BÁO cáo NGHIÊN cứu KHOA học kĩ THUẬT CHẾ tạo THIẾT bị QUAN sát CHUYỂN ĐỘNG của các hạt PHÓNG xạ

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BAN TỔ CHỨC CUỘC THI “KHOA HỌC KỸ THUẬT”   Cuộc thi “Khoa học Kỹ thuật dành cho học sinh phổ thông tỉnh CHẾ TẠO THIẾT BỊ QUAN SÁT CHUYỂN ĐỘNG CỦA CÁC HẠT PHĨNG XẠ LỜI CẢM ƠN Để hồn thành đề tài này, trước hết chúng em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo trường THPT Đơn Dương truyền thụ cho chúng em kiến thức quý báu thời gian qua Đặc biệt chúng em xin gửi lời cám ơn sâu sắc tới Giáo viên Vật lý trường trực tiếp tận tình hướng dẫn giúp chúng em nghiên cứu, hoàn thành đề tài Đồng thời, qua cho chúng em gửi lời cám ơn đến Ban tổ chức thi tổ chức thi để chúng em có hội tham gia, Ban giám hiệu , thầy cô tổ Lý –TDGDQP Trường tạo điều kiện, giúp đỡ chúng em nhiều trình nghiên cứu Cuối chúng em xin chân thành cảm ơn Các Cô, Chú Trung tâm đào tạo, Viện Nghiên cứu Hạt nhân Đà Lạt giúp đỡ chúng em suốt thời gian qua Xin chân thành cám ơn! MỤC LỤCC TÓM TẮT NGHIÊN CỨU - GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 1/Lý nghiên cứu: - 2/ Ý nghĩa khoa học thực tiễn: 3/ Mục tiêu nghiên cứu: - 4/ Giới hạn phạm vi nghiên cứu: - 5/ Phương pháp nghiên cứu: 6/Nội dung nghiên cứu 7/Những điểm dự án KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN KẾT LUẬN KHOA HỌC - TÀI LIỆU THAM KHẢO - - TĨM TẮT NGHIÊN CỨU  Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu nhằm mục đích giúp cho học sinh tìm hiểu nắm rõ xạ tự nhiên quan sát chuyển động tia phóng xạ alpha, beta thiết bị đơn giản, dễ chế tạo có giá thành rẻ Thiết bị chế tạo phổ biến rộng rãi trường học cho công chúng muốn tìm hiểu xạ Trình tự thực - Tìm hiểu sách vở, tài liệu, internet phóng xạ vật chất - Tìm hiểu cấu tạo, hoạt động buồng mây (cloud chamber) cách làm từ vật liệu đơn giản - Chuẩn bị vật dụng: + 01 hộp nhựa + 01 đĩa nhôm + 01 dải mút vải để thấm cồn 900 + 01 chai cồn 900 + 01 bơm tiêm loại nhỏ; + 01 đôi găng tay, giấy bạc, kéo, băng keo; + Đá khơ; + Nguồn phóng xạ; + Đèn pin - Lắp ráp thiết bị; - Thử nghiệm thiết bị chế tạo  Kết kết luận Kết chế tạo buồng mây, kết thử nghiệm cho thấy đề tài đạt mục tiêu đề chế tạo thiết bị đơn giản, rẻ tiền để quan sát di chuyển hạt phóng xạ GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 1/ Lý nghiên cứu: Thời trung cổ nhà giả kim thuật tốn nhiều công sức để cố gắng biến đổi nguyên tố hóa học thành nguyên tố hóa học khác Mục đích thật họ sản xuất kim loại qúi vàng, bạc, bạch kim Họ khơng thành cơng sở khoa học vào thời cịn hạn chế Tuy nhiên, thực tế hạt nhân ngun tử khơng phải bất biến mà biến đổi thành hạt nhân khác, chí điều kiện bình thường Thế giới sống có chứa nhiều chất phóng xạ điều xảy từ hình thành nên trái đất Có 60 nhân phóng xạ tìm thấy tự nhiên Nguồn gốc nhân phóng xạ phân thành ba loại sau: - Các nhân phóng xạ có từ hình thành nên trái đất cịn gọi nhân phóng xạ nguyên thủy - Các nhân phóng xạ hình thành tương tác tia vũ trụ với vật chất trái đất - Các nhân phóng xạ hình thành người tạo Các nhân phóng xạ hình thành hai nguồn gốc đầu gọi nhân phóng xạ tự nhiên cịn nhân phóng xạ người tạo gọi nhân phóng xạ nhân tạo So với lượng phóng xạ tự nhiên lượng phóng xạ người tạo nhỏ Tuy nhiên, phần lượng phóng xạ bị phát tán vào môi trường giới Vì phát thấy nhân phóng xạ tự nhiên nhân tạo có mặt khắp nơi mơi trường sống đất, nước khơng khí Các nhân phóng xạ nguyên thủy phổ biến 238U, 232Th, 235U sản phẩm phân rã chúng, cịn có số nhân phóng xạ khác phổ biến thường có thời gian sống dài nhiều gồm: 50V, 113Cd, 115In, 123Tc, 138La, 142Ce, 144Nd, 147Sm, 152Gd, 174Hf, 176Lu, 187Re, 190Pt, 209Bi Trong môi trường đất thường có mặt nhân phóng xạ ba chuỗi phóng xạ 238U, 232Th 235U Các nhân phóng xạ nhân bắt đầu chuỗi Trong môi trường đất khơng có q trình biến đổi mơi trường gây cân phóng xạ chuỗi phóng xạ thường có cân phóng xạ Năm 1892 nhà vật lý học người Pháp Becquerel (đạt giải thưởng Nobel năm 1903) quan sát thấy muối Uran (Z=92) hợp chất phát tia phóng xạ Phân tích tia phóng xạ người ta thấy có loại tia phóng xạ là: tia anpha , tia bêta, tia gamma Những nghiên cứu chất tượng phóng xạ chứng tỏ hạt nhân nguyên tử phóng xạ khơng bền, tự phân hủy phóng hạt vật chất khác hạt anpha, beta kèm theo xạ điện từ tia gamma Đồng thời với tượng phóng xạ tự nhiên, người ta phát số loại nguyên tử số nguyên tố nhân tạo có khả phóng xạ Như tự nhiên phóng xạ có mặt khắp nơi làm ảnh hưởng đến sức khỏe , thành phần xạ mà phát chúng giác quan thông thường mà không cần hỗ trợ thiết bị chuyên dụng, thực tế học sinh học tính chất loại xạ chưa có hội quan sát chuyển động thực tế chúng Trong chương trình vật lý phổ thơng khơng có thí nghiệm để quan sát chuyển động hạt phóng xạ Mặc khác, nghĩ phải dùng thiết bị đại, đắt tiền quan sát chuyển động hạt vi mơ Vì vậy, nghiên cứu chế tạo thiết bị thí nghiệm từ vật rẻ tiền có sẵn để quan sát chuyển động hạt phóng xạ chọn 2/ Ý nghĩa khoa học thực tiễn: Đề tài nghiên cứu thành công giúp học sinh tự làm dụng cụ để quan sát chuyển động hạt mang điện từ vật liệu rẻ tiền, có sẵn thị trường Việc dạy học hạt mang điện, tia phóng xạ hay giới vi mơ trở nên trực quan sinh động Đề tài góp phần giúp bạn học sinh yêu môn vật lý, u khoa học thúc đẩy tìm tịi khám phá, khơi dậy niềm đam mê khoa học bạn học sinh 3/ Mục tiêu nghiên cứu: Nghiên cứu chế tạo thiết bị quan sát chuyển động hạt mang điện cho học sinh sử dụng tự làm Nội dung nghiên cứu cụ thể gồm: + Nghiên cứu chọn lựa vật liệu rẻ tiền để sử dụng làm thiết bị; + Nghiên cứu lựa chọn điều kiện tối ưu để quan sát; + Nghiên cứu viết quy trình thí nghiệm đơn giản, dễ hiểu dễ thực 4/ Giới hạn phạm vi nghiên cứu: Trong khuôn khổ đề tài, nghiên cứu tạo buồng mây (hơi sương) để quan sát chuyển động hạt xạ mang điện không nghiên cứu tạo nguồn xạ để quan sát 5/ Phương pháp nghiên cứu:  Lý thuyết kết hợp thực nghiệm, phần lý thuyết dựa sở buồng Wilson, phần thực nghiệm tiến hành làm thử với số vật liệu kích thước khác để chọn vật liệu rẻ tiền thích hợp  Quy trình chế tạo sản phẩm -Bước 1: Chuẩn bị vật dụng: + 01 hộp nhựa; + 01 đĩa nhôm; + 01 dải xốp vải để thấm cồn 900; + 01 chai cồn 900; + 01 bơm tiêm loại nhỏ; + 01 đôi găng tay, giấy bạc, kéo, băng keo; + Đá khơ; + Nguồn phóng xạ ( nguồn Urani, đất đen, đá vôi, than đá, tia vũ trụ, xạ tự nhiên); + Đèn pin (công suất > 25W); -Bước 2: Tiến hành lắp ráp dụng cụ: + Dùng hộp nhựa đường kính khoảng 10cm sau kht lỗ có kích thước thích hợp bên thành hộp để đặt nguồn + Đĩa nhôm mặt sơn đen (mặt hướng vào hộp) + Lắp dải xốp vải đặt phía bên hộp để thấm giữ cồn + Dùng giấy bạc để bọc bên ngồi vị trí tiếp xúc hộp nhựa đĩa nhơm cho thật kín khơng để lọt khơng khí vào -Bước 3: Thử nghiệm: 10 lần nguồn Urani 10 lần loại nguồn khác  Phương pháp thử nghiệm qua thực tế: -Tiến hành thí nghiệm dụng cụ theo bước sau: Bước 1: Bơm cồn vào miếng xốp (vải) phía thành hộp Bước 2: Đặt nguồn phóng xạ vào bên Bước 3: Để cồn hộp đạt trạng thái bão hòa Bước 4: Đặt hộp lên đá khô cho đá khô tiếp xúc với kim loại Bước 5: Tắt đèn phịng thí nghiệm sau dùng nguồn sáng chiếu bên thành bên hộp để quan sát chuyển động hạt phát từ nguồn phóng xạ - Sau hoàn thành sản phẩm tiến hành thử nghiệm: Trong 10 lần thử nghiệm nguồn Urani cho kết mong muốn, 10 lần thử nghiệm loại nguồn khác đất đen có quan sát số vết di chuyển tia phóng xạ, cịn nguồn khác khơng quan sát Lưu ý: Cẩn thận sử dụng đá khơ nhiệt độ loại đá thấp gây bỏng lạnh tiếp xúc trực tiếp, dó qua trình thao tác cần phải đeo găng tay vải đủ dầy để tránh tiếp xúc trực tiếp thao tác 6/ Nội dung nghiên cứu - Bước 1: Tìm hiểu lý thuyết - Bước 2: Chuẩn bị dụng cụ - Bước 3: Lắp ráp dụng cụ - Bước 4: Thử nghiệm: 20 lần - Bước 5: Phân tích kết thu 7/Những điểm mới dự án - Bộ dụng cụ Việt Nam chưa có trường phổ thơng - Dụng cụ làm từ vật liệu rẻ tiền có sẵn thị trường, làm KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Dưới tác dụng làm lạnh đá khơ đặt phía bên (tiếp xúc với kim loại) hộp thí nghiệm cồn bên hộp di chuyển xuống làm lạnh đến đạt trạng thái bão hịa Các hạt điện tích (hạt anpha, beta) chuyển động xuyên qua môi trường cồn bão hòa sinh hạt ion dương ion âm Các hạt tạo thành tâm ngưng tụ tạo thành vệt rọi ánh sáng vào quan sát đường hạt tia phóng xạ di chuyển tạo -Hình ảnh quan sát được: - Qua nhiều lần thực cho kết KẾT LUẬN KHOA HỌC Kết đạt từ thí nghiệm phù hợp với lý thuyết chúng em học tìm hiểu mơn Vật lý Từ dụng cụ đơn giản, dễ tìm, giá thành thấp phổ biến rộng rãi trường học, công chúng, cá nhân có nhu cầu chế tạo sử dụng thí nghiệm để kiểm tra phóng xạ mơi trường học tập sinh sống Việc chế tạo thí nghiệm quan sát chuyển động hạt phóng xạ giúp học sinh hiểu thêm tính chất thành phần xạ tự nhiên vận dụng kiến thức môn vật lý vào thực tế, thực hành, rèn luyện kỹ thực hành thí nghiệm, Đặc biệt cịn kích thích học sinh say mê, sáng tạo học tập, kết hợp trau dồi kỹ áp dụng lý thuyết vào thực hành lòng say mê khoa học Hiện thí nghiệm chúng em bị hạn chế thành phần vật liệu đá khơ tỉnh khơng có sẵn loại đá mà phải đặt mua Thành Phố Hồ Chí Minh, thiết bị bảo quản chưa có nên 1kg đá khô giữ khoảng ngày tan hết Trong thời gian tới chúng em nghiên cứu sử dụng chất làm lạnh lâu Bộ thí nghiệm “Quan sát chuyển động hạt mang điện tích” có ưu điểm sau: - Có tính khả thi cao, chi phí thấp - Sản phẩm có cấu tạo đơn giản, dễ lắp đặt, vận hành sửa chữa - Thí nghiệm đơn giản dễ quan sát - Có thể phổ biến rộng rãi cho cơng chúng TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Sách giáo khoa vật lý 12 [2] Sách ‘ Cơ sở vật lý hạt nhân’ tác giả Bùi Quang Huy [3] Tài liệu “Huấn luyện an toàn Bức xạ” TS Nguyễn Xuân Hải [4] HOW-TO: Make a cloud chamber http://makezine.com/2009/10/13/how-tomake-a-cloud-chamber/ [5]Cloud Chamber Experiment https://www.nuc.berkeley.edu/news-events/events/teachers-workshop/cloud-chamberexperiment Đơn Dương, ngày 22 tháng 12 năm 2014 Người viết (Thay mặt nhóm nghiên cứu) Phạm Trần Bảo Khang ... hạt phóng xạ Mặc khác, nghĩ phải dùng thiết bị đại, đắt tiền quan sát chuyển động hạt vi mơ Vì vậy, nghiên cứu chế tạo thiết bị thí nghiệm từ vật rẻ tiền có sẵn để quan sát chuyển động hạt phóng. .. tiêu nghiên cứu: Nghiên cứu chế tạo thiết bị quan sát chuyển động hạt mang điện cho học sinh sử dụng tự làm Nội dung nghiên cứu cụ thể gồm: + Nghiên cứu chọn lựa vật liệu rẻ tiền để sử dụng làm thiết. .. nắm rõ xạ tự nhiên quan sát chuyển động tia phóng xạ alpha, beta thiết bị đơn giản, dễ chế tạo có giá thành rẻ Thiết bị chế tạo phổ biến rộng rãi trường học cho cơng chúng muốn tìm hiểu xạ Trình