bài giảng vật lý hạt nhân cơ sở

Phân tích được cấu tạo ng tử và hạt nhân ng tử để hiểu rõ bản chất HT phóng xạ, các dạng phân rã, quy luật phân rã px. Phân biệt được các loại tia phóng xạ: nguồn gốc, bản chất, các đặc điểm của tia phóng xạ. Vận dụng các cơ chế và đặc điểm của tương tác giữa các tia và vật chất để hiểu rõ các kỹ thuật ghi đo px, các biện pháp để phòng tránh tác hại của tia phóng xạ (an toàn bức xạ ). Nguyên Tử: Mọi vật đều do các phần tử hết sức nhỏ bé riêng rẽ hợp thành: Nguyên tử. Nguyên tử là phần tử nhỏ bé nhất không thể chia cắt được. Nguyên tử có cấu tạo phức tạp gồm các electron mang điện âm và hạt nhân mang điện dương.

VẬT LÝ HẠT NHÂN CƠ SỞ GS.TS.TSKH Phan Sỹ An Trường Đại học Y Hà Nội MỤC TIÊU Phân tích cấu tạo ng tử hạt nhân ng tử để hiểu rõ chất HT phóng xạ, dạng phân rã, quy luật phân rã px Phân biệt loại tia phóng xạ: nguồn gốc, chất, đặc điểm tia phóng xạ Vận dụng chế đặc điểm tương tác tia vật chất để hiểu rõ kỹ thuật ghi đo px, biện pháp để phòng tránh tác hại tia phóng xạ (an tồn xạ ) CẤU TẠO NGUYÊN TỬ - MẪU HÀNH TINH NGUYÊN TỬ Nguyên Tử: - Mọi vật phần tử nhỏ bé riêng rẽ hợp thành: Nguyên tử - Nguyên tử phần tử nhỏ bé chia cắt - Nguyên tử có cấu tạo phức tạp gồm electron mang điện âm hạt nhân mang điện dương : CẤU TẠO NGUYÊN TỬ - MẪU HÀNH TINH NGUYÊN TỬ Mẫu hành tinh nguyên tử Rutheford (1911): - Ở tâm nguyên tử có hạt nhân mang điện dương kích thước nhỏ d= 10-13 – 10-12cm - Các electron mang điện âm quay xung quanh hạt nhân - Điện tích dương hạt nhân = tổng số điện tích âm : Valence electron - - - - + ++ + + + + ++ - K-shell (n=1, strongly bound) - L-shell (n=2) - - M-shell (n=3, weakly bound) Cấu tạo hạt nhân nguyên tử - Proton (P): Là hạt mang điện dương giá trị tuyệt đối điện tích electron q=1,6.10-19 Có m = 1,00759 đvnt (m hạt nhân H nhẹ) - Nơtron (N): Là hạt trung hồ điện có m>m prơton = 1,00898 đvnt; 1đvnt = 1,66 10-24g) Cấu tạo hạt nhân nguyên tử Số Proton hạt nhân số Z nguyên tố (số thứ tự bảng tuần hoàn M) Tổng nucleon số khối hạt nhân ký hiệu A Số A= P+N Những hạt nhân có số P(Z) số N khác gọi hạt nhân đồng vị Hiện ta có 300 đv tự nhiên gần 1000 đvpx nhân tạo Định luật hấp thụ xạ ion hố • Do q trình tương tác khi: xuyên qua v/c : E , mật độ , cường độ chùm tia giảm • Tuỳ theo b/c,đặc điểm loại tia mà quy luật giảm khác Đối với tia anpha: • Quỹ đạo v/c đường thẳng • E giảm dần dừng lại • Quy luật giảm mật độ tia J sau : J = Jo x J = x > x Định luật hấp thụ xạ ion hoá : a Đối với tia α J = Jo x < R J = x ≥ R Trong R quãng chạy chùm tia α vật chất mà qua Định luật hấp thụ xạ ion hố : b Tia bêta âm, dương: •Giảm Cường độ lệch hướng bị hấp thụ sau tương tác •Nó dừng lại v/c E giảm Bằng E chuyển động nhiệt •Hệ số hấp thụ khối phụ thuộc vào E cực đại hạt bêta chùm tia Định luật hấp thụ xạ ion hoá c Đối với tia β ± , tia γ , tia X I = I0 e-µx.x d=x.ρ µ =τ+σ+χ (1.10) Trong : µ hệ số hấp thụ khối (toàn phần) tia γ , tia X τ hệ số hấp thụ theo hiệu ứng quang điện σ hệ số hấp thụ tán xạ Comtơn χ hệ số hấp thụ theo hiệu ứng tạo cặp 3 Liều lượng xạ a Các khái niệm liều lượng xạ Liều lượng hấp thụ rad = 0,01 Gy hay Gy = 100 rad Quy luật hấp thụ, giảm cường độ • Quỹ đạo, quãng chạy • Sự tán xạ, xạ hãm • Sự hấp thụ: I=I0.e-µx Liều lượng xạ Liều chiếu: R = 2,57976 10-4 C/kg hay C/kg ≈ 3876 R 2,09 x 109 x 34ev / cặp ion = 7,1 x 1010eV Trong g khơng khí là: Trong g nước là: 5,4 x 1010eV= 87,7 erg ≈ 0,877 rad x 1,12 = 6,08 x 1013 eV = 97,4 ≈ 1rad 1,12 tỉ số điện tử g nước/1g khơng khí Hệ số Kγ nguồn cm 1mCi - Kγ = Suất liều Liều lượng xạ Ngồi dùng đơn vị rad/s, rad/h ∆Q Liều lượng chiếu: Dc = ∆t R = 2,57976 10-4 C/kg hay C/kg ≈ 3876 R Pc = ∆Dc ∆t 2,09 x 109 x 34ev / cặp ion = 7,1 x 1010eV 1000 7,1 × 10 eV × Trong g khơng khí là: 1,293 10 1rad = mg mg = 5,4 × 1013 eV = 1,14 R 0,877 Trong g nước là: 5,4 x 1010eV= 87,7 erg ≈ 0,877 rad x 1,12 = 6,08 x 1013 eV = 97,4 ≈ 1rad 1,12 tỉ số điện tử g nước/1g khơng khí Các đơn vị đo *) Liều chiếu: Là đại lượng đo xạ dựa vào khả ion hóa xạ Đơn vị đo liều chiếu: C/kg (Culong/kg) R (Roentgen).1C/kg = 3780 R *) Liều hấp thụ: - Là lượng mà xạ nhường cho đơn vị khối lượng chất hấp thụ thời điểm khảo sát - Đơn vị đo J/kg ( Jun/kg) = Gy (Gray) Rad (Radiation absorbed dose Gy = 100 rad Liều lượng xạ a Các khái niệm liều lượng xạ •Liều lượng hấp thụ rad = 0,01 Gy hay Gy = 100 rad Ngồi dùng đơn vị suất liều rad/s, rad/h Các đơn vị đo *) Liều tương đương - Với lượng hấp thụ (liều hấp thụ nhau) tia khác gây HƯSH khác khả iơn hố khác VD: 1Rad tia alpha gây HUSH gấp 10-20 lần so với 1Rad tia X gamma - Để tính liều HUSH cần nhân với trọng số xạ W R: Liều tương đương = Liều hấp thụ x WR Đơn vị đo liều tương đương Sivert ( Sv) Trước dùng Rem (Roentgen equivalent man) Sv = 100Rem Các đơn vị đo *) Liều hiệu dụng Để biết hiệu ứng tác dụng xạ cần biết liều hiệu dụng độ nhậy cảm phóng xạ mơ khác Tính liều hiệu dụng cách cần nhân liều tương với trọng số mô W: Liều hiệu dụng = liều tương đương x Wt - Đơn vị đo liều tương đương Sivert ( Sv) Trước dùng Rem (Roentgen equivalent man) Sv = 100 Rem Wt Mô Mô Wt Thận 0,20 Thực quản 0,05 Tuỷ xương 0,12 Bàng quang 0,05 Phổi 0,12 Vú 0,05 Dạ dày 0,12 Gan 0,05 Ruột non 0,12 Tuyến giáp 0,05 Mặt xương 0,01 Còn lại 0,05 Trọng số mơ WT (Tổng trọng số mô ∑ WT = 1) Thơi gian bán rã hiệu dụng Thời gian bán rã hiệu dụng (Tef) khoảng thời gian qua hoạt tính ĐVPX giảm nửa vừa bán thải sinh học (Tb) vừa bán rã vật lý (Tp) 1 t p + Tb Tef = + = Tp Tb Tp xt b Tef ngắn hiệu điều trị liều hấp thụ giảm Tef xác định phép đo hoạt độ phóng xạ tồn thể mơ, quan ớch Xin cám ơn Thank you! ... ứng hạt nhân - Muốn biến đổi hạt nhân bền thành hạt nhân khác cần phải bắn phá chúng hạt vi mô photon - Sự bắn phá dẫn đến bất cân tạm thời hạt nhân bia Đó phản ứng hạt nhân - Tóm tắt phản ứng hạt. .. Cấu tạo hạt nhân nguyên tử Số Proton hạt nhân số Z nguyên tố (số thứ tự bảng tuần hoàn M) Tổng nucleon số khối hạt nhân ký hiệu A Số A= P+N Những hạt nhân có số P(Z) số N khác gọi hạt nhân đồng... ứng hạt nhân sau: a+A  b+B viết A(a,b)B Phản ứng hạt nhân - Hạt bắn phá thường p, n, đơtêri, alpha, electron… - Các hạt phát phản ứng thường n, p, gamma, alpha - Đôi phản ứng tạo hạt nhân bị