Bức xạ hạt nhân và một vài ứng dụng

Các phương pháp ghi nhận bức xạ hạt nhân và tia vũ trụ được sử dụng ngày nay rất đa dạng nhƣng không phải là vạn năng. Đối với mỗi bài toán cần phải chọn một phƣơng pháp thích hợp nhất. Muốn vậy nhà thực nghiệm phải có sự hiểu biết về tính chất vật lí của các đối tượng cần ghi nhận về nguồn gốc của bức xạ hạt nhân và tính chất chung của chúng.

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA VẬT LÝ NGUYỄN THI NGUYỆT BỨC XẠ HẠT NHÂN VÀ MỘT VÀI ỨNG DỤNG Chuyên ngành: Vật lí lí thuyết KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: Th.S NGUYỄN MINH VƢƠNG HÀ NỘI - 2014 LỜI CẢM ƠN Sau mt thi gian thc hin, bn khóa lun: “Bức xạ hạt nhân và một vài ứng dụng” c hoàn thành. Tôi xin bày t lòng bin ThS. Nguyễn Minh Vương, thn tình trc ting dn, ch bo tôi trong sut quá trình thc hin khóa lun này. Tôi xin trân trng cy, cô giáo trong khoa Vng ng dy ch dn tôi trong quá trình hc tp tng. i li c, tu kin thun li cho tôi trong thi gian hc tp và thc hi tài. u c gng trong quá trình thc hin, song khóa lun khó tránh khi nhng thiu sót. Tôi rt mong nhc s góp ý, ch bo ca các thy, cô, bn bè và nhi quan tâm. Tôi xin trân trng c ĐHSP Hà Nội 2, ngày 15 tháng 05 năm 2014 Sinh viên Nguyễn Thị Nguyệt LỜI CAM ĐOAN  m bo tính trung thc ca khóa lu Khóa lun: “Bức xạ hạt nhân và một vài ứng dụng” là công trình nghiên cu c    c thc hi i s ng dn ca ThS. Nguyễn Minh Vương. Các kt qu trình bày trong khóa lun là trung thc và c công b trong b ng mi s  cho vic thc hin khóa luc c và các thông tin trích dn trong khóa luc ch rõ ngun gc. ĐHSP Hà Nội 2, ngày 15 tháng 05 năm 2014 Sinh viên Nguyễn Thị Nguyệt DANH MỤC CÁC BẢNG Số bảng Tên bảng Trang 2.1 Các thông s i vi mt s cht làm chm 26 3.1 Các ng dng ch yu bng bc x và các di liu tng 28 3.2 Ling do chiu x y hc 30 3.3 Mt s ng v phóng x s dng trong y t 33 3.4 Mt s ng v phóng x s dng trong công nghip 37 3.5 Mt s ng dng s lý bng bc x 40 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ Số hình Tên hình Trang 2.1 Quá trình truyng ca ht alpha 10 2.2 Quãng chy ca ht beta 11 2.3  ion hóa riêng ca ht beta 13 2.4 S ph thuc quãng chy ca hi vi mt s cht thông dng 16 2.5 S ph thuc quãng chy ca ht beta  b dày m ng 17 2.6a Hiu n 20 2.6b Tit din hiu n ph thung gamma 20 2.7a Hiu ng compton 21 2.7b  tán x gamma lên electron t do 21 2.8 Hiu ng sinh cp electron  positron 23 MỤC LỤC Trang LI C L M U 1 NI DUNG 3 U CHUNG V BC X HT NHÂN 3 VÀ CÁC LOI BC X HT NHÂN 3 1.1. Bc x ht nhân là gì? 3 1.2. Các loi bc x ht nhân 4 1.2.1. Bc x alpha () 4 1.2.2. Bc x  5 1.2.3. Bc x  6 1.2.4. Bc x neutron 7 1.2.5. Bc x tia X 8 T VT LÝ CA CÁC TIA BC X 9 a ht anpha vi vt cht 9 2.1.1. Quá trình truyng ca ht alpha 9 2.1.2. Quãng chy ca ht alpha trong vt cht 11 a ht beta vi vt cht 12 2.2.1. S ion hóa (Ionization) 12  ion hóa riêng (Specific ionzation) 13 2.2.3. H s truyng tuyn tính (LET) 14 2.2.4. Bc x hãm (Brensstrahlung) 15 2.2.5. Quãng chy ca ht beta trong vt cht 15 a tia X và tia gamma vi vt cht 18 2.3.1. S suy gim bc x ng 18  a tia X và tia gamma vi vt cht 19 2.3.2.1. Hiu n 19 2.3.2.2. Hiu ng Compton 21 2.3.2.3. Hiu ng sinh cp electron - positron 22 ng tác ca neutron vi vt cht 23 2.4.1. S suy git cht 23 2.4.2. S làm chm neutron do tán x àn hi 24 2.4.2.1. Tham s va chm  25 2.4.2.2. S va chm S 26 2.4.2.3. Hp th neutron 27 NG DNG CA CÁC NGUN BC X 28 3.1. Các ng dng ca ngun bc x trong y t 28 3.1.1. X  chu 29 3.1.2. X tr bng chùm tia 31 3.1.3. X tr bng ngun áp sát 32 c cht phóng x  chu tr bnh 32 3.2. Các ng dng ca ngun bc x trong công nghip 33 3.2.1. X hình công nghip 33  dày sn phm 34  vt cht và n dung dch 35 c 35 n neutron 36 3.3. Các ng dng khác ca ngun bc x 37 3.3.1. ng da cht 37 3.3.2. ng dng trong nông nghip 38 3.3.3. ng dng trong ngành hi quan 38 3.3.4. ng dng trong bo qun, kh trùng và bin tính vt liu 39 KT LUN 41 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài t cht phóng x là mt b phn không th tách ri trái t ca chúng ta, nó tn tt. Các cht phóng x tn ti trong t nhiên, có trên mt, có trong không khí và thc phm. C  ca chúng ta bao gu cha các nguyên t phóng x có trong t nhiên t  t. Bc x mà chúng ta nhc t c g hay bc x .  chiu bi các bc x nhân to. n bc x h c s dng ngày nay rng nhi là v i vi mi bài toán cn phi chn mp nht. Mun vy nhà thc nghim phi có s hiu bit v tính cht vt lí cng cn ghi nhn v ngun gc ca bc x ht nhân và tính cht chung ca chúng. Vic ghi nhn v bc x hc thit k tt c các h ht n ng, bung bo v che chn bc xng v thuc ma bc x ht nhân vi vt cht, c   a các h ht nhân      hi c nguyên tc hong cbc x ht nhân, các hing hp th trong quá trình ghi nhn bc x ht nhân và các v v an toàn bc x cn phi nm v ng nht ca bc x ht nhân vi vt cht. n bc x nói chung và bc x ht nhân nói riêng mi n tác hi ca nó. Tác hi ca bc x hc th hin rõ rt qua hu qu hai qu bom nguyên t mà M th xung Nht Bn trong chin tranh th gii th II. Và gt là thm hn h  Tuy nhiên, phc v cuc sng nhm kéo dài và nâng cao 2 chng cuc s a mi ngành khoa hc chân chính. Bc x ht nhân khi s dng vi mi hoc trong nhng s c không kim soát thì nó có tác hi vô cùng to l dng vi mc i thin, nâng cao chng và giúp ích cuc sng thì bc x ht nhân có nhiu ng dng quan trng. Vì vn hành nghiên cu  tài: Bức xạ hạt nhân và một vài ứng dụng. 2. Mục đích nghiên cứu  tài v bc x ht nhân cho vic nghiên cu các ng dng ca bc x ht nhân làm tài liu phc v hc tp. 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu - ng nghiên cu: Bc x ht nhân. -Phm vi nghiên cu: Tính cht và ng dng ca các loi bc x ht nhân. 4. Nhiệm vụ nghiên cứu  thc hin mnhim v nghiên cu nhng v sau: - Các loi bc x ht nhân và tính chn ca chúng. - a bc x ht nhân vi vt cht. - Mt s ng dng ca bc x ht nhân. 5. Phƣơng pháp nghiên cứu u tài liu, phân tích tng h  pháp trong ngành vt lý lý thuyt. 6. Cấu trúc khóa luận Ngoài phn m u và kt lun khóa lun g C 1: Tìm hiu chung v bc x ht nhân và các loi bc x ht nhân. C 2: Tính cht vt lý ca các tia bc x. C 3: ng dng ca các ngun bc x. 3 NỘI DUNG CHƢƠNG 1. TÌM HIỂU CHUNG VỀ BỨC XẠ HẠT NHÂN VÀ CÁC LOẠI BỨC XẠ HẠT NHÂN 1.1. Bức xạ hạt nhân là gì? Mi vc cu to t nguyên t. Khng nguyên t tp trung  phn ht nhân nguyên t  ln ca nó ch bng mt phn t ca nguyên t. Xung quanh ht nhân hng trng, ngoi tr nhng phn t rt nh n tích âm quay xung quanh hc gi là electron. Các electron quynh tính cht hóa hc ca mt cht nhnh. Nó không liên quan gì vi ho phóng x. Ho phóng x ch ph thuc vào cu trúc ht nhân. Mt nguyên t nh bi s ng proton trong ht nhân. Hydro có 1 proton, Heli có 2 proton, Liti có 3 proton, Berili có 4 proton, Bo có 5 proton, Cacbon có 6 proton. S ng proton nhit nhân nng proton và c xem là nhng nguyên t siêu Urani. S     nh ht nhân có mang tính phóng x hay   các ht nhân  nh, s     u ht mi ng hu phi l ng proton mt ít.  các ht nhân nh     t vi nhau bi lc hút rt mnh ca ht nhân mà không phn t ng hy, ht nhân s tn ti bn vng. Tuy nhiên mi vic s kháu s t khi mc cân bng hp này, thì ht nhân s  n là s không liên kc vi nhau. Sm hay mui x ph Ht nhân khác nhau thì vic gi i dn t và các dòng phân tng c gi là bc x. [...]... Các loại bức xạ hạt nhân Các nguồn phóng xạ (bao gồm các nguồn phóng xạ và các thiết bị bức xạ) phát ra các hạt bức xạ nhƣ hạt alpha, beta, gamma và neutron 1.2.1 Bức xạ alpha () Các hạt  là hạt nhân của nguyên tử heli (4He) do các chất phóng xạ phát ra Bức xạ  đƣợc phát ra bởi các nguyên tử của các nguyên tố nặng nhƣ Uran, Radi, Radon và Plutoni Thí dụ Radi biến thành Radon và phát ra các hạt :... của bức xạ Bảng 3.1: Các ứng dụng chủ yếu của bức xạ và các dải liều tƣơng ứng Ứng dụng Dải liều áp dụng Y tế - chẩn đoán 10 – 100 mGy Y tế - điều trị 1 – 10 Gy Công nghiệp - thực phẩm và nông nghiệp 0,1 – 10 KGy, hoặc cao hơn Công nghiệp – khử trùng 10 – 30 kGy Công nghiệp – biến tính vật liệu 50 -100 kGy, hoặc cao hơn 3.1 Các ứng dụng của nguồn bức xạ trong y tế Việc ứng dụng kĩ thuật hạt nhân vào... các hạt nhân hoặc gây ra tia gamma 7 hay các hạt điện tích thứ cấp gián tiếp gây ra bức xạ ion hóa Neutron có sức xuyên mạnh hơn tia gamma và chỉ có thể bị ngăn chặn lại bởi tƣờng bê tông dày, bởi nƣớc hoặc tấm chắn Paraphin Bức xạ neutron chỉ tồn tại trong lò phản ứng hạt nhân và các nhiên liệu hạt nhân 1.2.5 Bức xạ tia X Tia X có những đặc điểm tƣơng tự nhƣ tia γ, nhƣng bức xạ γ đƣợc phát ra bởi hạt. .. lƣợng của hạt nhân phát bức xạ và hạt nhân là sản phẩm phân rã Theo nghĩa này, các hạt  đôi khi còn đƣợc gọi là các hạt quãng chạy ngắn hoặc quãng chạy dài so với các hạt đƣợc tạo thành khi chuyển từ trạng thái cơ bản của hạt nhân mẹ về trạng thái cơ bản của hạt nhân con Chẳng hạn, hạt  xuất hiện trong kết quả phân rã  từ trạng thái kích thích của hạt nhân mẹ về trạng thái cơ bản của hạt nhân con... neutron và vật liệu hấp thụ mạnh neutrron nhiệt nhƣ Bo10 hay Cd113 để hấp thụ neutron nhiệt 27 CHƢƠNG 3 ỨNG DỤNG CỦA CÁC NGUỒN BỨC XẠ Các nguồn bức xạ đƣợc ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp, y tế, địa chất, nông nghiệp, giao thông, xây dựng,…Ở đây trình bày một cách tóm lƣợc các ứng dụng trong y tế, công nghiệp và một vài ngành khác Bảng 3.1 dƣới đây chỉ ra các mức liều khác nhau đối với các ứng dụng. .. keV/  m 2.2.4 Bức xạ hãm (Brensstrahlung) Khi hạt β đến gần hạt nhân, lực hút Comlomb mạnh làm nó thay đổi đột ngột hƣớng bay ban đầu và mất năng lƣợng dƣới dạng bức xạ điện từ, gọi là bức xạ hãm, hay Brensstrahlung Năng lƣợng bức xạ hãm phân bố liên tục từ 0 đến giá trị cực đại bằng động năng của hạt β Khó tính toán dạng của năng lƣợng phân bố các bức xạ hãm nên ngƣời ta thƣờng sử dụng các đƣờng... vụ tai nạn ở nhà máy điện hạt nhân Chernobyl năm 1986, các tia β mạnh đã làm cháy da những ngƣời lính cứu hỏa Nếu các bức xạ β phát ra trong cơ thể nó có thể chiếu xạ trong lên các mô trong đó 1.2.3 Bức xạ gamma (γ) Bức xạ γ là dạng năng lƣợng sóng điện từ Mỗi động tác phân rã phóng xạ phát ra hạt tích điện đều dẫn tới sự hình thành một hạt nhân là sản phẩm phân rã Thƣờng hạt nhân mới này đƣợc hình thành... tác của bức xạ với vật chất, năng lƣợng của tia bức xạ đƣợc truyền cho các electron quỹ đạo hoặc cho hạt nhân nguyên tử tùy thuộc vào loại và năng lƣợng của bức xạ cũng nhƣ bản chất của môi trƣờng hấp thụ Các hiệu ứng chung khi tƣơng tác của bức xạ với vật chất là kích thích và ion hóa nguyên tử của môi trƣờng hấp thụ 2.1 Tƣơng tác của hạt anpha với vật chất 2.1.1 Quá trình truyền năng lƣợng của hạt alpha... lại là một tác hại rất nguy hiểm đối với nhân viên y tế, ngƣời bệnh và môi trƣờng Các ứng dụng chính của các nguồn bức xạ trong y tế là: xạ hình để chuẩn đoán, xạ trị bằng chùm tia, xạ trị bằng nguồn áp sát và dùng dƣợc chất phóng xạ để chẩn đoán và điều trị bệnh 3.1.1 Xạ hình để chuẩn đoán Nguyên tắc xạ hình để chuẩn đoán dựa trên hiệu ứng hấp thụ của chùm tia X và tia gamma khi đi qua cơ thể Chiếu chùm... Rn + 2 He Các hạt  cũng đƣợc phát ra từ một số chất phóng xạ nhân tạo Những chất này nằm ở giữa hoặc cuối bảng tuần hoàn các nguyên tố (Gd, Tb, Pu, Am, …) Năng lƣợng của hạt  đƣợc phát ra bởi các hạt nhân phóng xạ khác nhau nằm trong vùng từ 3 đến 9 MeV Các đồng vị phóng xạ khác nhau có thể phát ra một hoặc một số nhóm hạt  đơn năng Năng lƣợng của một nhóm hạt  đã cho thì phụ thuộc vào trạng thái . KHOA VẬT LÝ NGUYỄN THI NGUYỆT BỨC XẠ HẠT NHÂN VÀ MỘT VÀI ỨNG DỤNG Chuyên ngành: Vật lí lí thuyết KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: Th.S NGUYỄN. x  -1 4, Photpho-32, Stronti-90. P 32 15  e 0 1 + S 32 16 Các electron phát ra trong phân rã ca các ht nhân phóng x c gi là các ht  - ( e 0 1 ). Khác. luc ch rõ ngun gc. ĐHSP Hà Nội 2, ngày 15 tháng 05 năm 2014 Sinh viên Nguyễn Thị Nguyệt DANH MỤC CÁC BẢNG Số bảng Tên bảng Trang 2.1 Các thông