Phân rã là gì? Các bài báo nghiên cứu khoa học liên quan

Phân rã là quá trình mà hệ thống không ổn định như hạt nhân hoặc phân tử tự phát chuyển thành các cấu trúc ổn định hơn kèm phát xạ năng lượng hoặc hạt Nó xảy ra phổ biến trong vật lý hạt nhân, hóa học và sinh học, là cơ chế then chốt cho biến đổi vật chất và được mô tả bằng các định luật bảo toàn

Định nghĩa phân rã

Phân rã là quá trình mà một hệ thống không ổn định, chẳng hạn như hạt nhân nguyên tử hoặc hạt cơ bản, tự phát biến đổi thành một hoặc nhiều hệ con có năng lượng thấp hơn. Quá trình này thường đi kèm với sự phát xạ năng lượng dưới dạng bức xạ hoặc hạt, nhằm đạt đến trạng thái ổn định hơn. Phân rã có thể xảy ra trong nhiều lĩnh vực như vật lý hạt nhân, vật lý hạt cơ bản, hóa học và sinh học phân tử.

Trong vật lý hạt nhân, phân rã phóng xạ là hiện tượng hạt nhân không bền phát xạ hạt alpha, beta hoặc gamma để chuyển về trạng thái ổn định. Các loại phân rã phổ biến bao gồm:

  • Phân rã alpha (α): phát xạ hạt nhân helium
  • Phân rã beta (β⁻ và β⁺): chuyển đổi neutron thành proton và ngược lại
  • Phân rã gamma (γ): phát xạ photon năng lượng cao

Ví dụ: 238U234Th+α^{238}U \rightarrow ^{234}Th + \alpha

Phân rã phóng xạ

Phân rã phóng xạ là quá trình hạt nhân không bền phát xạ hạt alpha, beta hoặc gamma để chuyển về trạng thái ổn định. Các loại phân rã phổ biến bao gồm:

  • Phân rã alpha (α): phát xạ hạt nhân helium
  • Phân rã beta (β⁻ và β⁺): chuyển đổi neutron thành proton và ngược lại
  • Phân rã gamma (γ): phát xạ photon năng lượng cao

Ví dụ: 238U234Th+α^{238}U \rightarrow ^{234}Th + \alpha

Phân rã phóng xạ là một quá trình ngẫu nhiên ở cấp độ nguyên tử đơn lẻ. Theo lý thuyết lượng tử, không thể dự đoán chính xác khi nào một nguyên tử cụ thể sẽ phân rã, nhưng với một số lượng lớn nguyên tử giống nhau, tốc độ phân rã tổng thể có thể được biểu diễn bằng hằng số phân rã hoặc chu kỳ bán rã.

Hằng số phân rã và chu kỳ bán rã

Chu kỳ bán rã (t1/2) là thời gian cần thiết để một nửa số lượng hạt nhân không bền phân rã. Nó được mô tả bởi hàm mũ giảm:

N(t)=N0eλtN(t) = N_0 e^{-\lambda t}

Trong đó:

  • N(t)N(t): số lượng hạt nhân còn lại tại thời điểm t
  • N0N_0: số lượng hạt nhân ban đầu
  • λ\lambda: hằng số phân rã

 

Chu kỳ bán rã liên hệ với hằng số phân rã qua công thức:

T1/2=ln2λT_{1/2} = \frac{\ln 2}{\lambda}

Điều này cho thấy rằng chu kỳ bán rã là một đặc tính cố định của mỗi đồng vị phóng xạ và không phụ thuộc vào các yếu tố bên ngoài như nhiệt độ hoặc áp suất.

Cơ chế lượng tử của phân rã

Trong vật lý lượng tử, phân rã là quá trình hệ lượng tử chuyển từ trạng thái kích thích sang trạng thái năng lượng thấp hơn thông qua cơ chế chuyển tiếp không thuận nghịch. Sát suất phân rã được tính bằng quy tắc Fermi vàng:

Γ=2πMfi2ρ(E)\Gamma = \frac{2\pi}{\hbar} |M_{fi}|^2 \rho(E)

Trong đó:

  • Γ\Gamma: tốc độ phân rã
  • MfiM_{fi}: phần tử ma trận chuyển tiếp
  • ρ(E)\rho(E): mật độ trạng thái cuối

 

Quy tắc này cho phép tính toán xác suất phân rã từ trạng thái ban đầu đến trạng thái cuối cùng, dựa trên các yếu tố như tương tác giữa các hạt và mật độ trạng thái có thể.

Phân rã hạt cơ bản

Phân rã hạt cơ bản là quá trình mà các hạt hạ nguyên tử không bền tự phát biến đổi thành các hạt khác. Các hạt được tạo ra trong quá trình này phải có tổng khối lượng bất biến nhỏ hơn hoặc bằng hạt ban đầu, mặc dù tổng năng lượng và động lượng được bảo toàn. Một hạt không ổn định nếu có ít nhất một trạng thái cuối cùng cho phép mà nó có thể phân rã thành. Các hạt không ổn định thường có nhiều cách phân rã, mỗi hạt có xác suất liên quan riêng của nó. Các phân rã được trung gian bởi một hoặc một số lực cơ bản. :contentReference[oaicite:4]{index=4}

Ví dụ, neutron tự do phân rã thành proton, electron và phản neutrino electron với chu kỳ bán rã khoảng 14 phút:

np+e+νˉen \rightarrow p + e^- + \bar{\nu}_e

Phân rã này tuân theo định luật bảo toàn năng lượng, điện tích, spin và số lepton. Một số hạt như proton được coi là bền, nhưng vẫn đang được tìm kiếm phân rã hiếm trong các mô hình ngoài Mô hình Chuẩn.

Phân rã trong hóa học và sinh học

Trong hóa học, phân rã là quá trình phân hủy hóa học như phân hủy nhiệt hoặc xúc tác. Các phản ứng phân rã thường xảy ra khi các hợp chất không bền bị phân hủy thành các sản phẩm đơn giản hơn. Ví dụ, phân hủy hydro peroxide thành nước và oxy:

2H2O22H2O+O22H_2O_2 \rightarrow 2H_2O + O_2

Trong sinh học, phân rã sinh học là quá trình phân hủy vật chất hữu cơ qua hoạt động của vi sinh vật hoặc enzyme. Quá trình này đóng vai trò then chốt trong tuần hoàn sinh thái và xử lý rác thải hữu cơ. Các enzyme như protease, cellulase, lipase đóng vai trò chính trong phân rã sinh học.

Ứng dụng của phân rã trong công nghệ

Phân rã phóng xạ được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực:

  • Y học hạt nhân: chẩn đoán hình ảnh PET, xạ trị
  • Định tuổi đồng vị: phương pháp C-14, U-Th-Pb
  • Đồng hồ nguyên tử và nghiên cứu vũ trụ: sử dụng các đồng vị phóng xạ làm nguồn năng lượng và đo lường thời gian chính xác

Ví dụ, trong y học hạt nhân, đồng vị phóng xạ như Technetium-99m được sử dụng để chẩn đoán hình ảnh các cơ quan nội tạng. Trong khảo cổ học, phương pháp định tuổi bằng carbon-14 giúp xác định tuổi của các mẫu vật hữu cơ.

Rủi ro và kiểm soát phân rã

Phân rã phóng xạ có thể gây nguy cơ cho sức khỏe con người và môi trường. Kiểm soát phơi nhiễm phóng xạ là bắt buộc trong công nghiệp hạt nhân, y tế và phòng thí nghiệm. Các biện pháp kiểm soát bao gồm:

  • Lá chắn: sử dụng vật liệu như chì hoặc bê tông để ngăn chặn bức xạ
  • Giới hạn thời gian: giảm thời gian tiếp xúc với nguồn phóng xạ
  • Khoảng cách: tăng khoảng cách giữa người và nguồn phóng xạ

Các cơ quan như IAEA và US NRC thiết lập tiêu chuẩn an toàn và giới hạn liều hấp thụ. Các thiết bị đo phổ gamma và buồng ion hóa được dùng để theo dõi hoạt độ phóng xạ.

Tóm tắt

Phân rã là quá trình mà hệ thống không ổn định chuyển thành hệ con có năng lượng thấp hơn, đi kèm phát xạ năng lượng hoặc hạt. Trong vật lý, hóa học và sinh học, phân rã đóng vai trò then chốt trong diễn tiến tự nhiên, ứng dụng công nghệ và an toàn môi trường.

Các bài báo, nghiên cứu, công bố khoa học về chủ đề phân rã:

Nhiệt hoá học hàm mật độ. III. Vai trò của trao đổi chính xác Dịch bởi AI
Journal of Chemical Physics - Tập 98 Số 7 - Trang 5648-5652 - 1993
Mặc dù lý thuyết hàm mật độ Kohn–Sham với các hiệu chỉnh gradient cho trao đổi-tương quan có độ chính xác nhiệt hoá học đáng kể [xem ví dụ, A. D. Becke, J. Chem. Phys. 96, 2155 (1992)], chúng tôi cho rằng việc cải thiện thêm nữa là khó có thể xảy ra trừ khi thông tin trao đổi chính xác được xem xét. Các lý lẽ hỗ trợ quan điểm này được trình bày và một hàm trọng số trao đổi-tương quan bán t...... hiện toàn bộ
#Kohn-Sham #hàm mật độ #trao đổi-tương quan #mật độ quay-lực địa phương #gradient #trao đổi chính xác #năng lượng phân ly #thế ion hóa #ái lực proton #năng lượng nguyên tử
Chuyển giao điện di của protein từ gel polyacrylamide sang tấm nitrocellulose: Quy trình và một số ứng dụng. Dịch bởi AI
Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America - Tập 76 Số 9 - Trang 4350-4354 - 1979
Một phương pháp đã được đưa ra để chuyển giao điện di protein từ gel polyacrylamide sang tấm nitrocellulose. Phương pháp này cho phép chuyển giao định lượng protein ribosome từ gel có chứa ure. Đối với gel natri dodecyl sulfate, mô hình ban đầu của dải vẫn giữ nguyên mà không mất độ phân giải, nhưng việc chuyển giao không hoàn toàn định lượng. Phương pháp này cho phép phát hiện protein bằn...... hiện toàn bộ
#chuyển giao điện di #protein ribosome #gel polyacrylamide #nitrocellulose #ure #natri dodecyl sulfate #chụp ảnh phóng xạ tự động #miễn dịch học #kháng thể đặc hiệu #detection #peroxidase #phân tích protein.
UCSF Chimera—Hệ thống trực quan cho nghiên cứu khám phá và phân tích Dịch bởi AI
Journal of Computational Chemistry - Tập 25 Số 13 - Trang 1605-1612 - 2004
Tóm tắtBài viết này thảo luận về thiết kế, triển khai và khả năng của một hệ thống trực quan có thể mở rộng, UCSF Chimera. Chimera được phân thành một hạt nhân cung cấp các dịch vụ và công cụ trực quan cơ bản, và các phần mở rộng cung cấp hầu hết các tính năng cao cấp hơn. Kiến trúc này đảm bảo rằng cơ chế mở rộ...... hiện toàn bộ
Một sự tham số hóa nhất quán và chính xác từ \\textit{ab initio} của việc điều chỉnh độ phân tán trong lý thuyết phiếm hàm mật độ (DFT-D) cho 94 nguyên tố H-Pu Dịch bởi AI
Journal of Chemical Physics - Tập 132 Số 15 - 2010
\u003cp\u003ePhương pháp điều chỉnh độ phân tán như là một bổ sung cho lý thuyết phiếm hàm mật độ Kohn–Sham tiêu chuẩn (DFT-D) đã được tinh chỉnh nhằm đạt độ chính xác cao hơn, phạm vi áp dụng rộng hơn và ít tính kinh nghiệm hơn. Các thành phần mới chủ yếu là các hệ số phân tán cụ thể theo từng cặp nguyên tử và bán kính cắt đều được tính toán từ các nguyên lý đầu tiên. Các hệ số cho các bản số phâ...... hiện toàn bộ
#DFT-D #độ phân tán #tiêu chuẩn Kohn-Sham #số phối hợp phân số #phiếm hàm mật độ #lực nguyên tử #ba thân không cộng tính #hệ thống nguyên tố nhẹ và nặng #tấm graphene #hấp thụ benzene #bề mặt Ag(111)
MỘT PHƯƠNG PHÁP NHANH CHÓNG ĐỂ CHIẾT XUẤT VÀ TINH CHẾ TỔNG LIPID Dịch bởi AI
Canadian Science Publishing - Tập 37 Số 8 - Trang 911-917 - 1959
Nghiên cứu sự phân hủy lipid trong cá đông lạnh đã dẫn đến việc phát triển một phương pháp đơn giản và nhanh chóng để chiết xuất và tinh chế lipid từ các vật liệu sinh học. Toàn bộ quy trình có thể được thực hiện trong khoảng 10 phút; nó hiệu quả, có thể tái lập và không có sự thao tác gây hại. Mô ướt được đồng nhất hóa với hỗn hợp chloroform và methanol theo tỷ lệ sao cho hệ thống tan đượ...... hiện toàn bộ
#Lipid #chiết xuất #tinh chế #cá đông lạnh #chloroform #methanol #hệ tan #phương pháp nhanh chóng #vật liệu sinh học #nghiên cứu phân hủy lipid.
Sự Xuất Hiện Của Tỷ Lệ Tăng Trưởng Trong Các Mạng Ngẫu Nhiên Dịch bởi AI
American Association for the Advancement of Science (AAAS) - Tập 286 Số 5439 - Trang 509-512 - 1999
Các hệ thống đa dạng như mạng di truyền hoặc Web toàn cầu thường được miêu tả tốt nhất như những mạng có hình thức phức tạp. Một thuộc tính chung của nhiều mạng lớn là độ kết nối của các đỉnh tuân theo phân bố luật lũy thừa không quy mô. Đặc điểm này được phát hiện là hệ quả của hai cơ chế chung: (i) các mạng phát triển liên tục thông qua việc bổ sung các đỉnh mới, và (ii) các đỉnh mới gắn...... hiện toàn bộ
#mạng phức tạp #phân bố không quy mô #tự tổ chức #mạng ngẫu nhiên
Phân loại ImageNet bằng mạng nơ-ron tích chập sâu Dịch bởi AI
Communications of the ACM - Tập 60 Số 6 - Trang 84-90 - 2017
Chúng tôi đã huấn luyện một mạng nơ-ron tích chập sâu lớn để phân loại 1,2 triệu hình ảnh độ phân giải cao trong cuộc thi ImageNet LSVRC-2010 thành 1000 lớp khác nhau. Trên dữ liệu kiểm tra, chúng tôi đạt được tỷ lệ lỗi top-1 và top-5 lần lượt là 37,5% và 17,0%, điều này tốt hơn nhiều so với công nghệ tiên tiến trước đó. Mạng nơ-ron có 60 triệu tham số và 650.000 nơ-ron, bao gồm năm lớp tí...... hiện toàn bộ
#ImageNet #mạng nơ-ron tích chập sâu #phân loại hình ảnh #quy tắc dropout #hiệu suất mạng nơ-ron
AutoDock Vina: Nâng cao tốc độ và độ chính xác của quá trình docking với hàm chấm điểm mới, tối ưu hóa hiệu quả và đa luồng Dịch bởi AI
Journal of Computational Chemistry - Tập 31 Số 2 - Trang 455-461 - 2010
Tóm tắtAutoDock Vina, một chương trình mới dành cho việc docking phân tử và sàng lọc ảo, được giới thiệu trong bài viết này. AutoDock Vina có tốc độ xử lý nhanh hơn khoảng hai bậc so với phần mềm docking phân tử phát triển trước đây trong phòng thí nghiệm của chúng tôi (AutoDock 4), đồng thời cải thiện đáng kể độ chính xác trong dự đoán cách thức gắn kết, theo các ...... hiện toàn bộ
#AutoDock Vina #docking phân tử #sàng lọc ảo #tối ưu hóa #đa luồng #song song hóa #dự đoán cách thức gắn kết #bản đồ lưới.
Chức năng mật độ loại GGA bán thực nghiệm được xây dựng với sự hiệu chỉnh phân tán tầm xa Dịch bởi AI
Journal of Computational Chemistry - Tập 27 Số 15 - Trang 1787-1799 - 2006
Tóm tắtMột hàm mật độ mới (DF) thuộc loại xấp xỉ gradient tổng quát (GGA) cho các ứng dụng hóa học chung có tên là B97‐D được đề xuất. Nó dựa trên phương án chuỗi lũy thừa của Becke từ năm 1997 và được tham số hóa rõ ràng bằng cách bao gồm các hiệu chỉnh phân tán cặp nguyên tử dạng triệt tiêu C6 · R... hiện toàn bộ
#Hóa học #Xấp xỉ Gradient Tổng quát #Hàm Mật Độ #Phân Tán #B97‐D
Bộ công cụ phân tích bộ gen: Một khung MapReduce cho việc phân tích dữ liệu giải trình tự DNA thế hệ tiếp theo Dịch bởi AI
Genome Research - Tập 20 Số 9 - Trang 1297-1303 - 2010
Các dự án giải trình tự DNA thế hệ tiếp theo (NGS), chẳng hạn như Dự án Bộ Gen 1000, đã và đang cách mạng hóa sự hiểu biết của chúng ta về sự biến dị di truyền giữa các cá nhân. Tuy nhiên, các tập dữ liệu khổng lồ được tạo ra bởi NGS—chỉ riêng dự án thí điểm Bộ Gen 1000 đã bao gồm gần năm terabase—làm cho việc viết các công cụ phân tích giàu tính năng, hiệu quả và đáng tin cậy trở nên khó ...... hiện toàn bộ
#khoa học #giải trình tự DNA #Bộ Gen 1000 #GATK #MapReduce #phân tích bộ gen #sự biến dị di truyền #công cụ NGS #phân giải song song #SNP #Atlas Bộ Gen Ung thư
Tổng số: 20,050   
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
  • 6
  • 10