HIỆN TƯỢNG PHÓNG XẠ 1. Hiện tượng phóng xạ: Phóng xạ là hiện tượng hạt nhân nguyên tử của một số nguyên tố (kém bền vững) tự phóng ra các bức xạ rồi biến đổi thành hạt nhân nguyên tử của các nguyên tố khác (bền vững hơn). Các nguyên tố phóng xạ có sẵn trong tự nhiên gọi là phóng xạ tự nhiên. Các nguyên tố phóng xạ do con người tạo ra gọi là phóng xạ nhân tạo (phóng xạ nhân tạo có nhiều hơn phóng xạ tự nhiên) 2. Các loại tia phóng xạ (phóng ra từ hạt nhân): a. Tia alpha (): thực chất là hạt nhân nguyên tử He 4 2 Bị lệch về phía bản () của tụ điện vì mang q = +2e. Phóng ra với vận tốc 107ms. Có khả năng ion hoá chất khí. Đâm xuyên kém. Trong không khí đi được 8cm. b. Tia Bêta (): Gồm + và : lệch về bản (+) của tụ điện, thực chất là chùm electron, có điện tích e. Do sự biến đổi: n p + e + v ( v là phản hạt notrino) + lệch về phía () của tụ điện (lệch nhiều hơn tia và đối xứng với ); + thực chất là electron dương hay pôzitrôn có điện tích +e. Do sự biến đổi: p n + + + ( là hạt notrino) Phóng ra với vận tốc gần bằng vận tốc ánh sáng. Ion hoá chất khí yếu hơn . Khả năng đâm xuyên mạnh, đi được vài trăm mét trong không khí. Trong từ trường các tia , + , đều bị lệch theo phương vuông góc với đường sức từ , do lực Lorentz nhưng vì tia có điện tích trái dấu với các tia + , nên có xu hướng lệch ngược hướng với các tia + , . c. Tia gammar () Có bản chất là sóng điện từ bước sóng rất ngắn (λ < 0,01nm), là chùm phôtôn năng lượng cao. Không bị lệch trong điện trường, từ trường. Có các tính chất như Tia X. Khả năng đâm xuyên lớn, có thể đi qua lớp chì vài cm và rất nguy hiểm. Phóng xạ không làm biến đổi hạt nhân nhưng phóng xạ luôn đi kèm với các phóng xạ , . 3) Quy tắc dịch chuyển của sự phóng xạ: Phóng xạ ( He 4 2 ): X He Y A Z A Z 4 2 4 2 . So với hạt nhân mẹ, hạt nhân con lùi 2 ô trong bảng tuần hoàn và có số khối giảm 4 đơn vị. Phóng xạ ( e 01 ): X e Y A Z A Z 1 0 1 . So với hạt nhân mẹ, hạt nhân con tiến 1 ô trong bảng tuần hoàn và có cùng số khối. Thực chất của phóng xạ là: p n p e 0 1 1 1 1 0 (p là phản hạt nơtrinô) Phóng xạ + ( e 01 ): X e Y A Z A Z 1 0 1 . So với hạt nhân mẹ, hạt nhân con lùi 1 ô trong bảng tuần hoàn vàcó cùng số khối. Thực chất của phóng xạ + là một hạt prôtôn biến thành một hạt nơtrôn, một hạt pôzitrôn và một hạt nơtrinô: p n e 0 1 1 0 1 1 và bản chất của tia phóng xạ + là dòng hạt pôzitrôn (e+ ). (hạt và phản hạt nơtrinô phải xuất hiện trong các phóng xạ + , là do sự bảo toàn mômen động lượng) Phóng xạ (hạt phôtôn). Hạt nhân con sinh ra ở trạng thái kích thích có mức năng lượng E1 chuyểnxuống mức năng lượng E2 đồng thời phóng ra một phôtôn có năng lượng: = h.ƒ = hc =E1 E2. Trong phóng xạ không có sự biến đổi hạt nhân phóng xạ thường đi kèm theo phóng xạ và . Hạt phôtôn: Không có khối lượng nghỉ m0 = 0, không có kích thước, không có điện tích, không tồn tại ở trạng thái đứng yên. Nhưng có năng lượng, có động lượng p = hc, có khối lượng tương đối tính m = c2 , có phản hạt là chính nó và chỉ tồn tại khi chuyển động với vận tốc bằng vận tốc ánh sáng Hạt nơtrinô có khối lượng nghỉ 0, không mang điện, có năng lượng, động lượng và mômen động lượng. 4. Ứng dụng của các đồng vị phóng xạ: Ngoài các đồng vị có sẵn trong thiên nhiên gọi là các đồng vị phóng xạ tự nhiên, người ta chế tạo ra được nhiều đồng vị phóng xạ, gọi là đồng vị phóng xạ nhân tạo. Các đồng vị phóng xạ nhân tạo có nhiều ứng dụng trong Y học chẳng hạn như xạ trị... Người ta đưa các đồng vị khác nhau vào cơ thể để theo dõi sự xâm nhập và di chuyển của nguyên tố nhất định trong cơ thể người. Gọi là nguyên tử đánh dấu, qua đó có thể theo dõi được tình trạng bệnh lí. Trong ngành khảo cổ học, sử dụng phương pháp xác định tuổi theo lượng cacbon C14 để xác định niên đại của các cổ vật hữu cơ. Trong quân sự các chất phóng xạ được ứng dụng để tạo ra bom nguyên tử có tính hủy diệt lớn, trong công nghiệp ứng dụng sản xuất điện nguyên tử... 5. Định luật phóng xạ: Mỗi chất phóng xạ có 1 chu kì phân rã đặc trưng, đó là khoảng thời gian sau đó lượng chất phóng xạ giảm đi một nửa. Chú ý: Định luật phóng xạ có tính thống kê, nó chỉ đúng với lượng rất lớn số hạt chất phóng xạ. Với mỗi hạt nhân phóng xạ thì quá trình phân rã xảy ra ngẫu nhiên không biết trước tức là không thể áp dụng định luật phóng xạ cho 1 hạt hay một lượng rất ít hạt chất phóng xạ. Xét quá trình phóng xạ: X X Y A Z A Z A Z 2 2 1 1 Số nguyên tử chất phóng xạ còn lại sau thời gian t: T t t N N N e 2 . 0 0 Số hạt nguyên tử bị phân rã bằng số hạt nhân con được tạo thành: N = N0 N =N0(1 e t) Khối lượng chất phóng xạ còn lại sau thời gian t: T t t m m m e 2 . 0 0 Khối lượng chất bị phóng xạ sau thời gian t: m = m0 m =m0(1 e t) Phần trăm chất phóng xạ bị phân rã: .100% 1 .100% 0 t e m m Phần trăm chất phóng xạ còn lại: .100% 2 .100% .100% 0 T t t e m m Khối lượng chất mới được tạo thành sau thời gian t: A A m e N A N e A N N m t A t A (1 ) (1 ) . 1 0 1 0 1 1 Trong đó: N0, m0 là số nguyên tử và khối lượng chất phóng xạ ban đầu, T là chu kỳ bán rã với = ln2 T = 0,693 T là hằng số phóng xạ. Còn A, A1 là số khối của chất phóng xạ ban đầu và của chất mới được tạo thành, NA là số Avôgađrô NA = 6,023.1023 mol1 . Trường hợp phóng xạ + thì A = A1 m1 = m Chú ý: và T đặc trưng cho chất phóng xạ, nó không phụ thuộc vào các tác động bên ngoài (nhiệt độ, áp suất, độ ẩm và lượng chất phóng xạ nhiều hay ít) mà chỉ phụ thuộc loại chất phóng xạ (nhưng nếu dùng các bức xạ mạnh gamma hay tia X chiếu vào chất phóng xạ thì sự phóng xạ có thể thay đổi mà thường là làm tăng tốc độ phóng xạ). 6. Độ phóng xạ: (H = λ.N) Là đại lượng đặc trưng cho tính phóng xạ mạnh hay yếu của một lượng chất phóng xạ, nó phụ thuộc vào cả loại chất phóng xạ (λ) và lượng chất phóng xạ (N), được đo bằng: số phân rã1s: H H H e N T t t 2 . . 0 0 (H0 = .N0 là độ phóng xạ ban đầu). Đơn vị: Becơren (Bq); 1Bq = 1 phân rãgiây; 1Curi (Ci) , 1Ci = 3,7.1010 Bq (1Ci bằng độ phóng xạ của 1g Ra) Lưu ý: Khi tính độ phóng xạ H, H0 (Bq) thì chu kỳ phóng xạ T phải đổi ra đơn vị giây(s). Với một chất phóng xạ có chu kì phân rã T rất lớn hơn so với thời gian phân rã t thì trong suốt thời gian t độ phóng xạ H được coi như không đổi và số hạt bị phân rã trong thời gian đó là N = H.t Một mẫu gỗ cổ có độ phóng xạ C14 bằng k lần độ phóng xạ của mẫu gỗ cùng loại và lượng mới chặt (k