sự phân rã phóng xạ

Sự phân rã phóng xạ là hiện tượng một hạt nhân nguyên tử không bền tự động phát ra các hạt hoặc sóng điện từ, từ đó biến đổi thành hạt nhân của nguyên tố khác. Quá trình này mang tính tự phát, nghĩa là không cần bất kỳ tác động nào từ môi trường bên ngoài để kích hoạt. Mỗi đồng vị phóng xạ có một tốc độ phân rã đặc trưng, được đo bằng chu kỳ bán rã (half-life) — khoảng thời gian cần thiết để một nửa số hạt nhân trong mẫu chất bị phân rã.

Cụ thể, có ba dạng phân rã phóng xạ chính thường gặp trong chương trình. Phân rã alpha phát ra hạt alpha gồm hai prôton và hai nơtron, làm giảm số khối đi bốn đơn vị. Phân rã beta xảy ra khi một nơtron biến thành prôton hoặc ngược lại, kèm theo phát ra êlectron hoặc pôziton. Phân rã gamma giải phóng năng lượng (energy) dưới dạng phôtôn năng lượng cao mà không làm thay đổi thành phần hạt nhân, nhờ đó hạt nhân con đạt trạng thái bền vững hơn so với hạt nhân mẹ.

Về mặt động học, quá trình phân rã tuân theo định luật tốc độ bậc một, trong đó tốc độ phân rã tỉ lệ thuận với số hạt nhân hiện có. Do đó, tốc độ phân rã giảm dần theo thời gian khi số hạt nhân mẹ cạn kiệt. Hệ thức mô tả sự suy giảm số hạt nhân theo thời gian là:

$$N(t) = N_0 e^{-\lambda t}$$

Trong đó $N_0$ là số hạt nhân ban đầu, $N(t)$ là số hạt nhân còn lại tại thời điểm $t$, và $\lambda$ là hằng số phân rã. Từ đây, chu kỳ bán rã được tính bằng hệ thức $t_{1/2} = \frac{\ln 2}{\lambda}$. Tuy nhiên, khác với phản ứng hóa học (chemical reactions) thông thường, phân rã phóng xạ là quá trình hạt nhân nên không phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất hay trạng thái liên kết hóa học của nguyên tử.