Phóng xạ SVIP

I. HIỆN TƯỢNG PHÓNG XẠ

Trong thí nghiệm với buồng sương, khi đưa mẫu quặng uranium vào bên trong, ta quan sát được nhiều vệt sương trắng xuất hiện như những tia sáng nhỏ phát ra từ mẫu vật, theo nhiều hướng và thời điểm khác nhau. Những vệt này chính là dấu vết của các hạt được bắn ra từ chất phóng xạ - gọi là các tia phóng xạ.

Các vết sương dạng tia xuất hiện quanh mẫu quặng uranium

Hiện tượng phóng xạ là hiện tượng một hạt nhân không bền vững tự phát biến đổi thành một hạt nhân khác và phát ra tia phóng xạ.

Những hạt nhân không ổn định sẽ tự phân rã theo thời gian, được gọi là hạt nhân mẹ. Sau quá trình phân rã, chúng tạo ra hạt nhân mới ổn định hơn, gọi là hạt nhân con.

II. CÁC TIA PHÓNG XẠ

Đặc điểm:

Khả năng đâm xuyên của các tia phóng xạ qua vật chất

Sự lệch các tia phóng xạ trong điện trường, từ trường:

Sự lệch các tia phóng xạ trong điện trường

Sự lệch các tia phóng xạ trong từ trường

III. PHƯƠNG TRÌNH PHÓNG XẠ

Phóng xạ α: \(_{Z}^{A}X\rightarrow_{Z-2}^{A-4}Y+_2^4He\overset{}{}\)

Phóng xạ β^-: \(_Z^AX\rightarrow_{Z+1}^AY+_{-1}^0e+\overset{\sim}{\nu}\)

Phóng xạ β⁺: \(_Z^AX\rightarrow_{Z-1}^AY+_1^0e+\nu\)

Phóng xạ \(\gamma\): \(_Z^AY\)*\(\rightarrow_Z^AY+\gamma\)

IV. QUY LUẬT PHÓNG XẠ

1. Đặc tính của quá trình phóng xạ

Tính tự phát: Sự phân rã xảy ra do biến đổi bên trong hạt nhân, không bị ảnh hưởng bởi các yếu tố bên ngoài như nhiệt độ hay áp suất.

Tính ngẫu nhiên: Không thể biết trước chính xác thời điểm phân rã của từng hạt nhân, nên việc khảo sát chỉ mang tính thống kê, áp dụng cho số lượng lớn hạt nhân trong mẫu chất phóng xạ.

2. Chu kì bán rã và hằng số phóng xạ

Chu kì bán rã là khoảng thời gian cần thiết để một nửa số hạt nhân của một lượng chất phóng xạ phân rã thành các hạt nhân khác bền vững hơn.

Số hạt nhân chưa phân rã:

Số hạt nhân (số nguyên tử) \(N_t\) chưa phân rã là:

\(N_t=N_02^{-k}\), trong đó \(t=kT\)

hay: 

\(N_{t}=N_02^{-\dfrac{t}{T}}=N_0e^{-\lambda t}\)   (*)

với \(\lambda=\frac{\ln2}{T}\) được gọi là hằng số phóng xạ. Đơn vị của \(\lambda\) là s^-1.

Nội dung định luật phóng xạ: Trong quá trình phân rã, số hạt nhân chất phóng xạ còn lại giảm theo thời gian theo định luật hàm số mũ.

Đồ thị minh họa sự thay đổi số hạt nhân chất phóng xạ còn lại thời gian

Chu kì bán rã của một số đồng vị phóng xạ:

3. Độ phóng xạ

Độ phóng xạ (hay hoạt độ phóng xạ), kí hiệu là $H$, là đại lượng dùng để đặc trưng mức độ mạnh hay yếu của tính phóng xạ của một lượng chất. Nó được xác định bằng số hạt nhân phân rã xảy ra trong một giây.

Đơn vị:

Độ phóng xạ là becơren, kí hiệu là Bq. Ngoài ra, độ phóng xạ còn có đơn vị khác là curi, kí hiệu là Ci.

1 Bq = 1 phân rã/1 giây

1 Ci = 3,7.10¹⁰ Bq

Biểu thức:

\(N_{t}=N_0e^{-\lambda t}\\H_{t}=H_0e^{-\lambda t}=\lambda N_0e^{-\lambda t}=\lambda N_{t}\)

Trong đó, \(H_0\) là độ phóng xạ tại thời điểm ban đầu $t=0$.

V. ỨNG DỤNG CỦA PHÓNG XẠ VÀ AN TOÀN PHÓNG XẠ

1. Ứng dụng của phóng xạ

Ngoài các đồng vị phóng xạ tự nhiên, con người còn chế tạo được nhiều đồng vị phóng xạ nhân tạo, có ứng dụng rộng rãi trong khoa học và đời sống.

Trong y học:

- Dùng đồng vị phóng xạ trộn với đồng vị bền để theo dõi sự di chuyển của nguyên tố trong cơ thể, hỗ trợ chẩn đoán bệnh lí.

- Dùng chùm tia phóng xạ để tiêu diệt tế bào ung thư và điều trị khối u.

Trong nông nghiệp:

- Ứng dụng phóng xạ để tạo giống cây mới có năng suất cao, kháng bệnh và chịu điều kiện khắc nghiệt.

- Chiếu xạ thực phẩm để khử trùng và kéo dài thời gian bảo quản.

Trong nghiên cứu khoa học:

- Dùng đồng vị carbon-14 để xác định tuổi của các cổ vật sinh học trong khảo cổ học.

2. An toàn phóng xạ

Ảnh hưởng của phóng xạ

Tia phóng xạ có thể gây hại cho tế bào sinh vật, mức độ ảnh hưởng tùy thuộc vào cường độ, khả năng ion hóa, đâm xuyên và thời gian chiếu.

- Tia α: Đâm xuyên kém, chỉ nguy hiểm nếu xâm nhập vào cơ thể do khả năng ion hóa rất mạnh.

- Tia β: Ion hóa và đâm xuyên trung bình, gây hại cả khi ở trong hoặc ngoài cơ thể.

- Tia γ: Ion hóa yếu hơn nhưng đâm xuyên mạnh, có thể gây nguy hiểm nghiêm trọng nếu tiếp xúc lâu với cường độ cao.

Nguyên tắc an toàn phóng xạ

Tỉ lệ phơi nhiễm phóng xạ do các nguồn thụ động khác nhau

- ​Giữ khoảng cách đủ xa đối với nguồn phóng xạ.

- Cần sử dụng các tấm chắn nguồn phóng xạ đủ tốt.

- Cần giảm thiểu thời gian phơi nhiễm phóng xạ.

Biển cảnh báo phóng xạ

Biển cảnh báo phóng xạ được gắn tại nơi có thiết bị hoặc nguồn phát tia phóng xạ, hoặc trực tiếp trên thiết bị, vật chứa để cảnh báo không nên đến gần hay làm hỏng các thiết bị này, vì điều đó có thể gây nguy hiểm nghiêm trọng.

Biển cảnh báo phóng xạ