân rã β về 40Ca bền . Hạt nhân con 40Ar18 đƣợc tạo thành
có thể ở trạng thái kích thích có năng lƣợng 1,46MeV. Vì vậy bức xạ gamma có

năng lƣợng 1,46MeV là bức xạ đặc trƣng của 40K (dựa vào vạch này xác định hàm
lƣợng của Kali trong đất đá).
1.2.2 Chuỗi phân rã của đồng vị 238U
Trong tự nhiên

238

U chiếm 99,25% lƣợng Uran trong tự nhiên thuộc

dãy phóng xạ uranium, chu kỳ bán rã khoảng 4,47 tỷ năm. Dãy phóng xạ
238

U đƣợc bắt đầu từ

238

U và kết thúc bởi đồng vị chì bền

206

Pb (hình 1.5)

[3,6].

Hình 1.5. Chuỗi phân rã của đồng vị 238U[13,14]

14


LUẬN VĂN THẠC SỸ

Khổng Nam Khang

Dãy phóng xạ 238U trải qua 8 phân rã alpha và 6 phân rã beta trừ (Bảng 1.4)
Bảng 1.4. Loại phân rã và chu kỳ bán hủy của dãy 238U [3,13].
TT

Đồng vị phóng xạ

Loại phân rã

Chu kỳ bán rã

01

238

U



4,5 x 109 năm

02

234

Th



24,1 ngày

03

234

Pa



1,18 phút

04

234

U



2,48 x 105 năm

05

230

Th



7,52 x 104 năm

06

226

Ra



1600 năm

07

222

Rn



3,824 ngày

08

218

Po



3,05 phút

09

214

Pb



26,8 phút

10

214

Bi



19,7 phút

11

214

Po



1,85 x 10-4 giây

12

210

Pb



22,3 năm

13

210

Bi



5,02 ngày

14

210

Po



138,4 ngày

15

206

Pb

0

Bền

Nếu nhìn vào chu kỳ bán rã của các đồng vị phóng xạ trong chuỗi, chu kỳ
bán rã của tất cả các đồng vị này đều ngắn hơn nhiều so với chu kỳ bán rã của đồng
vị mẹ

238

U. Nếu không chịu tác động từ bên ngồi, thì trong đất đá và tại các mỏ

uran dãy phóng xạ 238U đã xảy ra trạng thái cân bằng bền.
Trong số các đồng vị con trong chuỗi phân rã của

238

U khơng phải đồng vị

nào cũng có thể đo gamma một cách dễ dàng. Thực tế chỉ có 6 đồng vị (234Th,
234m

Pa,

226

Ra,

214

Pb,

214

Bi và

210

Pb) là có thể đo đƣợc một cách tƣơng đối dễ. Do

vậy, có thể đo hoạt độ của các đồng vị này và suy ra hoạt độ của các đồng vị trƣớc

15


LUẬN VĂN THẠC SỸ

Khổng Nam Khang

đó trong chuỗi phân rã. Chú ý cần phải kiểm tra về điều kiện cân bằng vì phƣơng
pháp này chỉ đúng cho mẫu cân bằng.

Cần phải nhấn mạnh điều kiện để đạt đƣợc cân bằng là mẫu phải không bị
xáo trộn. Trong trƣờng hợp ngƣợc lại, có thể các đồng vị con sẽ bị thất thốt và do
đó sẽ phá vỡ cân bằng.
1.2.3. Chuỗi phân rã phóng xạ của đồng vị 235U
Đồng vị phóng xạ
đồng vị

235

235

U chỉ chiếm 0,72% trong uran tự nhiên. Tuy độ giàu

U không lớn nhƣng chu kỳ bán rã của đồng vị này nhỏ hơn 6 lần so với

chu kỳ bán rã của đồng vi

238

U nên

235

U cũng đóng góp đáng kể vào hoạt độ của

uran, đặc biệt là sự đóng góp trong thành phần nhiên liệu hạt nhân. Chuỗi phân rã
của đồng vị 235U đƣợc đƣa ra trên hình (1.6). Nếu bỏ qua các nhánh phân rã với xác
suất nhỏ, chuỗi phân rã này gồm có 12 đồng vị bao gồm 11 đồng vị phân rã liên tiếp
trong đó có 7 đồng vị phân rã alpha và 4 đồng vị phân rã beta, đƣợc kết thúc bằng
đồng vị 207Pb bền [3,6].

Hình 1.6. Chuỗi phân rã của đồng vị 235U[3,5,13,14]
Các đồng vị phóng xạ thuộc dãy phóng xạ

235

U có số khối đƣợc mô tẩ bởi

công thức A = 4n+3 vowisn là số nguyên có giá trị biến đổi từ 51 đến 58. Chu kỳ
bán rã của hạt nhân 235U bằng 7,04 x 108 năm vô cùng lớn so với các đồng vị phóng
xạ trong dãy ( bảng 1.4) nên dãy phóng xạ 235U đã xảy ra trạng thái cân bằng phóng

16