Phương pháp phóng xạ trong địa vật lý và ứng dụng giải bài tập vật lý sơ cấp

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC NGUYỄN THỊ HẬU PHƢƠNG PHÁP PHÓNG XẠ TRONG NGHIÊN CỨU ĐỊA VẬT LÝ VÀ ỨNG DỤNG GIẢI BÀI TOÁN VẬT LÝ SƠ CẤP KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH SƯ PHẠM VẬT LÝ Hà Nội – 2018 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC PHƢƠNG PHÁP PHÓNG XẠ TRONG NGHIÊN CỨU ĐỊA VẬT LÝ VÀ ỨNG DỤNG GIẢI BÀI TỐN VẬT LÝ SƠ CẤP KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH SƯ PHẠM VẬT LÝ Ngƣời hƣớng dẫn khoa học : PGS - TS Võ Thanh Quỳnh Sinh viên thực khóa luận: Nguyễn Thị Hậu Hà Nội – 2018 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS – TS Võ Thanh Quỳnh, môn Vật lý Địa cầu – khoa Vật lý – trường Đại học Khoa học tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội tận tình hướng dẫn, bảo tạo điều kiện cho em hồn thành khóa luận tốt nghiệp Với tình cảm chân thành, em xin cảm ơn quan tâm thầy cô giáo môn Vật lý Địa cầu giúp đỡ em thời gian học tập hồn thành khóa luận môn Em xin cảm ơn trường Đại học Giáo dục tạo điều kiện, hoàn cảnh thuận lợi để em hồn thành khóa luận tốt nghiệp Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình bạn bè chia sẻ, động viên em suốt thời gian em học tập hồn thành khóa luận Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng năm 2018 Sinh viên Nguyễn Thị Hậu DANH MỤC HÌNH ẢNH, BẢNG Hình 2.1: Vị trí khu vực nghiên cứu (nguồn google map) Hình 2.2: Bản đồ hàm lượng Uran Hình 2.3: Bản đồ hàm lượng Thori Hình 2.4: Bản đồ hàm lượng Kali Hình 2.5: Bản đồ hàm lượng kênh tổng Hình 2.6: Kết nhận dạng theo đối tượng mẫu số 57 theo đề án bay đo cho khu vực nghiên cứu Hình 2.7: Các đối tượng tiến hành phân tích thử nghiệm Bảng 2.1 Tổng hợp 15 tính chất thu thập tính tốn khu vực Bảng 2.2 Kết xác định khoảng giá trị đặc trưng 15 tính chất đối tượng mẫu (đối tượng 3) Bảng 2.3 Kết phân tích hệ số đồng dạng cho đối tượng với đối tượng (mẫu) MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG PHÁP THĂM DỊ PHĨNG XẠ 1.1 Cơ sở vật lý phƣơng pháp thăm dị phóng xạ 1.1.1 Hiện tượng phóng xạ 1.1.2 Định luật q trình phóng xạ 1.1.3 Các nguyên tố phóng xạ tự nhiên – Các họ phóng xạ tự nhiên 1.2 Cơ sở địa chất phƣơng pháp phóng xạ 1.2.1 Sự phân bố nguyên tố phóng xạ đất đá, nước khơng khí 1.2.2 Các tiền đề giải nhiệm vụ địa chất khơng phóng xạ 1.3 Máy thăm dị phóng xạ 1.3.1 Bộ phận ghi nhận xạ 1.3.2 Bộ phận khuếch đại ghi 10 1.3.3 Các loại máy thăm dị phóng xạ 10 1.4 Các phƣơng pháp đo phóng xạ 11 1.4.1 Phương pháp đo mẫu phóng xạ 11 1.4.2 Các phương pháp gamma tổng 11 1.4.3 Phương pháp phổ gamma 12 1.4.4 Phương pháp gamma phổ gamma cơng trình 14 1.4.5 Phương pháp đo khí phóng xạ 15 1.5 Ứng dụng phƣơng pháp thăm dị phóng xạ 16 1.5.1 Đo vẽ đồ địa chất 16 1.5.2 Tìm kiếm mỏ phóng xạ 16 1.5.3 Tìm kiếm mỏ khơng phóng xạ 17 1.5.4 Phục vụ nghiên cứu địa chất cơng trình, địa chất thủy văn, địa chất môi trường 17 Chƣơng 2: PHƢƠNG PHÁP TẦN SUẤT – NHẬN DẠNG TRONG PHÂN TÍCH TÀI LIỆU ĐỊA VẬT LÝ 18 2.1 Nội dung phƣơng pháp phân tích tần suất 18 2.2 Xây dựng nội dung phƣơng pháp Tần suất – Nhận dạng 20 2.2.1 Phương pháp xây dựng ma trận thông tin đối tượng mẫu 20 2.2.2 Phương pháp đánh giá lựa chọn tổ hợp thông tin 21 2.2.3 Phương pháp phân tích đối sánh, xác định đối tượng đồng dạng 21 2.3 Phân tích thử nghiệm phƣơng pháp tần suất – nhận dạng 22 2.3.1 Tài liệu thu thập khu vực 22 2.3.2 Phân tích thử nghiệm phương pháp tần suất – nhận dạng 25 Chƣơng 3: ỨNG DỤNG PHƢƠNG PHÁP PHÓNG XẠ TRONG GIẢI BÀI TOÁN VẬT LÝ SƠ CẤP 30 3.1 Phƣơng pháp đồng vị cacbon 30 3.1.1 Cơ sở khoa học phương pháp 30 3.1.2 Các phương pháp đo cacbon đồng vị phóng xạ 33 3.2 Ứng dụng giải toán Vật lý sơ cấp 35 KẾT LUẬN 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO 41 MỞ ĐẦU Hiện tượng phóng xạ Becquerel phát vào năm 1896, đầu kỷ XX đưa vào áp dụng nghiên cứu địa chất phát huy tác dụng to lớn điều tra thăm dò mỏ khoáng sản xác định tuổi địa chất mẫu vật nghiên cứu nguồn địa nhiệt, nghiên cứu môi trường… Những năm gần đây, với phát triển kỹ thuật hạt nhân, thăm dị phóng xạ ngày sử dụng nhiều để giải nhiệm vụ địa chất quan trọng ngày người quan tâm Thăm dị phóng xạ phân ngành khoa học địa vật lý thăm dị Phương pháp thăm dị phóng xạ ngày bao gồm hai lĩnh vực phương pháp phóng xa tự nhiên phương pháp phóng xạ nhân tạo Phương pháp thăm dị phóng xạ giúp thu thập lượng lớn thơng tin đối tượng cần nghiên cứu Có nhiều phương pháp khác sử dụng phân tích tổ hợp số liệu Địa Vật lý , nhóm phương pháp thống kế - nhận dạng áp dụng rộng rãi có hiệu nhiều Từ yêu cầu thực tế trên, em lựa chọn khóa luận với đề tài: “ Phương pháp phóng xạ địa vật lý ứng dụng giải tập Vật lý sơ cấp” với mục tiêu nhiệm vụ sau: - Nghiên cứu tìm hiểu phương pháp thăm dị phóng xạ - Nghiên cứu tìm hiểu thuật tốn phân tích đối sánh, xác định đối tượng đồng dạng “Phương pháp tần suất – nhận dạng”, sở tiến hành phân tích thử nghiệm tài liệu thực tế nhằm làm rõ ý nghĩa thực tiễn khả áp dụng phương pháp - Áp dụng phương pháp phóng xạ giải toán Vật lý sơ cấp, phục vụ cho việc giảng dạy Vật lý Trung học phổ thông Từ sở mục tiêu nhiệm vụ trên, khóa luận trình bày có cấu trúc sau: - Mở đầu - Chƣơng 1: Tổng quan phương pháp thăm dị phóng xạ - Chƣơng 2: Phương pháp tần suất - nhận dạng phân tích tài liệu địa vật lý - Chƣơng 3: Ứng dụng phương pháp phóng xạ giải tốn Vật lý sơ cấp Do hạn chế thời gian kinh nghiệm cịn nên khóa luận khơng tránh khỏi thiếu sót, mong nhận góp ý, bổ sung từ thầy cô bạn Chƣơng TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG PHÁP THĂM DỊ PHĨNG XẠ 1.1 Cơ sở vật lý phƣơng pháp thăm dị phóng xạ 1.1.1 Hiện tượng phóng xạ Q trình phóng xạ trình phân rã hạt nhân nguyên tử cách tự phát, hạt nhân nguyên tử có thay đổi thành phần, cấu tạo trạng thái lượng để biến thành hạt nhân nguyên tử nguyên tố khác Trong trình phân rã kèm theo phát hạt xạ [3] Hiện tượng phóng xạ phát xạ tự phát hạt tia gamma hạt nhân nguyên tố không bền vững tự phát tia X sau bắt giữ điện tử quỹ đạo, trình tách vỡ tự phát[7] Căn vào loại hạt hạt nhân phát hay bị hạt nhân hấp thụ vào, chia q trình biến đổi hạt nhân thành dạng phân rã anpha ( beta ( , , xạ gamma ( - Sự phân rã anpha : Khi có phân rã, hạt nhân nguyên tử phát hạt gồm proton notron, số thứ tự nguyên tử giảm trọng lượng nguyên tử giảm đơn vị Hạt hạt nhân nguyên tử Heli Phân rã alpha biểu diễn theo sơ đồ: + - Sự phân rã beta ( ): chia thành loại phân rã phân rã electron phân rã pôzitron Phân rã electron (β-) phân rã mà hạt nhân xảy biến đổi notron thành proton , kết phát xạ electron nhanh (hạt β-) Số thứ tự nguyên tố tăng đơn vị cịn khối lượng thực tế khơng đổi khối lượng electron bé U/Th Không thứ nguyên U/K Không thứ nguyên Th/K Không thứ nguyên U/Tg Không thứ nguyên Th/Tg Không thứ nguyên 10 K/Tg Không thứ nguyên 11 F=U.Th/K Không thứ nguyên 12 Th*K/U Không thứ nguyên 13 U*th/Tg Không thứ nguyên 14 U*K/Tg Không thứ nguyên 15 Th.K/Tg Khơng thứ ngun Tiến hành phân tích thử nghiệm cho đối tƣợng mẫu (mẫu 3) 11 đối tƣợng nhận dạng theo phƣơng pháp tần suất nhận dạng Bảng 2.2 Kết xác định khoảng giá trị đặc trưng 15 tính chất đối tượng mẫu(đối tượng 3) STT Tính chất Giới hạn Giới hạn U 6.017 11.522 Th 20.018 29.061 K 1.536 5.099 Tg 7.179 10.959 U/Th 3.131 4.338 U/K 4.389 16.533 Th/K 14.401 41.913 27 U/Tg 2.619 8.481 Th/Tg 6.247 9.738 10 K/Tg 1.111 4.249 11 F=U*Th/K 65.467 189.943 12 Th.K/U 4.745 9.491 13 U.th/Tg 14.944 32.825 14 U.K/Tg 3.288 9.456 15 Th.K/Tg 5.552 10.766 Phân tích lựa chọn tính chất có chất lượng thông tin tốt (tốt cho nhận dạng đối tượng mẫu 3) đưa vào nhận dạng tính chất phân tích là: Th/Tg, U, F, U*K/Tg, U/K, Th/K, Tg Từ sử dụng phương pháp tần suất nhận dạng để tiến hành tính mức độ tương đồng 11 đối tượng lại đối tượng mẫu (đối tượng 3) Kết phân tích theo phương pháp tần suất nhận dạng trình bày bảng sau: Bảng 2.3 Kết phân tích hệ số đồng dạng cho đối tượng với đối tượng (mẫu) Đối 10 K1 K2 68.3 86.6 83.5 66.7 73.0 93.36 87.31 68.8 37.26 26.5 19 47 tƣợng Pm*(%) 02 52 29 28 38 53 Kết phân tích theo phương pháp tần suất nhận dạng cho thấy hợp lý theo điểm sau: Thứ nhất: kết phân tích hệ số đồng dạng có hợp lý Các đối tượng từ đến 10 có mức độ tương đồng lớn 66% so với đối tượng mẫu Trong đối tượng lựa chọn khơng đồng dạng với mẫu kết phân tích 37,2% 26,5% cho thấy hai đối tượng không tương đồng với đối tượng mẫu Thứ 2: so với kết nhận dạng đề án đo bay Các vùng đến 10 tương đồng vùng K1, K2 không tương đồng điều hợp lý so với kết phân tích Kết phân tích phương pháp tần suất – nhận dạng đánh giá mức độ đồng dạng đối tượng đối sánh trình bày đóng vai trị quan trọng xử lý phân tích tài liệu Địa vật lý hàng khơng, phục vụ cơng tác tìm kiếm dự báo khống sản 29 Chƣơng ỨNG DỤNG PHƢƠNG PHÁP PHÓNG XẠ TRONG GIẢI BÀI TOÁN VẬT LÝ SƠ CẤP 3.1 Phƣơng pháp đồng vị cacbon 3.1.1 Cơ sở khoa học phương pháp a Phân bố đống vị cacbon tư nhiên Trong tự nhiên, cacbon tồn dạng tinh khiết hay dạng hợp chất vô như: kim cương, than chì, than đá, đá vơi… hay hydrocacronnat hịa tan nước Ngồi ra, cacbon cịn nguyên tố chủ yếu cấu tạo nên hợp chất hữu thành phần quan trọng để tạo tổ chức sống Trong khí quyển, cacbon có hợp chất khí mà phổ biến khí carbondioxit Qua đường quang hợp, nguyên tố đưa vào tổ chức tế bào thực vật Động vật ăn thực vật hấp thụ cacbon vào thể Nghĩa trình trao đổi chất sinh học, cacbon đưa vào thể sống.[1] Cacbon phóng xạ C14 sinh bầu khí sản phẩm phản ứng hạt nhân gây neutron tia vũ trụ với 14n có thành phần khí độ cao 15km – 20km tính từ mặt đất Dựa vào hoạt động phóng xạ 14C mẫu (cịn lưu lại dấu vết sinh vật) cho phép suy thời gian từ sinh vật chấm dứt sống tức chấm dứt trao đổi chất với môi trường xung quanh Khoảng thời gian gọi tuổi mẫu cổ vật Phương pháp xác định tuổi dựa vào cacbon phóng xạ Willard Libby nhóm nhà khoa học trường đại học Chicago, Hoa Kỳ 30 phát triển năm 1940 Và đến năm 1960 Libby nhận giải thưởng Nobel b Sự tạo thành phân rã C14 Trong tự nhiên, cacbon có đồng vị với hàm lượng thành phần sau: 12C (98.89%), 13C (1.11%), 14C (1 %) Trong đồng vị 12C 13C đồng vị bền 14C đồng vị phóng xạ Muốn tính tuổi theo phương pháp cacbon phóng xạ thù mẫu phân tích bắt buộc phải có nguồn gốc từ thể sống, trao đổi chất với môi trường xung quanh, cụ thể hấp thụ 14C Như vậy, mẫu kim loại, đất đá, đồ gốm thường khơng thể tính tuổi trực tiếp phương pháp trừ có chất hữu lẫn vào mẫu cịn sót đến ngày hơm Từ sinh vật chết, lượng cacbon phóng xạ khơng bổ sung mà suy giảm theo thời gian Do tính liên tục trình phân rã (tức giá trị N(t)) ta viết: N(t) = N0 với 𝜆 = = = N0 gọi số phóng xạ, đặc trưng cho loại chất phóng xạ Vì khối lượng tỉ lệ với số hạt nên khối lượng m chất phóng xạ giảm theo thời gian, với quy luật số hạt nhân N: m(t) = m0 Trong trình phân rã, số hạt nhân phóng xạ giảm theo thời gian theo định luật hàm số mũ[2] - Độ phóng xạ 31 Để đặc trưng cho tính phóng xạ mạnh hay yếu lượng chất phóng xạ, người ta dùng đại lượng gọi độ phóng xạ hay hoạt độ phóng xạ, xác định số hạt nhân phân rã giây Độ phóng xạ đặc trưng cho tốc độ phân rã Đơn vị đo độ phóng xạ có tên becoren, ký hiệu Bq, phân ra/giây Trong thực tế, người ta cịn dùng đơn vị khác, có tên curi, kí hiệu Ci: 1Ci = 3,7.1010 Bq, xấp xỉ độ phóng xạ gam rađi Vì số hạt nhân lượng chất phóng xạ giảm dần, nên độ phóng xạ H chất phóng xạ giảm theo thời gian Nếu ΔN số hạt nhân bị phân rã khoảng thời gian Δt ta có: H=- = 𝜆N0 = 𝜆N0 H = 𝜆N Độ phóng xạ lượng chất phóng xạ thời điểm t tích số phóng xạ số lượng hạt nhân phóng xạ chứa lượng chất thời điểm t Độ phóng xạ ban đầu H0 Tại thời điểm t =0 H = H0 Thay vào cơng thức ta có: H0 = 𝜆N0 = 𝜆N0 Như vậy, ta có: H = H0 Độ phóng xạ lượng chất phóng xa giảm theo thời gian theo quy luật hàm số mũ giống số hạt nhân (số nguyên tử) nó[2] Ngồi đồng vị phóng xạ có sẵn tự nhiên, người ta chế tạo đồng vị phóng xạ nhân tạo Các đồng vị phóng xạ tự nhiên nhân 32 tạo có nhiều ứng dụng đa dạng ứng dụng Y học xác định niên đại cổ vật gốc sinh vật khai quật 3.1.2 Các phương pháp đo cacbon đồng vị phóng xạ Hiện có kỹ thuật xác định hàm lượng đồng vị cacbon phóng xạ 14 C chủ yếu Đó : Kỹ thuật đo ống đếm tỷ lệ GPC (Gas Proportional Counting), kỹ thuật đo detector nhấp nháy lỏng LSC (Liquid Scintillation Counting), kỹ thuật đo phổ kế gia tốc khối lượng AMS (Accelarator Mass Spectro) - Kỹ thuật đo ống đếm tỷ lệ GPC (Gas Proportional Counting) Kỹ thuật nghiên cứu sử dụng từ năm 50 kỷ 20 Nó phát triển để trở thành kỹ thuật đo tuổi 14C phổ biến nước năm 1960 – 1980 Nội dung phương pháp: mẫu sau làm sạch, xử lý để chuyển toàn nguyên tử cacbon có trở thành hợp chất hữu dạng khí metan ( CH4 ), sau khí nạp vào ống đếm chứa khí có trường điện cao (khoảng vài kV) để xác định hoạt độ phóng xạ beta từ đồng vị 14C phát theo nguyên tắc ống đếm tỉ lệ + Ưu điểm phương pháp có khả xác định trực tiếp hoạt độ phóng xạ 14C dễ sử dụng + Nhược điểm hiệu suất ghi thấp, nhiễu phép đo lớn, cồng kềnh độ ổn định không cao, để chống nhiễu cho thiết bị người ta phải tao khối chì nặng hàng chục - Kỹ thuật đo detector nhấp nháy lỏng LSC (Liquid Scintillation Counting) 33 Xác định hàm lượng 14C detector nhấp nháy lỏng phương pháp khuyến khích phát triển năm gần đây, đăc biệt lĩnh vực xác định tuổi kiểm sốt mơi trường phóng xạ Với trợ giúp kỹ thuật vi xử lý, có tiến đột phá cơng nghệ đo đạc xạ hạt nhân detector nhấp nháy lỏng, cho phép nâng cao độ nhạy phương pháp tiến hành phép đo xác định hàm lượng 14 C đạt độ xác cao Ngồi ra, kỹ thuật cịn có ưu điểm đáng kể dễ áp dụng giá thành phân tích thấp, khơng địi hỏi đầu tư ban đầu lớn Nghĩa là, phù hợp cho nhu cầu phân tích xác định tuổi cacbon phóng xạ đại trà cho mẫu địa chất khảo cổ học bảng sau: Đặc tính kinh tế - kỹ thuật STT Lượng mẫu yêu cầu tối thiểu cho phép AMS LSC GPC 1mg 2,6g 2,6g 900 56,5 30 đo (tính theo cacbon nguyên chất) Giá trị số đo (xung/phút) tối thiểu ghi mẫu chuẩn đại Phông nhiễu tối thiểu phép đo 3,78 0,18 0,75 Giá trị hoạt độ tối thiểu phép đo 0,42 0,66 2,4 ±25 ±35 ±35 500$ 250$ 250$ (tính theo % mẫu chuẩn đại) Sai số phép đo tính theo mẫu chuẩn đại (năm) Giá thành (không kể yêu cầu xác định thành phần) - Kỹ thuật đo phổ kế gia tốc khối lượng AMS 34 Kỹ thuật coi kỹ thuật đại nay, có độ nhạy cao, lượng mẫu cần cho phân tích Khác với phương pháp trên, kỹ thuật đòi hỏi đầu tư ban đầu lớn, giá thành phân tích xác định niên đại cacbon phóng xạ theo phương pháp lớn gấp lần so với đo kỹ thuật nhấp nháy lỏng Cho nên, nước có kinh tế khoa học kỹ thuật phát triển, việc ứng dụng đại trà cho nhu cầu phân tích xác định niên đại 14C kỹ thuật giải pháp khuyến khích Giải pháp thường sử dụng nước có khoa học phát triển bên cạnh phóng thí nghiệm 14C trang bị khối phổ kế, người ta xây dựng phịng thí nghiệm đo nhấp nháy lỏng cho nhu cầu xác định tuổi đại trà Phương pháp phổ khối gia tốc viết tắt AMS, thành viên phương pháp khối phổ, thực phân tích phần tử vật chất theo khối lượng điện tích hạt.AMS có phận làm gia tốc ion để đạt động cực cao trước phân tích phổ khối lượng, nhờ AMS tăng độ phân giải theo khối lượng phân tách thành phần khối sát phân tách 14C 12C[1] 3.2 Ứng dụng giải toán Vật lý sơ cấp Phương pháp phóng xạ ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực khác (chương 1), đặc biệt phương pháp cịn ứng dụng hiệu Trong mục này, tơi trình bày ứng dụng phương pháp phóng xạ để giải số tốn Vật lý tính tuổi mẫu cổ vật, tính chu kỳ bán rã ngun tố phóng xạ tính lượng máu bệnh nhân Các nhà khảo cổ học sử dụng phương pháp xác định tuổi theo lượng cacbon 14 để xác định niên đại cổ vật gốc sinh vật khai quật 35 Như biết, cacbon 14 (cacbon phóng xạ) đồng vị cacbon, hạt nhân có proton neutron Trên Trái đất 14C xuất với lượng nhỏ, chiếm khoảng phần nghìn tỷ cacbon khí Nghiên cứu Willard F.Libby mang lại cho ông giải thưởng Nobel Hóa học năm 1960 khẳng định môi trường tự nhiên tỷ lệ 14C 12 C thể sống không đổi Điều chứng tỏ thể sống, tỷ lệ 14 C 12 C thể với tỷ lệ 14 C 12 C môi trường xung quanh Như suy từ tỷ lệ 14C 12C vật khảo cổ tỷ lệ 14 C thời điểm sinh vật sống thời điểm tại, tính tuổi Bài tốn 1: Tính tuổi cổ vật Đề bài: Độ phóng xạ tượng gỗ 0,77 độ phóng xạ khúc gỗ loại, khối lượng vừa chặt Tính tuổi tượng gỗ biết chu kỳ bán rã 14C 5600 năm Phân tích tốn: Khi thực vật sống hàm lượng 14 C không đổi bù đắp phần Từ thực vật chết hàm lượng 14C giảm khơng cịn bù đắp phần bị nên độ phóng xạ giảm Áp dụng công thức: H = H0 => = Lấy ln vế ta có: ln => t = = - 𝜆t 𝜆 Bài giải: 36 Theo ra, ta có: Độ phóng xạ tượng gỗ 0,77 độ phóng xạ khúc gỗ loại, khối lượng vừa chặt nên ta có H = 0,77 H0 Mà ta có: H = H0 => t = = H0 => 0,77 H0 = H0 => 0,77 = T = 5600 = 2100 (năm) Tuổi tượng gỗ 2100 năm Như vậy, phương pháp cacbon phóng xạ hồn tồn cho phép xác định niên đại cổ vật có nguồn gốc hữu Điều có ý nghĩa to lớn nghiên cứu khảo cổ học Bài toán 2: Xác định chu kỳ bán rã nguyên tố phóng xạ Đề bài: Người ta dùng máy đếm xung để đo phóng xạ ban đầu đo 340 xung/phút Sau ngày đêm thấy đo 112 xung/phút Tính chu kỳ bán rã chất phóng xạ Bài giải: Độ phóng xạ ban đầu H0 = 340 xung/phút Độ phóng xạ sau ngày đêm (24 giờ) H = 112 xung/phút Mà ta có: H = H0 =>T = = H0 t 37 => T = 15 Vậy chu kỳ bán rã chất phóng xạ 15 Như vậy, hoàn toàn định chu kỳ bán rã ngun tố phóng xạ Bài tốn 3: Xác định lượng máu thể bệnh nhân Đề bài: Để đo lượng máu bệnh nhân, người ta tiêm vào lượng chất phóng xạ Na24 với thể tích 10 cm3, nồng độ 10-3 mol/l Sau 6h, người ta lấy cm3 tìm 1,5.10-8 mol Na24 Tính thể tích máu người biết chu kỳ bán rã 15 Phân tích tốn: Nếu ta biết lượng chất phóng xạ tiêm vào thể lượng chất phóng xạ thời điểm ta hồn tồn xác định lượng máu có thể người Do lượng chất phóng xạ phân bố lượng máu tồn thể lượng chất phóng xạ giảm dần theo thời gian với quy luật: m = m0 Bài giải: Theo ra, ta có: Lượng chất phóng xạ Na24 tiêm vào máu tích 10 cm3 = 10-2 (l) Lượng chất phóng xạ Na24 đưa vào máu m0 = (10-2 10-3).24 = 2,4.10-4 (g) Áp dụng công thức: m = m0 = m0 38 = 2,4.10-4 m = m0 = 1,8.10-4 (g) m’ = 1,5.10-8.24 = 3,6.10-7 (g) Ta có : = => V = V’ = 10-2 = 5(l) Vậy thể tích máu người 5(l) Như vậy, phương pháp phóng xạ sử dụng để giải tốn Vật lý sơ cấp, góp phần vào phục vụ cho công tác giảng dạy Vật lý Trung học phổ thông 39 KẾT LUẬN Trên sở nghiên cứu tìm hiểu lý thuyết phương pháp thăm dị phóng xạ, ứng dụng chúng Địa Vật lý việc giải số toán Vật lý sơ cấp; khóa luận hồn thành mục tiêu nhiệm vụ đề đạt số kết sau: - Tìm hiểu nội dung khả ứng dụng thực tế phương pháp phóng xạ việc giải nhiệm vụ địa chất, phục vụ Y học quản lý môi trường… - Tìm hiểu, áp dụng “ Phương pháp tần suất – nhận dạng” tiến hành phân tích tài liệu thực tế cho kết tốt, phù hợp với kết phân tích trước Đây nội dung quan trọng tổ hợp hệ phương pháp phân tích tài liệu Địa vật lý hàng khơng, phục vụ tìm kiếm dự báo triển vọng khống sản - Áp dụng phương pháp Cacbon phóng xạ giải tốn Vật lý sơ cấp tính tuổi mẫu cổ vật, chu kì bán rã ngun tố phóng xạ hay thể tích máu bệnh nhân góp phần phục vụ cơng tác giảng dạy Vật lý Trung học phổ thông Các kết đạt khóa luận góp phần làm sáng tỏ ý nghĩa khoa học khả áp dụng thực tế phương pháp thăm dị phóng xạ Phương pháp tần suất – nhận dạng phương pháp Cacbon phóng xạ hồn tồn cần thiết tiếp tục mở rộng đưa vào áp dụng phân tích tài liệu Địa vật lý hàng không xác định tuổi cổ vật phục vụ nghiên cứu khảo cổ ứng dụng Y học 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO Lê Thị Ngọc Hạnh (2010), Nghiên cứu đo tuổi Cacbon phóng xạ mẫu địa chất Detecto nhấp nháy lỏng, Luận văn Thạc sĩ Vật lý, Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh Bộ Giáo dục đào tạo, Sách giáo khoa Vật lý 12 nâng cao, Nhà xuất Giáo dục Việt Nam Lê Khánh Phồn (2004), Thăm dị phóng xạ, Nhà xuất Giao thông vận tải, Hà Nội Võ Thanh Quỳnh (2007), Một cách tiếp cận giải toán nhận dạng xử lý, phân tích tài liệu địa Vật lý, Tạp chí Địa chất, Loạt A, số 302, tr 76-80 Võ Thanh Quỳnh (2008),Một phương pháp nhận dạng xử lý tài liệu địa Vật lý sở vận dụng kết hợp phương pháp phân tích khoảng cách khái quát phân tích tần suất, Tạp chí Địa chất, Loạt A, số 308 Võ Thanh Quỳnh, Nguyễn Xuân Bình, Nguyễn Đức Vinh (2011), Nghiên cứu hoàn thiện phương pháp tần suất – nhận dạng xử lý phân tích số liệu địa Vật lý, Tạp chí Địa chất, loạt A, số 326, tr 50-57 Mai Thanh Tân (2004), Địa Vật lý đại cương, Nhà xuất Giao thông vận tải 41 ... dị phóng xạ phân ngành khoa học địa vật lý thăm dị Phương pháp thăm dị phóng xạ ngày bao gồm hai lĩnh vực phương pháp phóng xa tự nhiên phương pháp phóng xạ nhân tạo Phương pháp thăm dị phóng xạ. .. chọn khóa luận với đề tài: “ Phương pháp phóng xạ địa vật lý ứng dụng giải tập Vật lý sơ cấp? ?? với mục tiêu nhiệm vụ sau: - Nghiên cứu tìm hiểu phương pháp thăm dị phóng xạ - Nghiên cứu tìm hiểu thuật... NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC PHƢƠNG PHÁP PHÓNG XẠ TRONG NGHIÊN CỨU ĐỊA VẬT LÝ VÀ ỨNG DỤNG GIẢI BÀI TOÁN VẬT LÝ SƠ CẤP KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH SƯ PHẠM VẬT LÝ Ngƣời hƣớng dẫn khoa học : PGS -