Khóa luận tốt nghiệp Vật lý: Nghiên cứu vật lý hạt nhân, Hiện tượng phóng xạ tự nhiên. Ứng dụng của hiện tượng phóng xạ. Đo chu kỳ bán rã của 56BA137

Ứng dụng thành công hơn cà là trong ngành Y tế, trong lĩnh vực này, chất đồng vị phóng xạ là phương tiên quý báu trong việc chẩn đoán và chữa bệnh: Dùng tia phóng xạ có thể chữa được nhữ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHAM TP HỒ CHÍ MINH

KHOA VẬT LÝ

e HIỆN TUGNG PHONG XA TỰ NHIÊN

e UNG DUNG CUA HIỆN TUGNG PHONG XA

e« ĐO CHU KỲ BANRA CUA «Ba

_ ——

¡ bus ket : Niên khóa 1996 — 2000 =

tin tink giáp dé cho em trong hee tập, cũng nhut trong sige thưực tiệm kítod luận nay.

rước liết, em xin chan think eam on toàn thé Quij Thiy Cb trường Dai hoe Sut pham Tp 2(á Chi Minh, suất

la eae Thay Đà trong khoa Udt lj đã tận tâm truyền dat tường bai hoe quả báo oà bổ ich trong tuốt b&n nam dai hee

lap.

KE đến, em cảm on hấu UGO DUY CFU va

Thiy AGUYER HOANG LONG đã giáp đề em rit

nhiêu trong vige tuge hign lugn edn nay.

TP Hd Chi Minh, ngày 21 tháng OS năm 2000-05-26

EPF ELSE TEETER SETA RES TERE TAREE EE ERSTE TE

2)2)2242)242)2)2)921242121212)2/242y21242g2242)2ý2/2g2)242)2422/2/2)212)242)2)2)2)242)2)21212y2g242;2)2212)2424242/242y24) LOI NOI BAU

of

Khi nói đến vật lộ hat nhận đặc biệt là chất đẳng vị phóng xa,hdn trong chúng ta đã biết it nhiều về những ứng dụng khá phổ biển của

chủng trong khoa học kỳ thuật cũng như trong đời sống hằng ngày.

Trong các ngành như công nghiệp, nông nghiệp, khai

khoáng thì chất đồng vị phóng xạ đã trở thành một công cụ không

thể thiếu, nhờ chất đẳng vị phóng xạ mà mọi vấn đề phức tạp khó khăn có thể được gidi quyết một cách nhanh chóng và chính xác.

Ứng dụng thành công hơn cà là trong ngành Y tế, trong lĩnh vực

này, chất đồng vị phóng xạ là phương tiên quý báu trong việc chẩn

đoán và chữa bệnh: Dùng tia phóng xạ có thể chữa được những căn

bệnh hiểm nghèo như bệnh ung thư chẳng hạn! dùng tia phóng xạ

người thầy thuốc có thể xác định một cách chính xác vị trí của khối

u từ đó có phương hướng điều trị một cách có hiệu quà Không chỉ

có thế, chất đẳng vị phóng xạ còn có mặt ở các ngành tưởng chừng

như ít liên quan đến khoa học kỹ thuật như: khảo cổ học, hài dương

học v.v

Hiện nay trên thế giới cũng như ð nước ta, chất đồng vị

phóng xạ đã được sử dụng khá rộng rãi Nhất là trong thời gian

gdn đây nước ta đã có một số cơ sở nghiên cứu, cơ sở sản xuất

Đặc biệt trong y học có rất nhiều máy móc, thiết bị, dd được nhập

về để chẩn đoán và chữa bệnh ở các bệnh viện trong cd nước

Luận văn này giới thiệu khái quát về hiện tượng phóng xa

và những ứng dụng của chất đẳng vị phóng xạ trong các lĩnh vực

nói trên Nhằm tìm hiểu một ngành khoa học kỹ thuật hiện đại

dang được phái triển trên toàn thế giới.

Luận văn đã được hoàn thành nhưng do mới bước ddu tập

làm quen với việc nghiên cứa sách vở, hơn nữa khả năng và thời

gian còn hạn chế nên bài làm sẽ không tránh được những thiếu

sót, em rất mong nhận được sự chỉ bảo và góp ý của Thdy Cô,

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN &

Luận Văn Tốt Nghiệp GSHD : NGÔ DUY CHU

NỘI DUNG

e&lLiw

Phini: Lý thuyét

I, Cấu tao nguyên tử - trang 2

II Hiện tượng phóng xạ trang 4

IH Cac phương pháp đo cường độ phóng xạ trang 9

IV Ung dụng các chất đồng vị phóng xạ trang 14

V — Ứng dụng các chất đổng vị phóng xạ ở nước Ia trang 29

Phan2: THựC Hành

I Nguyên tắc hoạt động trang 32

Il Dung cụ thí nghiệm trang 34

II = Tiến hành thí nghiệm trang 37

W SE || deeaom=seessesee trang 38

SUTT ưng Thy Bibo Kayes

Luân Văn Tốt Nghiệp GSHD : NGO DUY CHU

LÝ THUYẾT

I Cấu tạo nguyên tử

Il Hiện tượng phóng xa

Ill Các phương pháp đo cường độ phóng xa

IV Ung dụng các chất déng vị phóng xạ

V Ung dụng các chất đổng vị phóng xạ ở nước ta

SUT ung Th Bio Khugts Trang Ï

_ Luân Văn Tốt Nghệp GSHD NGÔ DUY CHU _

Nguyễn tử, bom nguyén tử, hat nhân nguyên tử những danh từ này đã

quá quen thuộc với chúng ta, vay nguyên tử là gì ? Cấu tạo như thé nào? Thành

phan của nó gồm những gi?

Các nhà triết gia thời cổ La-Hy đã cho rằng: nguyên tử là phan tử nhỏ

nhất không thể phan chia được nữa (vi vay nguyên tử có tên là A-Tom nghĩa là

không thể phân chia được nữa) thất ra nguyên tử không phải là phan tử nhỏ nhất

mà nó chỉ là một phan tử vô cùng nhỏ bé mà thôi

Năm 1895 Roctgen (người Đức) da phát hiển ra tua X, năm 1896

Bequered (người Pháp) Lin đấu tiên phát hiện ra hiện tượng kỳ la đó là - Bat

mảnh Urani wong một cái hộp đắt trong một cái tẩm phim ảnh, một ít lầu sau rửa

phim thì nhân thấy trên phim có những vết đen, điểu này đã chứng tỏ rằng :

nguyên tử Urani đã phát ra những tia mà mất thường không nhìn thấy Hiển

tương này goi là hiên tương phóng xu

Năm 1898 - 1902 hai ông bà Curies đã tìm ra nguyén tô Pôlôni và Radi

có tính phóng xa manh hơn Urani rất nhiều.

Với sự phát hiện ra hiện tượng phóng xa đã chứng tỏ rằng: nguyên tử

không phải là phdn tử nhỏ nhất mà nguyên tử là cả một thế giới vô cùng phức tạp

cần dude nghiên cứu và khám phá.

Đến năm 1911 Rutherford (người Anh) đã thưc hiên thí nghiêm của mình

và đã chứng tỏ ring : nguyên tử gồm có hạt nhân mang điện tích đương và các

electron mang điện tích âm chuyển đông xung quanh hạt nhân.

7 —

lọc,

Mẫu nquyén tử Rutherford

Về sau nhà vật lý hoc người Đan Mach Niels Bohr đã đưa ra mô hình của

mẫu hành tinh nguyên tử, theo mẫu này thì nguyên tử có thể hình dung như môt

thái đương hé, trung tâm là hạt nhân mang điện tích đương (ví như mặt trời) xung

quanh hat nhân có những electron mang điện tích âm chuyển động xung quanh

hat nhân theo những quỹ dao khác nhau (ví như các hành tình) các electron này

sắp xếp theo từng lớp có tên như - K, L, M,N, O, P và số electron trên mỗi lop

SVT + Cung Tin “âu thú Trang 2

Luan Văn Tốt Nghiệp GSHD : NGÔ DUY CHU _

có một giới hạn nhất định Chẳng hạn, ở lớp K có tối đa là 2 electron hay lớp L

nhiều nhất đến 8 electron.

Hạt nhân có kích thước rất nhỏ so với kích thước của nguyên tử, đường

kính của hạt nhân, 10” m còn đường kính của nguyên tử đến 10”! m, nghĩa là

đường kính nguyên tử gấp 10.000 lần đường kính hạt nhân

Hạt nhân tuy nhỏ nhưng lại chiếm phần lớn khối lượng của nguyên tử Ta

hãy lấy nguyên tử đơn giản nhất là nguyên tử Hyđro là ví dụ : nguyên tử này chỉ

có 1 electron quay xung quanh hạt nhân Ở đây electron có khối lượng m„ = 9,1

* 10°! kg, hạt nhân gồm | proton nang gấp 1836,1 lần khối lượng của electron.

Như vậy ta nhân thấy rằng : hat nhân của nguyên tử H; có đường kính chỉ bằng

10° đường kính của nguyên tử mà lại chiếm đến 99,94% khối lượng nguyên tử,

Năm 1933 nhà vat lý học người Anh Chadwiek đã phát hiện ra Notron là

một hạt có khối lượng xấp xỉ prôton nhưng không mang điện.

Cũng vào thời điểm này, Ivanenco (người Liên Xô) và Heisenberg (ngườiĐức) đã để ra giả thuyết cho rằng: hat nhân của nguyên tử là do hai loại hat bén

vững lâu dài prôton và nơưon hợp lại Ngày nay người ta đã chứng minh được

rằng: hạt nhân được tạo bởi trên 350 loại hạt khác nhau Muyôn, Piôn, Kaon

nhưng các hạt này có đời sống rất ngắn nên không tổn tại

Như vậy, có thể nói rằng : hạt nhân nguyên tử được cấu tạo bởi bai loại

hạt cơ bản là prôton và nơtron, tổng số prôton bằng tổng số electron nên nguyên

tử luôn trung hòa về điện (hai loại hạt này có tên chung là Nucleon)

Nếu gọi Z là số proton (cũng chính là số electron)

N là số nơtron

A là khối lượng số

Ta sẽ có: A = Z+N

Trong vật lý hat nhân, đơn vị khối lượng thường được dùng gọi là khối

lượng nguyên tử : 1,6605810”” kg xấp xi bằng khối lượng một nucleon.

Một hạt nhân được ký hiệu 7X*

X: Kí tự đầu tiên của nguyên tố

Người ta đã tìm ra những chất có cùng nguyên tử số Z nhưng có khối

lượng nguyên tử khác nhau ( khối lượng hạt nhân_ số nơtron khác nhau ) nhữngchất đó có tính chất hóa học khác nhau được gọi là những chất đồng vị

Ví du: Hydro có 3 déng vị ;HÌ; ;HŸ; ;HỲ

Các pon trong thiên nhiên là do sự hợp thành của hai đồng vị

„C} và (trong đó „CÌ chiếm 98,892% còn ¿C” chỉ chiếm 1,108%)

LL Hiện tưng phóng xe :

L_ Dinh nghĩa: Sư phát kiến ra hiện tượng phóng xa do công trình nghiên

cứu của Becquered và hai ông bà Curies di mở ra con đường mới trong lĩnh vực nghiên cứu hat nhân nguyên tử.

Luân Văn Tốt Nghiệp GSHD : NGÔ DUY CHU

“ Hiện tượng phóng xạ là hiện tượng một hạt nhân tự phát biến đổi

thành hạt nhân khác và phát ra những tia gọi là tia phóng xạ dưới tác dụng

của điện từ trường “

Có 4 loại tia phóng xa :

* Tia alpha (a }

Là một dòng hat mang điện dương, mỗi hạt tạo bởi 2 prôton và 2 ndưon,

hat œ chính là hat nhân của nguyên tố Heli Tia a có thể làm ion hóa môi trường

và bị mất dẫn nang lương nên nó có sức xuyên thấu rất kém, không thể xuyên

qua | lá nhôm day Imm l

Chính là dòng các electron, dưới tác dụng của trường chúng bị lệch về

phía cue dương của tu Khả năng đâm xuyên lớn hơn tia œ rất nhiều, có tác dung

ion hóa kém hơn tia a, tia này có vận tốc rất lớn - gần bằng vân tốc ánh sang.

LÃ £ a L8

:

Tia beta công (fF):

Là dòng các electron dương gọi là poziuon, nó có cùng khối lượng với

electron nhưng lại mang điện tích dương, tia này bị lệch về phía cực âm của tụ,

nó cũng có những tính chất tướng tự như tia '

* Tia gamưng ( £ }

Là những sóng điện từ như ánh sáng nhưng có bước sóng ngắn hơn Loai

tia này không mang điện tích nên không bị lệch trong điện trường và nó có khả

năng đâm xuyên rất lớn Chúng chỉ yếu đi rất ít khi xuyên qua một tấm nhôm

dày Smm.

+ # tH £# Hew

2.Sự phân rd hạt nhân và cường độ phóng xạ :

Những hiên tượng vật lý và hóa học mà người ta nghiên cứu từ trước đến

nay như tính dẫn điên, dẫn nhiệt chỉ liên quan đến sự biến đổi của electron bên

SVTSS Oung€T Baio Kaye Trang 4

Luân Văn Tốt Nghiệp GSHD : NGÔ DUY CHU

ngoài hạt nhân mà thôi còn hiên tượng phóng xa có nguyên nhân sâu xa hơn, đó

là sự biến đổi ngay trong lòng hạt nhân nguyên tử

Ta lấy chất phóng xạ Radi làm ví du : Hạt nhân Radi có 88 prôtôn và 138

ndtron, Ra phát ra hạt alpha gồm 2 prôton và 2 notron, lúc bấy giờ hạt nhân tao

thành không phải là Rađi nữa mà là Rađôn.

Ra? ~ gRnTM + sHe* (a)

Bản than Rn cũng là chất phóng xa alpha |

sRn?”? _ xPo?® + ;Hc”

Tổng quát:

ai + z-2¥°"* + a

Chúng ta biết rằng: phóng xạ œ là một đòng các electron Vậy electron

này từ đâu ra ? Ta đừng tưởng rằng electron này là do electron ngoài lớp vỏnguyên tử, mà ta cẩn chú ý rằng: trong một chất phóng xạ B luôn xảy ra biến đổicủa hạt nơưon thành prôton, mỗi nơtron biến thành prôton thì phóng ra một

electron và một hạt không mang điện có khối lượng rất nhỏ +›

»Bi 213 nity Po? + Bp

Sự phân rã a và B có thể biểu thị qua sơ đổ sau :

„Ra? 8øBi 23

B

Rn 2 Po?

Soté phan rã của Ra Seo dé phân rã của Bi

Ngoài ra, còn có hiên tượng phan ra ¢ , hiện tương phân rã này xảy ra là

do một hat nhân khi ở trạng thái kích thích muốn trở vé trạng thái bình thường

(trang thái cơ bản ) hoặc về trang thái kích thích thấp hơn thì sẽ phát ra tia ¢ , sự

phân rã £ thường đi kèm với sư phân rã œ hay j).

VI Th Bio Kaye Trang 5

Luận Văn Tốt Nghiệp GSHD : NGÔ DUY CHU

‘Ta có thể minh họa sự phân rã ¢ bằng sơ đồ phân rã a và fi của Ra - 226

5,7%

,Rn??

Mỗi chất phóng xa được đặt trưng bởi một đại lượng gọi là chu kỳ bán ra

kí hiệu T 1⁄4 - được định nghĩa như sau:

+ Chu kỳ bán rã là thời gian để cho một nửa số hạt nhân của chất phóng

xạ phân rã thành một hạt nhân khác ”.

Như vậy, cứ sau một chu kỳ bán rã thì có một nửa số hạt nhân ban đầu bị

phân rã thành hạt nhân khác, chỉ còn lại một nửa mà thôi.

Ta có đường biểu diễn độ giảm khối lượng của chất phóng xạ theo thời

gian như sau:

Luận Văn Tốt Nghiệp GSHD : NGÔ DUY CHU

Xét tại thời điểm ban đầu t = 0

Khối lượng của chất phóng xạ m,, số hạt nhân là No

_ Ở thời điểm t: khối lượng còn lại m(0, số hạt nhân còn lại N(t)

Đến thời điểm t + dt : khối lượng chất phóng xa còn lại m(t+d0, số

lượng hạt nhân còn lại chưa bị phân rã : N(t+dt)

* Cường độ phân rã phóng xa tại thời điểm t (số hạt nhân bị phân rã tại

thời điểm t trong | đơn vị thời gian) tỉ lệ thuận với N(t) và phụ thuộc vào bản

chất của chất phóng xa (đặc trưng bởi hệ số phóng xạ A của chất phóng xa đó).

T : chu ky bán rã của chất phóng xa (thời gian dé cho một nữa số hạt

nhân ban dau bị phân rã hoàn toàn )

Luân Văn Tốt Nghiệp GSHD : NGÔ DUY CHU

4 Chất phóng xạ tự nhiên và chất đông vị phóng xạ nhân tạo:

Chúng ta đã biết rằng: tất cả các nguyên tố có nguyên tử số Z, > 87 đều có

khả năng phóng xa, chẳng han Ra (Z = 88), U (Z = 92) những chất phóng xa này

gọi là chất phóng xa tư nhiên, ngoài ra trong tự nhiên cũng có một số ít nguyên

tố có nguyên tử số Z < 83 mà vẫn là chất phóng xạ, những chất phóng xa này

thường có chu kỳ bán rã rất dài, cường độ phân rã yếu

Vídụ: Kali(Z= 19), chu kỳ bán rã 1,31 x 10° năm

Indi (Z = 49), chu kỳ bán ra 6,1 x 10 năm

Trong bầu khí quyển còn có một lượng rất nhỏ các chất phóng xa Hidro

(;H)), và Cacbon (gC) hai chất này sinh ra trên thượng ting khí quyển, do tác

dung của tia vũ trụ lên Nitơ trong không khí, sau đó qua một thời gian déu trong

bẩu khí quyển

Năm 1919 nhà bác học người Anh Rutherford đã làm thí nghiệm cho

chùm hat a do chất phóng xa tư nhiên Radi phát ra, đập lên hat nhân của Nitơ,

thấy phóng ra hat proton và hạt nhân Nitơ biến thành hat nhân của nguyên tố

mới là Oxy.

;N" + :He* > oO" + ,HÌ

SEE ưng Th Dito Co Trang 8

Luin Văn Tối Nghiệp GSHD _NGO DUY CHU

Phan ứng trên có thể biểu thị bằng hình vẽ sau :

e prôton

Hạt œ

;O'?

Với phản ứng này Rutherford là người đầu tiên dùng phương pháp nhân

tao để biến đổi chất này thành chất khác.

Đến năm 1934 hai ông bà Joliot Cưievà [rene Curie đã bắn chùm hạt a

lên tấm bia bằng nhôm, kết quả là hạt nhân nhân biến thành hat nhân phốtpho và

ban ra chùm hat notron

7 4 M)

Al + ;He - uP + 0 n!

Điểm đặc biệt ở đầu là phốtpho mới sinh ra cũng là một chất phóng xa, nó

phóng ra những hạt giống như elecưon chỉ khác là nó mang điện tích dương gọi

là pozitron

P” > wi + „ÉP

Nguyên tổ ;sP”' gọi là chất đông vị phóng xạ Hiện tướng phân rã của chất

phóng xa nay gọi là hiện wong phóng xa nhân tao.

Nhờ có sư phóng xa nhân tao con người đã chế tao những chất đồng vị

phóng xa khác nhau rấphong phú và da dang Có những đặc tính rất thuận lợi

phục vu cho khoa học, kỹ thuật.

ILL Các phương pháp đo cường đô phúng xa:

Con người không thể trông thấy cũng như cảm giác được tia phóng xa, nên cin phải có những dung cụ để quan sát hay đo lưỡng chúng Những dung cụ này

đều dựa vào tác dụng ion hóa trực tiếp hay gián tiếp của tia phóng xạ

1 Buông ion hóa;

Đây là dung cu dùng rất phổ biến trong các máy đo dac phóng xa.

_ Luận Văn Tốt Nghie GSHD - NGÔ DUY CHU

Cấu tao gồm có 2 điện cực nối với một nguồn điện, giữa 2 điện cực

là môt chất khí nào đó, điện cực là 2 tấm kim loại phẳng.

Ta giả thuyết 2 tấm cực chưa nổi vào nguồn điện, khi bức xa đi vào giữa 2

cực, các nguyên tử của chất khí sẽ bị ion hóa tao thành cắc electron tư do và các

ion dương Ngừng bức xa, các ion này lại tái hợp và trở thành nguyên tử tung

hòa Bây giờ nếu ta nối 2 tấm cue vào mach điện và thay đối hiệu điện thé bằng

bién trở R; Khí tăng Uyg thì các electron sẽ chạy về cực dương và các ion

dương sẽ chạy về cực ầm, tạo nên dòng điện gọi là dòng ion hóa Dòng điện ion

hóa thường rất nhỏ (vào khoảng 10” A) do đó buồng ion hóa phải được nối với

môt tĩnh điện kế để do dòng điện rất bé này Trị số của dòng điện ghỉ trên tĩnh điện kế tương ứng với liều lượng phóng xa mà bức xạ gây ra Loại budng ion hóa

này dùng để đo liéu lượng phóng xa thông qua dòng điên ion hóa

+ Ống đếm Geiger = Muller :

Đây là loại dụng cụ được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay,

VID+ Trveng Th Baio Kuyt Trang 10

_Luân Văn Tot Nghiệp 7 GSHD : NGO DUY CHU

Ong đếm là mot ống nhỏ A, hình trụ rổng bằng kim loại, mét đấu day

bằng nút cách điện K, làm bằng ébdnic Còn đầu kia có cửa sổ con che, bằng tim

mica E gắn chat vào nút cách điện K có mũi nhon C đấu kia của mũi nhọn nôi

với môt cực của nguồn điện cao thể môt chidu qua điển trở R, cực kia của nguồn

điển nổi với ống kim loai A Như vây, giữa ống A và mũi nhọn C có xuất hiện

một điện trường manh Lúc này, nếu có một hạt mang điện bay qua cửa sổ E vào

trong Ong A nó sẽ ion hóa mot số phân tử khí (do va cham) các electron bị tách

ra khỏi phan tử chay về phía cực dương do có điện trường manh nên vin tốc của

chúng rất lớn Vì thể chúng lại ion hóa những phân tử khác, số electron được giải

phóng ting lên thành một thắc electron Do đó wong ống xảy ra hiến tượng

phóng điện, gây ra trong mạch một dòng điện, ddng điện này có thể được ghi

trực tiếp, hoặc khuyếch đại để làm chuyển vận một máy ghỉ tư động Như vậy ta

có thể đếm chính xác số hạt bay tới một nơi đã cho và theo một phương cho

trước

Ỷ a -~*

Chất nhấp nháy thường dùng để đo bức xa gamma là tinh thể Nati [ôđua,

trong đó có trộn lẫn một lượng nhỏ Tali còn chất nhấp nháy để đo tia alpha là

kém sunphua có pha một lương nhỏ bạc Để do tia bêta người ta dùng chất nhấp

nháy hữu cơ như antraxen, naptalen,

Ống nhàn quang có nhiều loa: kết cấu khác nhau, sau day là nguyên tắc

hoạt đồng của ống nhẫn quang

Khi có bức xa chiếu vào chất nhấp nháy sẽ làm cho chất này phát ra ánh

xáng, các proton của ánh sáng đập lên cực âm làm bat ra các electron, Những

electron đi qua màn chắn rồi đập lên các cực phụ gọi là điết, khi một electron

đập vào điột thì sẽ phát ra 2 hay 3 electron thứ cấp, mỗi electron thứ cấp lại đập

vào điết khác làm cho số electron ngày càng tăng lên rất nhiều Mỗi lin hat

phóng xa đi qua tính thé sẽ có một xung điện đi trong mạch ngoài của đèn điển

tử, xung điện này sau khi khuyếch đại sẽ làm chay máy đếm

So dé tiết bj của mui đếm wip sÍuá

1, Chất nhấp nháy 4 Bộ khuếch đai

2 Ông nhân quang 3 Máy phân tích biên độ

3, Cấp tiền khuyếch đại 6, Máy đếm

2V: Th Bho Kbyte Trang 11

Luin Văn Tốt Nghié GSHD | NGO DUY CHU

Đèn nhân quang điện

Di nốt

Ong đếm nhdp nay

Ở wang thái ban đấu, chất nước trong budng nim đưới áp suất cao để giữ

cho khỏi sôi, mặc dù nhiệt độ đã cao hơn nhiệt đô sôi ở ấp suất khí quyền Nếu

áp suất ha xuống đột ngôi, trong khoảng thời gian đó mà có hạt mang điện tích

bay qua buồng thì nó tao ra trong một vết gồm các bọt hơi, chất lỏng thường

dung ở day là Hidro lỏng và Propan, Điều này cho phép ta quan sát hàng loạt các

phép biển đổi liên tiếp của hat cũng như các phan ứng do hat gây ra

5 Budng Will

Budng Willson là một hình trụ rỗng đây ở wén bằng mỗi nắp thủy tinh,

trong bình có mỏt pitténg Bình có chứa hơi bio hòa của nước hay rượu ở thành

bén có một khe hở hep che bằng lá mica mỏng

“FT Trang Tu Bio Khegtn Ï rang 12

Luin Văn Tốt Nghiệp GSHD : NGO DUY CHU

Khi pitông dot nhiên chuyển xuống dưới, không khí trong bình bị lạnh di

vì bị giãn đoạn nhiệt, hơi nước trong bình wd nên quá bão hòa Lúc dy nếu có

một hat mang điện bay vào buồng, nó sẽ làm ion hóa phan tử khí, những ion này

làm ngưng kết các phân tử nước thành những giọt nhỏ li ti, tạo thành một dai sương mau trắng, vạch rð quỹ đạo của hạt điện tích đó.

Từ đó, ta nhìn từ trên xuống, qua nắp thủy tỉnh của buồng ta có thể quan

sát được quỹ đạo của các hạt mang điện Căn cứ vào quỹ đạo của các hạt này, có

thể tính được khối lượng, năng lương và điện tích của hat

6,Phương_ pháp nhữ Lương

Ngoài các phương pháp trên, người ta còn dùng phương pháp nhũ tương

ảnh dày để ghi các hat Nhũ tương ảnh có chứa một số lớn các tiểu tinh thể vi mô của brômua bạc Một hạt điện tích chuyển động nhanh khi chui vào tiểu tinh thể

sẽ làm phân rã các phân tử AgBr riêng biệt Một chuỗi các tiểu tinh thể như vậy

sẽ tạo nên một ảnh ẩn Khi rửa ảnh Ag kim loai được tái hiên trong các tiểu tinh thể đó và một chuỗi các hat Ag đó tạo thành một vết dài của hat, Dua vào chiéu

đài và độ dày của vết để xác định năng lượng và khối lượng của hat

iesinscbjđifrndidkeesi

Những ứng dung của các chất déng vị phóng xa vô cùng rong lớn và

phong phú, nó có mặt trong tất cả lĩnh vực khoa hoc kỹ thuật và đời sống, nhưng

chung quy lại ta có thể phân biết thành hai hướng ứng dung cơ bản sau:

* Hướng thứ nhất: Dùng đồng vị phóng xa để đánh div nguyên tử

Với hướng ứng dụng này đưa vào cơ sở sau:

Một đồng vị bổn và một déng vị phóng xa của cùng một nguyên tố có

những tính chất giống nhau (tính chất vật lý cũng như tính chất hóa học) nhưng

tính chất phóng xạ thì không giống nhau nhờ tính phóng xa nên dễ dàng phát

hiện được chất phóng xạ — dù với một lượng rất nhỏ - Từ đây muốn theo dõi sư

vin chuyển của một nguyên tố nào đó — chẳng han muốn theo doi sự vận

chuyển của phốtpho trong cây, ta chỉ việc pha vào phân bón một ít phốtpho

phóng xạ, từ đó ta có thể theo dõi được sự vận chuyển chất này lên đến từng bộ

phân của cây.

Phương pháp này rất nhạy, lượng chất phóng xa phát hiện được có thể bé

hơn hàng trăm hay hàng ngàn lan lượng tối thiểu có thể phát hiện có thể phát hiên bằng các phương pháp khác Có thể đánh dấu bằng đồng vị phóng xạ hẳu

hết các nguyên tổ, cho nên phương pháp có thể nói là “van năng” trong các lĩnh

vực khác nhau.

SP Sa Toy Bais Kyte Trang 13

Luin Văn Tốt Nghiệp GSHD : NGO DUY CHU

1 Trong céng nghiép:

1.1 Trong ngành luyện kim:

© Bảo vệ lò cao: Lò cao là một công trình chủ yếu của một khu gang thép,

nén việc bảo vệ nó có vai trò vô cùng to lớn Thành lò và quặng nóng chảy được ngăn cách bởi lớp gach chịu lửa, lớp gach này sẽ bị trôi và nóng din đến lúc

nào đó phải cho lò ngừng hoạt đông để sửa chữa Nhưng làm sao để xác định

được lớp gạch đó mỏng đến mức nào ? Đã đến lúc cin phải sta chữa hay chưa ?

Văn dé này cắn phải xác định một cách nhanh chóng và kịp thời để tránh nhữngđiểu đáng tiếc có thể xảy ra Công việc này được thực hiện nhờ vào đồng vị

phóng xa Hiện nay thường dùng đồng vị Côban để kiểm tra lò, người ta đặt vào trong lớp gach những mẫu Coban ở những đỏ sâu khác nhau Chất đồng vị phóng

Xa này phát ra tia gamma có năng lượng 1,3 wev Trong quá trình hoạt động, lớp

gach bị cháy mỏng dan, để 16 ra mẫu Coban mẫu nảy bị nóng chảy và bị gang cuốn đi, đưa máy đếm lại gắn chỗ cũ sẻ không phát hiên được tia phóng xa Từ

đó, ta sé biết được độ mỏng của lớp gach đến mức nào và từ đó phương hướng

sửa chữa kịp thời Ở day cẩn chú ý rằng : dé phóng xa của Coban phải đủ nhỏ để

không gây nguy hiểm cho công nhân cũng như mọi người

Bên canh vide bảo vệ lò thi công việc kiểm tra hoạt động của lò cũng là

một vấn để đáng chủ ý Ở đây, ding đồng vị phóng xa để đo vận tốc của giỏ

trong lò cao, đến mot lúc nào đó làm vỡ ống thủy tinh dung rađôn ~ chất khí

phóng xa - ong Ông quạt gió vào lò, ở các ống khác nhau trong lò có các ống

để rút không khí và đo đô phóng xa của nó, tính phóng xa này xuất hiện khi khối

lượng khí có rađôn đi tới nó, từ đây có thể tính được vận tốc của không khí trong các phần của lò và từ đó cải tiến hoạt động của lò.

I.2 Trong ngành cơ khí:

Phương pháp này dùng để nghiên cứu sự mòn của kim loại

Sư mòn của dao, tiện là một vấn để quan trọng trong kỹ thuật gia công,

mat khác tất cả các máy móc đều có bộ phân ma sát lên nhau và dắn dắn sẽ bi

bào mòn Vấn để này cẩn được phát hiện kịp thời để thay thế hay sổa chữa

những bộ phân đó.

Phương pháp đồng vị phóng xa có thể phát hiện sư chuyển các nguyên tử

từ mat một vật này sang mat vật khác, hay ngay cả trong trường hợp hai mat ấy

cùng làm bằng môt chất kim loai

Nguyên tắc của phương pháp này là làm cho mat kim loại phải nghiên cứu

ud thành phóng xa, khi mặt này ma sát lên mat kia hoặc lẫn vào dẳu, md dùng

để bôi trơn, nghiên cứu tính phóng xa của mat thứ hai hoặc của dấu, md ta sẽ

biết được sư mòn của mà3⁄thứ nhất.

AUTH Teng To Bio Nxb Trang 14

Luin Văn Tốt Nghiệp GSHD : NGÔ DUY CHU

1.3 Trong ngành công nghiệp nhẹ:

® Đếm sản phẩm : Công nghiệp nhẹ thường sản xuất ra những sản phẩm nhỏ, với số lượng rất lớn Chẳng hạn, ở nhà máy bia mỗi ngày sản xuất ra hàng

ngàn chai bia, nhà máy thuốc lá thì mỗi ngày cho ra hàng vạn điếu thuốc lá !

Làm sao để đếm các sản phẩm này một cách nhanh chóng và chính xác? Vấn dé

được giải quyết một cách tốt đẹp bằng các máy đếm ding đồng vị phóng xa.

Ví như khi đếm các chai bia, có thể làm một bằng chuyển đưa các chai bia

đi ngang qua một nguồn phóng xa béta Mỗi chai bia đi qua sẽ chan tia béta lại,

khong cho lọt vào ống đếm, nghĩa là đã ngất dòng điện chạy qua ống đếm Mỗi

lin ngất như vậy là một lần đếm, từ đó ta sẽ biết được số lượng sản phẩm một

cách nhanh chóng và chính xác.

+ Báo hiệu có khí độc :

Một số ngành công nghiệp phải sử dung những chất đốc hại hay dễ cháy,

dễ nổ, nói chung là rất nguy hiểm Để bảo dim an toàn phải làm sao có cách bảo

hiểm khi chất khí ấy thoát ra tốt hơn cả là làm sao phát hiện kịp thời khi chúng

vữa bị thóat ra Muốn vậy, chỉ có việc đánh dấu chất khí sử dung bằng đồng vị

phóng xạ.

Chẳng han, đánh dấu hơi thủy ngân bằng thủy ngân phóng xa đánh dấu

bisuntua cacbon bằng lưu hòynh phóng xa _Nếu bình chứa hay ống din có chỗ

hư hỏng để thóat ra các chất khí trên thì đồng vị phóng xạ trong chất khí sẽ tác

dung lên các ống đếm đặt trong phòng làm việc, và do đó ta có thể phát hiện kịp

thời để xử lý

Cũng tưởng tư như vay, dùng phương pháp phóng xa có thể phát hiệnnhanh chóng lỗ rò rỉ trong các ống dẫn nước, dẫn diu chỗn sâu dưới lòng đất Đối

với các ống dẫn nước ta có thể tiến hành như sau :

Cho một lượng nhỏ chất phóng xạ (thường là dùng Na - 24 phát ra tia

gamma có độ xuyên thấu lớn) hòa lẫn vào trong nước Nếu ống dẫn có chỗ bị hở,nước sẽ ngấm qua và vào đất mang theo chất phóng xa

Chỗ ống bị đò

Phuit liệu ché dd trong ống dan nite

VT) le Thi Bio Kougte rang 15

Luin Văn Tot Nghiệp GSHD : NGÔ DUY CHU

Bay gid, muốn kiểm tra Ong, chi cin dùng máy do phóng xa di dò, lúc đóchỗ nao bị hư hỏng thì chỗ đó sẽ phát ra tia gamma và mấy do sé ghi nhân được

Nhờ vậy mà người ta có thể nhanh chóng phát hiện ra chỗ dò mà kịp thời sửa

chữa

Còn đổi với trường hợp ống dẫn dẫu chôn sâu hàng chục tới hàng hàngtrăm mét thì người ta dùng may dò theo hình một quả cẩu bằng nhôm, trong quảcẩu này có đặt ống đếm, nguồn điện, bảng tự ghi tỉ wong của qua cầu bằng tỉtrong của dấu Cho hòa tan một lượng nhỏ chất phóng xa vào dầu, ở chỗ đò dâu

sẻ ngim vào đất Khi máy đểm đến chỗ dầu bị ngấm, bức xa gamma sẽ phất ra

và đập vào ống đếm, tín hiệu được ghi băng, nhờ đó mà xác định được chỗ dò

trong ống dẫn dấu

1.4 Trong ngành hóa học :

Bằng phương pháp nguyên tử đánh dấu ta có thể theo dõi được chặt chế sự

vận chuyển của một nguyên tố qua nhiều phản ứng hóa học, nhiều quá trình hóa

lý khác nhau Phương pháp nguyên tử đánh dấu rất nhay, giúp ta theo đõi đượcnhitng lượng nguyên tố vô cùng nhỏ bé, diéu này rất quan trọng đối với việc chếtạo mot sở vật liêu như chất bán dẫn chẳng han, có tính chất thay đổi rất nhiều

khi nó chứa tạp chất dù là với lương rất nhỏ.

Nghiên cứu chất xúc tic :

Quá trình tiến hành của các phản ứng hóa hoc với chất xúc tác thường rất

khó hiểu Trong mot số trường hợp phương pháp nguyén tử đánh dấu đã giúp

con người xác định được quá trình dy

Chẳng han, một phương pháp điều chế nhiên liệu tổng hợp rất phổ biến lũ

diéu chế cacbua hydro từ ôxyt cacbon và hydro, dùng sắt hay côban làm chất xúc

tác, Trước day người ta cho rằng : ôxyt cacbon tác dụng với sắt thành cacbua sắt,

chất wung gian này có phản ứng với hydro và tạo thành cacbon hydro Nhưng do

Oxyt cacbon phóng xa tic dung với sắt thì không thấy chất xúc tác này trở thànhphóng xạ, nghĩa là không có cacbua sắt tạo thành Trong một thí nghiệm khác,

người ta cho thêm vào chất xúc tác một ít cacbua côban phóng xa Vậy là phản ứng không đi qua khâu trung gian, mà thực hiên bằng tương tác trực tiếp của

ôxyt cacbon và hydro.

2 Trong nông nghiệp :

Phương pháp này đã giúp cho các nhà nóng học nghiên cứu hiệu quả các

phương pháp bón phân cho cây và tìm ra phương pháp bón tốt nhất

Phân lân, phân đam và phân kali là những loại phản thường dùng trong

nông nghiệp Trong phân bón có nguyên tố phốpho nhưng là phốtpho ổn định

ˆ

© FFs Trung Te Bho King iain

Luận Văn Tối NghpÐ — —- GSHI) - NGO DUY CHU

(p'') Ta trôn lẫn vào phân một ít phốpho phóng xa (p”) phat ra tua béta, ning

lượng 1,72 Mev, chu kỳ bán ri 14,3 ngày Sau một thời gian ta lấy từng phan của

cây như lá, thần _ các bộ phận của cây hấp thu nhiều hay it, để từ ma đó xác

định được cách bón phân và thời gian bón phan thích hợp.

Vị dụ: Ngõ hấp thu phân phôphat chủ yếu trong thời ky đấu của su sinh

trưởng, vé sau ré đâm sâu hút phốpho cẩn thiết từ lớp đất ở đưới, cho nên không

cần phải bón phân phốtphát trong thời kỳ sau Ngược lại, khoai tây lại hấp thụphản phốtphát trong cả thời kỳ sinh trưởng

Viên nghiên cứu nông nghiệp thuộc viên hàn lâm khoa hoc Uzobekixtan

đã dùng phương pháp đồng vị phóng xa p” phát hiện được ring : Lúc cây bông

có quả, gắn đến lúc thu hoạch nếu tiếp tục bón phân dưới gốc cây thì cây không

hấp thụ Nhưng nếu đem phân hòa vào nước, phun lên lá cây thì thay cây hấp thụ

phần rất nhiều, chứng tỏ lúc quả bông gan chín thì rễ không hút phân nữa mà lá

lại hút phân manh, do đó, mà có thể đưa ra phương pháp bón phân thích hợp nhất

cho các nhà nông nghiệp.

Muốn nghiên cứu cách bón phân Kali thì có thể dùng chất đồng vị phóng

xa KỶ, Đối với phân đam có thể dùng chất đồng vị phóng xa N"*

Ngoài ra, phương pháp đồng vị phóng xa còn có thể nghiên cứu tốc đô lưu

thong của các chất dinh dưỡng trong cây trồng và ảnh hưởng của môi wun g

xung quanh đối với tốc độ này

Chẳng han, độ lưu thông của P` tử đưới lên trên trong trường hợp không

khí ẩm ướt, bão hòa hơi nước là 94 ~ 102 cm⁄h Tốc độ trung bình là 60 cm/h

Trong trường hợp không khí khô thì tốc đô lưu thông tối đa của PTM từ rễ lên có

thể đến 225 - 280 cm/h

2.2 Nghiên cứu quá trình quang hợp:

Su quang hợp là hiện tượng cây cối nhờ có chất diệp tô, dưới tác dung của

ánh sáng mặt trời, hấp thụ được than khí CO; trong không khí, CO: hóa hợp với

nước tạo nên chất hữu cớ trong cơ thể thực vật.

6CO; + 6HO -> C⁄¿ằH;O, + 6 O;

Đây là quá trình quan trong nhất cho toàn bộ cuộc sống trên trái đất

Muốn nghiên cứu quá trình quang hợp người ta dùng chất déng vi phóng xa CTM,

chu kỳ bán ra 5720 năm, phát ra tia béta, nang lượng 0,155,œv Chỉ việc cho

thêm một it than khí CO, chứa cacbon phóng xa (C1) thay cho cacbon thường (C}) vào không khí trong một buồng kín rồi trồng cây ở trong buồng ấy Dùng

mốt máy chụp ảnh thủy tinh, chụp lá cây Dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời,

sẽ xảy ra quá trình quang hợp tạo các hợp chất của cacbon Những chất này có

thể dùng ống đếm để phát hiện được Do đó, mà biết được quá trình quang hợp

được tiến hành như thế nào ? Từ đó sé nghiên cứu được biên pháp thích hợp

nhằm tảng nang suất cây trồng.

2+ ©weaSTk(áoCKhuuen Trang 17

Luận Văn Tốt Nghiệp _— _ G§HD: NGÔ DUY CHU

Bằng phương pháp nguyên tử đánh dâu, người ta cũng đã nghiên cứu được

sư phan bố của các sản phẩm quang hớp trong cây khoai tay Thí nghiệm chứng

tỏ rằng : thời gian chiếu sáng vào cây ảnh hưởng đến sư phân bố ấy.

Nếu chiếu sáng vào quá nhiều, thi sản phẩm quang hợp tập wung vào lá,

lá sẽ phát triển mạnh, củ nhỏ Còn chiếu sáng vừa phải thì sản phẩm quang hợp

tip trung vào củ làm cho củ sẻ to lén.

Nói chung phương pháp nguyên tử đánh dấu đã giúp cho môn sinh lý thuc vat phát triển hơn và quan trong nhất là vấn dé làm tầng sản lương thưc phẩm —

một vấn để được đặt ra hàng đầu trong nên nông nghiệp,

2.3 Trong ngành chan nuôi:

Đánh dấu bằng đồng vị phóng xa các thức an khác nhau của gia súc, có

thé xác định được các thứ an dy được tiêu hóa như thé nào ? Do đó sẽ chon

được thức än tốt nhất cho gia súc.

Bằng phương pháp nguyên tử đánh dấu, người ta cũng đã chứng minh

được ring : các chất trong lòng đỏ trứng gà đã được tao ra từ những thức ăn mà

nó ân cách đó trong vòng môi thing, những vỏ của quả trứng được tao nên từ

chất vôi nó ăn trong ngày hôm đó Hay như con cừu, muốn nó cho sản phẩm len

tốt thì trong thức an của nó phải có một lương dong nhất định Từ đó mà ta có

cách cho thức ân thích hợp để có được sản phẩm tốt nhất.

3 Trong v học :

Phương pháp nguyên tử đánh dấu còn được áp dụng dé nghiên cứu sinh lý

con người, đặc biết là sự văn chuyển và tập trung của các chất trong cơ thể.Chẳng hạn người ta đã thấy rằng : trong cơ thể chất iốt chủ yếu tập trung vào tủy

xương Những hoạt đông sinh lý phức tạp như hoạt đông của hệ thắn kinh cũng được nghiên cứu bằng phương pháp nguyễn tử đánh dấu, và biết được trong vỏ

não thì lúc ngủ, các quá trình sinh hóa tổng hợp chiếm ưu thể so với các quá trình

phân rã Do đó những hoạt đông của trí óc sẽ được phục hồi sau khi ngủ

3.2 Chẩn đoán bệnh:

Có một số bệnh có thể chẩn đoán bằng đồng vị phóng xa Chẳng hạn như

việc chẩn đoán bệnh về tuyến giáp trang, hấp thu chất lốt của máu và tổng hợp

ra một kích thích tố đóng vai trò quan trong trong cơ thé

Việc sử dụng iốt phóng xa để chuẩn đoán bênh vẻ tuyến giáp trạng là môt

trong những ứng dung được phổ biến trong việc dùng chất đồng vị phóng xa.

Để chuẩn đoán bệnh trang người ta cho bệnh nhân uỏng thuốc có pha mot

it KI (1 °”') rổi để ống đếm ở sát họng Ống đếm sẽ ghi tia gamma của iốt tập

trung din din vào tuyến giáp trang và người ta vẽ đường cong biểu điển sự tập

VETF> he Te Baio Khuyte tang t

Luận Văn Tốt Nghiệp GSHD : NGÔ DUY CHU

trung ấy Nếu đường cong lên cao nhanh quá (hay chim quá) thì tức là tuyến

giáp trang hoạt động khong bình thường

Ngoài ra, đồng vị phóng xạ còn được dùng để chuẩn đoán bệnh ung thư,

bởi các tế bào ung thư hấp thụ những chất như iốt, photpho mạnh hơn các tế bào

lành Nếu cho người bệnh uống hợp chất chứa I '”' phóng xạ , lúc đó dùng ống đếm để xác định sự tập trung bất thường của iốt và từ đó sẽ tầm ra chỗ ung thư.

Tương tự, bệnh ung thư xương có thể phát hiên sớm bằng chất gali phóng

xạ.

3.3 Nghiên cứu côn trùng:

Côn trùng là loai động vật rất phổ biến trên trái đất chúng gây ra những

thiết hai to lớn cho con người Cho nên việc tiêu diệt chúng là một vấn để can

thiết Muốn tiêu diét thì trước hết cẩn phải nghiên cứu điều kiên sinh sống của

chúng, những yếu tố khó khăn hay thận lợi cho chúng phát triển Vấn để này

được giải quyết nhanh chóng và có hiệu quả bằng phương pháp dùng các đồng vị

phóng xa.

4 Ứng dụng trong các ngành khác :

Trong các tia vũ ưu luôn có các notron năng lượng lớn, những nơưon nà›

đập vào các hat nhắn nitở và tao ra cacbon có tính phóng xa (C) theo phản ứng:

JNH + on - C" + ,HÌ

Chính từ trong bdu khí quyển luôn có cacbon phóng xa nên tất cả sinh vật

trên wai đất đều hấp thu nguyên tố này Quá trình tạo cacbon phóng xạ tiếp diễn

liên tục Mặc dù CTM có chu kỳ bán rã là 5700 năm nhưng luôn có cacbon phóng

xa mới sinh ra, do đó lượng cacbon phóng xa trong không khí luôn không thay

đổi Tuy cacbon phóng xa sinh ra ở đô cao 16km, nhưng qua nhiều nim gió đã

tồn lẫn làm cho nó được phân bố đều trong khí quyển.

Cacbon bị đốt cháy trong khí quyển sinh ra khí cacbonic :

C° + 0: + CO;

Dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời, cây cối hấp thụ cacbonic và hơi

nước tao nên các tế bào thực vật, quá trình này gọi là quá trình quang hợp

Nhờ quá trình quang kợp, trong cơ thể thực vật luôn có cacbon phóng xạ

dưới dạng : cloroplinle, lipide, protide _ Đây chính là nguồn lương thực, thựcphẩm cho người và động vật Do đó mà trong cơ thể mọi sinh vật đểu có

cacbon phóng xạ.

Khi sinh vật còn sống số lượng cacbon phóng xa không thay đổi, và

không ngừng có sự thay đổi giữa cơ thể sinh vật và môi trường bên ngoài.

Nhưng khi sinh vật chết di thì ngay lúc đó sinh vật ngừng hấp thụ cacbon

SOIR: Towra Tw Bic Khen