Nguyên tố bismuth đứng thứ 83 trong bản tuần hoàn hóa học. Bismuth trong tự nhiên được tạo thành từ đồng vị có cấu tạo ${}^{209}_{83}Bi$ chứa 83 proton và 126 neutron.
Theo vật lí lượng tử, phân rã phóng xạ α của $^{209}$Bi không vi phạm định luật bảo toàn năng lượng hay bất kì định luật nào khác, nên nó được coi là hoàn toàn có thể xảy ra, nhưng ta vẫn chưa chứng kiến được nó xảy ra lần nào.
Cho tới năm 2003, một nhóm nhà khoa học tại Pháp đã công bố kết quả nghiên cứu mới về sự phân rã của bismuth. Bằng việc phát hiện trực tiếp hạt alpha trong quá trình phân rã đồng vị $^{209}$Bi, họ đã có thể tính toán được thời gian bán rã của bismuth-209 là 1,9×10$^{19 }$năm. Tính từ vụ nổ Big Bang cho tới thời điểm hiện tại chỉ có 1,38×1010 năm tuổi Vậy có nghĩa là thời gian bán rã của bismuth-209 gấp gần 1 tỷ lần (109) tuổi thọ của vũ trụ.
Dựa vào những hiểu biết của chúng ta về thiên văn học, cũng như việc hình thành các ngôi sao trong vũ trụ, tất cả các ngôi sao ấy sẽ tàn trong khoảng 1014 năm nữa. Vậy thì các bạn phải chờ một khoảng thời gian khá dài trước khi nguyên tử bismuth trong lọ thuốc dạ dày Pepto-Bismol kia phân rã hết. Phải đó, bismuth được sử dụng trong việc chế tạo loại thuốc dạ dày này, và cái nhãn “hạn sử dụng” kia không thực sự chính xác lắm đâu.
Vậy vũ trụ sẽ như thế nào trong 1019 năm nữa?
Trước khi những ngôi sao cuối cùng tàn lụi tại mốc 1014 năm, tất cả những thiên hà trong Nhóm Thiên hà Địa phương (The Local Group, gồm 50 thiên hà tính cả Ngân Hà – The Milky Way của chúng ta) sẽ hợp nhất lại thành một thiên hà khổng lồ. Nếu tài liệu thiên văn học thời nay của chúng ta còn tồn tại cho tới lúc đó, liệu những nhà thiên văn học thời ấy có tin rằng vũ trụ đã có nhiều thiên hà hơn lúc ấy không?
Đến khoảng thời gian 1015 năm, những hành tinh quay quanh quỹ đạo của những ngôi sao đã tắt sẽ bị bắn khỏi quỹ đạo vốn có của nó. Và thậm chí sau 10.000 lần khoảng thời gian như vậy, thì nửa số bismuth vẫn còn tồn tại.
Thông qua bài tập lý thuyết về phóng xạ, giả sử ta có có một khối bismuth nặng một gram với đường kính nửa centimet. Ta có thể tính được rằng lượng nguyên tử trong khối bismuth này là 2,9×1021. Dựa vào công thức trên, ta có được tỉ lệ phân rã trung bình của bismuth là 105 phân tử một năm (cứ một phân tử/một ngày rưỡi). NHƯNG, đây mới chỉ là phân rã alpha. Những hạt alpha có sức xuyên phá rất bé, chúng không thể xuyên qua được lớp ngoài của nguyên tố nặng như bismuth. Vì vậy, khi phân rã, chỉ những phân tử bề mặt mới có thể thoát ra ngoài, phần còn lại sẽ bị khóa lại bên trong.
Theo một giả thuyết vật lí hạt khác, proton cũng như các nguyên tố khác rồi cũng sẽ phải phân rã. Những thí nghiệm đã chỉ ra rằng NẾU như proton phân rã, thời gian để chúng bán rã sẽ là 1033 năm, nhiều hơn bismuth gấp 50 triệu tỷ lần và 72 triệu tỷ tỷ lần lớn hơn tuổi thọ vũ trụ.
Bạn sẽ làm gì trong khi đợi proton phân rã hết? Đi dạo vài vòng quanh vũ trụ để chờ có vẻ là cách hợp lý.
Và cuối cùng, 22 phút là thời gian bán rã ngắn nhất, thuộc về francium, nguyên tố số 87 với đồng vị francium-223 của nó, 22 phút là con số khá khiêm tốn so với những con quái vật hàng chục số không kia. Nguyên tố này được phát hiện vào năm 1939, nguyên tố phóng xạ tự nhiên cuối cùng được tìm thấy, các nguyên tố sau này đều được con người tổng hợp nên. Ở mọi thời điểm, lượng francium trong lớp vỏ Trái Đất được ước tính khoảng 20-30 gram.Tất cả các nguyên tó từ hydro cho tới californium (nguyên tố 98) đều được tìm thấy trong tự nhiên, hầu như mọi nguyên tố phóng xạ đều được phát hiện bởi hoạt động tổng hợp phóng xạ, nhưng rồi sau này lại được tìm thấy trong quặng uranium tự nhiên.
Có một sự khác biệt giữa “nguyên tố tìm thấy trong tự nhiên” và “nguyên tố căn bản” đó. Trong số 98 nguyên tố được tìm thấy trong tự nhiên, thì chỉ 84 trong số đó có nguyên tử đã tồn tại trong tự nhiên từ khi hình thành Hệ Mặt Trời. Trong số ấy, 80 nguyên tố là ổn định và bốn trong số đó mang tính phóng xạ (bismuth, thorium, uranium, and plutonium).
nguồn: genk.vn