[r]
(1)Nguyễn Thị Kim Ngân - Lê Hùng
S O S CẼỌG
(2)NGUYÊN THỊ KIM NGÂN - LÉ HÙNG
(3)n h a XUấT BRN ĐỌI HỌC QUỐC OIR HÉ» n ộ i
16 Hàng Chuối - Hai Bà Trưng - Hà Nội
Điện thoại: (04) 9715012; (04) 7685236 Fax: (04) 9714899 E-maiỉ: nxb@vnu.edu.vn
Chịu trách n h iệ m x u ấ t bản:* •
G iá m đ ố c: PHÙNG QUỐC BẢO T ổ n g b iê n tậ p : PHẠM THÀNH HƯNG Chịu trá ch n h iệ m nội dung:
Hội đ n g n g h i ệ m t h u giáo t r ì n h
T r n g Đ H K H T N - Đại học Quốc gia H Nội
Nhận xci: PG&TS.NGUYÊN NHƯ HIỂN
TS.ĐẬNG DĨỀM HỔNG
Biên tập sử a b ả n in: PHẠM ĐỈNH KHANG
NGUYỄN THẾ HIỆN
T rìn h bày bìa: BẠCH LIÊN
SÍNH HỌC PHĨNG XẠ
Mã SỐ: 1 K 04 41 10304
In 300 cuốn, khổ 14,5 X 20,5 Nhà in Đại học Quốc gia Hà Nội
(4)M ụ c lụ c
Mở đ u 5
C h n g Đại cương vé hạt nhản nguyên tử 9
1 Cấu tạo nguyên tử và hạt nhân nguyên tử 9
1 Hiện tượng phóng xạ dạng phân rã phóng xạ 27
C h n g 2 Tương tác củ a xạ ion hoá với vật chất 43
2.1 Tương tác hạt mang điện 43
2.2 Tương tác điện tử với vật chất 44
2.3 Sự h ấp thụ pozitron 47
2.4 Các chiết hị ghi phóng xạ thường dùng 53
C h n g Hố học phóng xạ hệ thong nước 63
3 Tác đụng xạ ion hoá phán tử nước 63
3.2 Sự tham gia phàn ứng gốc tự 6
3.3 Tác dụng cùa xạ axil am in,
c c b a z a nitơ và hệ kco
C h n g Cơ chế tác dụng xạ ion hoá
trong hệ thống sinh vật 73
4.1 Tính chat chung loại tia phóng xạ hố
khi tương tác với vật chất 73
4 Tác dụng trực tiếp tác dụng gián tiếp
(5)4.3 Vấn đẻ ngưỡng liéu lượng 97 4.4 Bàn chất cùa tổn thương hoá học đáu tiỏn
trong hệ thống sống tác dụng tia phóng xạ 98
Chương Tác dung cùa tia phóng xạ lèn phán tử tế bao mỏ 105
5.1 Tác dụng xạ ion hoá lên phân tử sinh hex: 105
5.2 Tác dụng tia phóng xạ ion hố lên tế bào 108
5.3 T ổn thương m ô 116
Chương Những thay dổi sinh hoá the song 121
6.1 S ự t i é u t h ụ o x y 121
6.2 Quá trình Irao đổi hydratcacbon 122
6.3 Rối loạn trao đổi lypit 123
Chương Tác động tia phóng xạ song 127
7.1 Quá trình tác dụng tia phóng xạ 127
7.2 Độ nhạy cam phóng xạ cúa hệ sinh học 128
7.3 Ngưỡng liều lượng 130
7.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến tác dụng
cùa xạ ion hoá thể sống 135
Chương Những ngun tảc vé an tồn phóng xạ 139
8 1 Những nguồn phóng xạ ảnh hường đến người 139
8.2 Liểu tơì đa cho p h é p 140
8.3 Các biện pháp chù yếu để đảm bào an tồn phóng xạ 141
8.4 Tổ chức làm việc iheo dõi kiểm tra 145
Chương Sử dụng đồng VỊ xạ Y sinh học 149
9.1 Phương pháp đánh dấu phóng xạ 149
9.2 Dùng nguồn chiếu xạ 151
Tài liệu th am khảo 157
(6)Mở đ ầ u
S i n h h ọ c p h ó n g x m ộ t n g n h k h o a h ọ c n g h i ê n c ứ u ả n h h n g c a c c t i a p h ó n g x l ê n s i n h v ậ t Với s ự p h t t r i ể n n h a n h c h ó n g c ủ a k ỹ t h u ậ t h t n h â n , r ấ t n h i ề u đ n g vị p h ó n g x (O V P X ) c ủ a h ầ u h ế t c c n g u y ê n t ố đ ã v đ a n g đ ợ c s ả n x u ấ t v s d ụ n g N g y n a y , t r ê n t h ế giới, Đ V P X đ ợ c s d ụ n g r ấ t r ộ n g r ã i t r o n g n g h i ê n c u Y học, S i n h h ọ c v D ợ c h ọ c c ũ n g n h t r o n g l â m s n g , v ậ y n g h i ê n c ứ u c h ế t c d ự n g c ủ a p h ó n g x , I i i r c c b ứ c xạ io n h ó a l ê n v ậ t c h ấ t n ó i c h u n g v s i n h v ậ t nói
riê n g r ấ t cần thiết.
G i o t r ì n h s i n h h ọ c p h ó n g xạ c u n g c ấ p c h o s i n h v i ê n c c k i ế n t h ứ c c h ủ y ế u v ế sỏ v ậ t lý h t n h â n t h e o h n g ứ n g d ụ n g t r o n g s i n h h ọ c p h ó n g x , h i ế u biết v ề c c n g h i ê n c ứ u v £Ìả t h u y ế t v ề c c q u t r ì n h s i n h h o v t c đ ộ n g c ủ a p h ó n g x lê n t h ể s ò n g t h ô n g q u a c c q u t r ì n h s i n h h o n y G i o t r ì n h ( ' ù n g t r ì n h b y c c q u y đ ị n h v ề a n t o n b ứ c x c h o người l m v i ệ c à c c m ô i t r n g k h c n h a u Nội d u n g v đ ị n h h n g k i ế n t h ứ c c ủ a g i o t r ì n h đ ợ c tố c h ứ c t h e o c c c h n g n h đ â y
■ C h n g 1 : Dại c n g vê h t n h ả n n g u y ê n tử C ấ u tạ o c ủ a h t
n h â n C c t í n h c h ấ t b ả n c ủ a h t n h â n , lực t n g t c g i ữ a n u c l e o n , n ă n g l ợ n g liê n k ế t N g u n p h ó n g x ion h ó a C c loại p h â n r ả p h ỏ n g x / ? , / C c đ ị n h l u ậ t vê p h â n r ã v p h ó n £ x C c dơn vị liều l ợ n g b ứ c xạ: l i ề u c h i ế u , liề u h ấ p t h ụ ( r a đ ) , liều t n g đ n g s i n h v ậ t r a d ( R e m ) v s i v e r t (H) ■ ( ' h n g 2: T n g t c c ủ a b ứ c x h t n h â n với v ậ t c h ấ t
(7)t với v ậ t c h ấ t T n g t c c ủ a b ứ c x đ i ệ n t VỚI v ậ t c h ấ t :
H iệu ứ ng q u a n g điện, h iệ u ứng Compton, h iệu ửng tạo cặp
T n g t c c ủ a c c n t r ô n với v ậ t c h ấ t S ự p h t h i ệ n c c x : ô n g đ ế m d ù n g k h í , ố n g d ế m c h ấ t r n ố n g đ ế m n h ấ p n h y , b u n g W i l l s o n , b u n g bọt
C h n g 3: H ó a h ọ c p h ó n g x h ệ t h ô n g nước S ả n p h ẩ m đ ầ u t i ê n c ủ a q u t r ì n h p h ó n g x nước: s ự t o n ê n c c gôc t ự d o v c c s ả n p h ẩ m p h â n t S ự t h a m g i a p h ả n ứ n g c ù a c c gốc tự P h ả n ứ n g c ủ a c c c h ấ t h ữ u cơ h ò a t a n t r o n g rutóc
C h n g 4: Cơ c h ế t c đ ộ n g c ủ a b ứ c x i o n h ó a t r o n g h ệ t h ô n g s i n h v ậ t T c d ụ n g t r ự c t i ế p v t c d ụ n g g i n t i ế p c ủ a t i a p h ó n g x i o n h ó a l ê n h ệ t h ố n g s i n h v ậ t H i ệ u n g p h a l o ã n g , h i ệ u ứ n g o x y , h i ệ u ứ n g b ả o v ệ v h i ệ u ứ n g n h i ệ t độ T n g q u a n g i ữ a l i ề u l ợ n g c ủ a t i a b ứ c x v ó i h i ệ u ứ n g p h ó n g x t r o n g c c h ệ t h ố n g h ó a h ọ c v s i n h v ậ t học
C h n g 5: T ác động củ a tia phóng xạ lên p h â n tử, t.ế bào
v m ô T c đ ộ n g c ủ a t i a p h ó n g x l ê n c ấ u t r ú c v h m l ợ n g c ủ a c c p h â n t p r o t e i n , a x i t n u c le ic ; Á n h h n g c ủ a p h ó n g x t ó i q u t r ì n h p h â n b o ; Ả n h h n g t ố i q u t r ì n h p h t t r i ể n v đ i ề u k h i ể n ; V a i t r ò n h â n v n g u y ê n s i n h c h ấ t t r o n g t ổ n t h n g d o p h ó n g x g â y r a , t ổ n t h n g c ủ a c c m ô m u v c c q u a n t o m u T c đ ộ n g c ủ a p h ó n g x l ê n b o t h a i , c c m ô s i n h d ụ c , d a v n i ê m m c
C h n g : N h ữ n g t h a y đ ổ i s i n h h ó a t r o n g t h ể sốn g
T h a y đ ổ i t r o n g t i ê u t h ụ o x y , q u t r ì n h t r a o đổi h y d r a t c c b o n , R ố i l o n t r a o đ ổ i l y p i t , t r a o đổi p r o t e i n , S ự t h a y đổi c â n b ằ n g c c c h ấ t đ i ệ n ly, e n z y m
(8)■ C h n g : N h ữ n g nguyên t ắ c vỏ a n t o n p h ó n g xạ N h n g
n g u n x ả n h h n g đ ế n c o n n g i, l i ề u tối đ a c h o p h é p , c c b i ệ n p h p c h ủ y ế u đ ể đ ả m b ả o a n t o n p h ó n g x Đ i ể u c h i n h n g u n x , d i ề u chỉnh t r n g c h i ế u , t ả n g k h o ả n g c c h v t h i g i a n t i ế p xúc C c b i ệ n p h p c h e c h ắ n Cơ sở l m việ c v các
t r a n g t h i ế t bị p h ò n g hộ
■ C h n g 9: S d ụ n g d n g vị p h ó n g x t r o n g Y h ọ c v S i n h
(9)Chương
Đại c n g vể h t n h â n n g u y ê n t ử
1.1 C ấ u tạ o n g u y ê n t h t n h â n n g u y ê n t ử 1.1.1 C âu tạo c ủ a n g u y ê n tử
T t h ò i H y l p c ổ đ i , n g ò i t a cho r ằ n g m ọ i v ặ t đ ề u
n h ữ n g p h ầ n tử h ế t sứ c n h ỏ bé, r iê n g rẽ c ấ u tạ o t h n h Đó
n h ữ n g n g u y e n t , p h â n t P h â n t p h ầ n t p h ứ c t p g m m ộ t s ố n g u y ê n t t o t h n h , c ò n n g u y ê n t l p h ầ n t n h ò bé n h ấ t c ủ a v ặ t c h ấ t , k h ô n g t h ể p h â n c h i a
Đ ế n c u ỏi t h ế k ỷ XIX, k h i n g h i ê n c u t i a â m cực, c c n h h o h ọc đ t ì m r a đ i ệ n t t r o n g t h n h p h ầ n c ủ a m ọ i n g u y ê n tử T đ ó n g i t a đ ã x c n h ậ n r n g n g u y ê n t có c ấ u t o p h ứ c t p , g m n h ữ n g đ i ệ n t m a n g đ i ệ n â m v n h ữ n g p h ầ n m a n g đ i ệ n d n g Vì n g u y ê n t t r u n g h o v ể đ iệ n n ê n đ ộ lớn đ i ệ n tích d n g p h ả i b ằ n g t ố n g đ i ệ n tíc h â m c ủ a đ i ệ n tử T u y n h i ê n c c n h k h o a h ọ c c ò n c h a h ì n h d u n g đư ợc c ấ u t o c ụ t h ể c ủ a n g u y ê n tử
1.1.1.1 Mẩu nguyên tử Rutherford
V o đ ầ u t h ế k ỷ XX, n ă m 1911, E r n e s t R u t h e r f o r d , n h b c h ọ c t i ế n g n g i A n h , c ả n c ứ v h n g l o t c c k ế t q u ả t h ự c
(10)n g h i ệ m c ủ a m ì n h , đ ã đ ể x u ấ t m ộ t m ẫ u lý t h u y ế t vể c ấ u tạo n g u y ê n t , gọi m ẫ u h n h t i n h n g u y ê n t R u t h e r f o r d
T r o n g mơ h ì n h n y , R u t h e r f o r d đ ã giả t h i ế t r ằ n g k h ô i lư ợ n g c ủ a m ỗi n g u y ê n t đ ợ c t ậ p t r u n g lạ i t r o n g m ộ t h t n h â n r ấ t n h ỏ n ằ m t r u n g t â m H t n h â n n y m a n g đ i ệ n tíc h d n g n h v ậ y , đ i ệ n t bị g i ữ lại t r o n g n g u y ê n t d o t n g t c C o u l o m b T r o n g n g u y ê n t t r u n g h o , đ i ệ n t í c h c ủ a h t n h ả n p h ả i b n g t ổ n g đ i ệ n tích c ủ a t ấ t c ả c c đ i ệ n t x u n g q u a n h Do (ló, ỏ m ộ t m ứ c đ ộ n h ấ t đ ị n h , n g u y ê n t c ủ a R u t h e r f o r d g iố n g n h h ệ m ặ t trời: c c đ i ệ n tử c h u y ể n đ ộ n g x u n g q u a n h h t n h â n giống n h cảc h n h t i n h c h u y ể n đ ộ n g x u n g q u a n h m ặ t trời Vì k h i l ợ n g c ú a cá c đ i ệ n t r ấ t n h ỏ s o với k h ố i l ợ n g c ủ a n g u y ê n t n è n R u t h e r f o r d đ ă g iả t h i ế t r ằ n g h ầ u n h t o n b ộ kh ố i l ợ n g c ù a n g u y ẽ n t t ậ p t r u n g h t n h â n v h t n h â n cỏ k í c h t h c h ế t sứ c n h ỏ s o với t o n hộ n g u y ê n tử
1.1.1.2 Mầu nguyên tử Bohr
N ă m 1913, N i e l s B o h r d ự a v o t h u y ế t l ợ n g t c ủ a P l a n c k đ ã đ a r a m ộ t h ọ c t h u y ế t k h c c ấ u t o n g u y ê n tử Ô n g v ẩ n g i ữ m ẫ u n g u y ê n t c ủ a R u t h e r f o r d , n h n g đ ã b ổ s u n g c c đ ị n h đ ề n h ằ m g i ả i q u y ế t đ ợ c n h ữ n g k h ó k h ă n c h í n h c ủ a m ẫ u h n h t i n h n g u y ê n tử
T r o n g m h ì n h c ủ a B o h r , m ỗ i đ i ệ n t k h ô n g t h ể c h u y ể n đ ộ n g t r ê n n h ữ n g q u ì đ o b ấ t k ỳ m c h ỉ t r ê n n h ữ n g q u ì d o có b n k í n h x c đ ị n h g ọ i l q u ĩ đ o d n g K h i đ i ệ n t c h u y ê n đ ộ n g t r ê n q u ĩ đ o x c đ ị n h t h ì n g u y ê n t k h ô n g t h u h a y p h t n ă n g l ợ n g N ế u đ i ệ n t c h u y ể n t m ộ t q u ĩ đ o l u ợ n g t có n ă n g l ợ n g EI s a n g m ộ t q u ĩ đ o k h c g ầ n h t n h â n h n có n n g l ợ n g z?2» n g u y ê n t s ẽ p h t r a m ộ t p h o t o n VỚI t ầ n sô V,
(11)h y = E r E 2i (1.1) t r o n g đ ó h. l h ằ n g sơ P l a n c k , có g iá t r ị /1=6 ,6 J s
N g ợ c lại k h i đ i ệ n t h ấ p t h ụ m ộ t p h o t o n có n ă n g lư ợ n g hv, s ẽ c h u y ể n t q u ỹ đ o g ầ n h t n h â n s a n g q u ỹ đ o x a h t n h â n h n , c c giá t r ị E u Eo ứ n g với h a i q u ỹ đ o đ ó p h ả i t u â n t h e o (1.1)
N ă n g l ợ n g c ủ a đ i ệ n t k h i c h u y ể n đ ộ n g t r ê n m ộ t q u í đ o ( t h n) là:
E ' J j ò ệ ỉ L „ , 2)
n h
N h v ậ y , t a t h ấ y r ằ n g , ứ n g với m ộ t g iá t r ị xác đ ị n h n
k h c , đ i ệ n t có t h ể c h u y ể n đ ộ n g t r ê n n h ữ n g q u i đ o k h c
n h a u , n h n g có c ù n g m ộ t m ứ c n ă n g l ợ n g
1.1.1.3 Mẩu nguyên tử theo học lượng tử
T h e o h ọ c l ợ n g từ , t r o n g n g u y ê n t ( h a y p h â n t ) , c c d i ệ n t k h ô n g c h u y ể n đ ộ n g t h e o c c q u ĩ đ o h o n t o n x c đ ị n h m t o t h n h c c “đ m m â y đ i ệ n t b a o q u a n h h t n h â n ” T r n g t h i c ủ a m ỗ i đ i ệ n t đ ợ c đ ặ c t r n g b ằ n g c c m ứ c n ă n g l ợ n g v đ ợ c x c đ ị n h b ằ n g s ô ' l ợ n g t , g m :
• Sơ' l ợ n g t c h í n h n n h ậ n c c g i t r ị n g u y ê n d n g (1 , 2, 3, )* x c đ ị n h m ứ c n ă n g l ợ n g c ủ a đ i ệ n t ứ n g
với q u ĩ đ o c ủ a
• SỐ l ợ n g t / có t h ể n h ậ n g i t r ị n g u y ê n , d n g t
đ ế n ( n -1 ) (với n l so> l ợ n g t c h í n h ) , đ ặ c t r n g c h o
m ô - m e n q u ĩ đ o c ủ a đ i ệ n tử
■ Sô" lư ợ n g t t ra, đ ặ c t r n g c h o m ô m e n t quĩ đ o c ủ a d i ệ n tủ , n h ậ n giá t r ị n g u y ê n t - / đ ế n +z, k ể giá t r ị
(12)■ S ô lư ợ n g t s p i n , đ ặ c t r n g c h o s ự t ự q u a y c ù a đ i ệ n từ q u a n h t r ụ c r i ê n g c ủ a S p i n có t h ể n h ậ n h a i giá
t r ị +1 / v -1/2 Ở m ộ t t r n g t h i ứ n g với s ố l ợ n g tử
n ó i t r ê n có t h ể có tới h a i đ i ệ n t v h a i đ i ệ n t n y tự q u a y q u a n h t r ụ c c ủ a m ì n h t h e o h a i h n g n g ợ c n h a u , t o t h n h m ộ t c ặ p có s p i n đối s o n g s o n g
Lớp m â y đ i ệ n t c ủ a n g u y ê n t t o n ê n t h e o m ộ t qui
luật xác định chặt chẽ T r o n g tất trạng thái khả dì ở
n g u y ê n tử, d i ệ n t l u ô n lu ô n c h i ế m t r n g t h i s a o c h o n ă n g lư ợ n g c ủ a c h ú n g cực t i ể u , đ n g th ò i k h ô n g k h i n o tồ n t i h a i đ i ệ n t có bơn s ố lư ợ n g t h o n t o n g ió n g n h a u ( n g u y ê n lý P a u li) t r o n g c ù n g m ộ t n g u y ê n tử T r n g t h i c ủ a n g u y ê n t h a y p h â n tử t h a y đổi k h i có í t n h ấ t m ộ t s ố l ợ n g t c ủ a m ộ t đ i ệ n tử t h a y đổi
1.1.2 Các lực b ả n tro n g n g u y ên tử và h t n h â n
(13)N g i t a (lã b iê t rủng, h t n h ả n n g u y ê n t t r c h ê t đ ợ c c ấ u t o l c c h t p r o t o n v n t r o n , gọi c h u n g c c n u c l e o n N tro n t r u n g lio vẽ d iệ n n ê n k h n g có lự c d iộ n tư n g tá c giử ĩì hai n t r o n h o ặ c g i ữ a p r o t o n v n i r o n T r i lại, có lực d y r ấ t lớn g i ữ a c c p r o t o n với n h a u c h ú n g đ ề u m a n g đ i ệ n t í c h d n g N h n g c c h t p r o t o n t í c h đ i ệ n d n g n y v ẫ n t n t i c n h n h a u c ù n g với c c n t r o n t r o n g h t n h â n Đ ó n h có m ộ t loại lự c t h h n i, gọi lự c t n g t c m n h Lực n y m ặ c d ù m n h hon lự c đ i ệ n n h i ề u l ầ n k h i h a i h t k ể n h a u , n h n g s ẽ gi nì r ấ t n h a n h tới k h i c c h t c ấ u t h n h c ủ a h t n h â n c c h
n h a u m ộ t k h o ả n g lớn h n 10 c m L ự c t n g t c m n h g i ữ a c c
n u c l e o n n h n h a u
M ộ t l ự c t h b a r ấ t đ n g đ ợ c c h ú ý n ó có t h ổ l m c h u y ế n (lỏi p r o t o n t h n h n t r o n v n g ợ c lại L ự c n y n h ỏ h n lực đ i ệ n r ù n g n h ỏ h n c ả lực t n g t c m n h n ê n dư ợc gọi lực t n g t c y ế u Lực t n g t c y ế u có t c d ụ n g t r o n g p h m vi g ầ n k ể t ấ t c ả c c h t b ả n v p h m vi h i ệ u lự c 1 cm
C ò n c ỏ m ộ t lực t h ứ t t c d ụ n g l ê n t ấ t c c c t h n h p h ầ n c ủ a n g u y ê n t ứ lực h ấ p d ẫ n Đ ó l l ự c h ú t dôi với t ấ t c c đ ô i t ợ n g c ó k h ô i lư ợ n g T u y n h i ê n , v ê c n g đ ộ t h ì lực h ấ p d ẫ n n h ỏ h n lực đ i ệ n k h o ả n g l(> l ầ n , n ê n t r o n g t h ự c t ế lực n y k h n g có
t c d ộ n g £Ì đ ế n n g u y ê n tử
1.1.3 C âu tạo c ủ a h t n h â n n g u y ên tử
N g i t a đ ã b i ế t r n g , h t n h â n n g u y ê n t t r c h ế t đ ợ c c ấ u t o t c c h t p r o t o n v n t r o n , gọi c h u n g c c n u c l e o n Sô" l ợ n g p r o t o n t r o n g m ộ t h t n h â n n g u y ê n t đ ợ c k ý h i ệ u b ằ n g c h Zy c ù n g c ò n d ợ c d ù n g n h chi s ố đ i ệ n t í c h c ủ a h t n h â n Sô n y b ằ n g s ỏ đ i ệ n t c ủ a n g u y ê n t v v ậ v , z c ị n đư ợ c gọi
(14)là n g u y ê n t số S ô n y , d o đ ó c ù n g c h o b i ế t vị t r í c ủ a n g u y ê n lô t r o n g b ả n g t u ầ n h o n M e n đ ê l ê e p T r o n g k h i đó, sỏ l ợ n g n t r o n có t r o n g m ộ t h t n h â n đ ợ c k ý h i ệ u b ằ n g c h ữ N.
K h i có s ự k h n g c â n b ằ n g v ê sô" đ i ệ n t v s ố p r o t o n , n g u y ê n t s ẽ k h ô n g c ò n t r o n g t r n g t h i t r u n g h o đ i ệ n v t r t h n h m ộ t ion
SỐ’ l ợ n g n u c l e o n t r o n g h t n h â n đ ợ c k ý h i ệ u b n g c h ữ A N h v ậ y A t ổ n g c ủ a z ( s ô proton) v N (sô n t r o n ) t h ê A
c ị n có t ê n s ô k h ô i T r ê n t h ự c t ế , k h ỏ i l ợ n g c ủ a n g u y ê n t n ằ m ỏ h t n h â n c ủ a n g u y ê n tử
C h ú n g t a b i ế t r ằ n g c c đ ặ c t í n h h o h ọc c ủ a m ộ t n g u y ê n t ố l d o sô" đ i ệ n t q u y ế t đ ị n h , v ậ y n g u y ê n t s ốz d ặ c t r n g c h o c c n g u y ê n t ố h o h ọ c k h c n h a u
Nuelií* loại n g u y ê n t b ấ t k ỳ đ ợ c t h ể h i ệ n với s ỏ p r o t o n v n t r o n c ủ a
M ộ t vài nuclit gọi b ằ n g n h ữ n g tê n độc biột vi n h ữ n g n g u y ê n n h â n lịch sử, ví d ụ n h :
| H ! h o ặ c Ị) Prot-on ịH2 h o ặ c d Đơteron
lH3hoặc t Triton >He1hoặctt H ạt alpha
Đ n g vị p h ó n g x c ủ a m ộ t n g u y ê n t ỏ c c n u c l i t với sô z g i ố n g n h a u n h n g s ố N k h c n h a u Vì c c đ n g vị p h ó n g xạ có c ù n g sô đ i ệ n tử , n ê n c h ú n g có t í n h c h ấ t h o h ọc h o n t o n n h n h a u V í d ụ , có m ộ t sơ" đ n g vị c ủ a l ố t n h : m ỉy ẳ27l Ị3ỉi
N g ò i t a c ũ n g c òn p h â n b i ệ t c c c h t có c ù n g sơ n t r o n c c đ n g n d t r o n , t ứ c ỉà c c n u c l i t có s ố N g i ố n g n h a u n h n g sô z k h c n h a u N g o i r a , c c c h ấ t đ n g k h ố i n u c l i t có sơ A
(15)H i ệ n n a y , n g i t a d ã b i ế t k h o ả n g h n 0 đ n g vị p h ó n g x (ự n h i ê n v g ầ n 0 đ n g vị p h ó n g x n h â n tạ o C c đ n g vị p h ổ n g x t r o n g t ự n h i ê n t h n g d n g b ể n , có t h ị i g i a n b n rã r a t đài Do đó, c h ú n g k h n g t h ỏ a m ã n c c y ê u c ầ u s d ụ n g c h o c c n g d ụ n g t r o n g Y h ọc v S i n h học T r o n g t h ự c t ế , c c đ n g VỊỊ ì h â n t o d ù n g t r o n g Y h ọc v S i n h h ọ c đ ề u đ n g vị n h ố n t o , n g i t o r a t r o n g m y g i a tốc, h o ặ c l s n p h ẩ m c ủ a q u t r ì n h p h â n h c h c ủ a u r a n i u m h a y p l u t o n i u m t r o r g cá c lò p h ả n ứ n g h t n h â n
Cơ học lư ợ n g t đ ã có n h ữ n g t h n h c ô n g lớn t r o n g việc giải t h í c h <:áf t r n g t h i n ă n g lư ợ n g c ủ a cá c đ i ệ n tử , c c lực liên k ế t c a n tạ o c ủ a n g u y ê n t v đó, c ũ n g p d ụ n g đ ể lí giải l i ê n k ế t v c ấ u t o c ủ a h t n h â n T r ê n sở n y đ ã có n h ữ n g m himh v ể c ấ u t o c ủ a h t n h â n n h t r ì n h b y n g ắ n g ọ n đảy
1* 13.1 Mẩu lớp
T h e o n g u y ê n lý l o i t r P a u l i , m ồi m ứ c h t n h â n có t h ể có b n h t : h a i p r o t o n vói s p i n n g ợ c c h i ể u n h a u v h a i n t r o n với spur, n glide c h i ể u n h a u Đ i ề u đ ó k h c với c c lớp vỏ c ủ a n g u y ê n tủi' đ i ỉ g m h a i đ i ệ n t với s p i n n g ợ c c h i ề u n h u t r o n g m ỗ i m ứ c m ă n g l ợ n g , s d ĩ có s ự k h c n h a u n h v ậ y t r o n g h t n h â n cói hai loại h t k h c n h a u có t h ể c ù n g c h i ế m c c m ứ c n ã n g lư/Ợrg, t r o n g k h i đ ó t r o n g n g u y ê n t c h ỉ có c c đ i ệ n t c h i ê m c c
1 1 ứ( n ă n g lư ợng Vì v ậ y n g i t a g iả t h i ế t h t n h â n đư ợc c ấ u t o
tìử c í c lớp m lóp vối c c m ứ c n ă n g l ợ n g t n g ứ n g đư ợ c l a p đ ẩ y l ầ n l ợ t b ằ n g c c n u c l e o n , v n h v ậ y , lớp đ ợ c h í p đ ầ y đ ầ u t i ê n sõ c h ứ a p r o t o n v n t r o n , t n g ứ n g với h t n h â n c ủ a
H<êl, t ứ c l oH e4 T h ự c n g h i ệ m ch o t h ấ y «>He4 b i ể u lộ n h i ề u đ ặ c
đ i i ể n m m ộ t h t n h â n với lỏ p vỏ đ ầ y s ẽ có, đ ó : 2H e4 l i ê n k ế t
chiặ t h n n h i ể u s o với c c h t n h â n k h c b ê n c n h ; n ó có r ấ t k h ì ả n ă n g b ắ t t h ê m n t r o n
(16)• •
A A Ạ Ạ
n - a
A A A
f
0 o
-;
A A
0 o
o (b) Proton
# (a) Nơtron
Hinh 1.1
Sơ đổ biểu diẻn mửc độ làm cảc lớp hạt nhãn
T n g lự n h t r o n g cá c n g uyê n tử, t r o n g c c hnt n h â n , số
p r o t o n v sô" n t r o n d ù n g d ê t o n ê n các lớp l ấ p đ ầ y t ă n g d ầ n t c c h t n h â n n h ẹ l ê n đ ế n h t n h â n n n g , sa o c h o c c n u c l e o n l u ô n t o t h ả n h c ặ p t n g dôi m ộ t m ỗ i m ứ c n ă n g l ợ n g M a ỵ e r v J e n s e n d ã c h ứ n g m i n h r ằ n g với lý t h u y ế t l ợ n g t
dựa trê n mẫu lớp ta có th ể tiên đốn sơ" nucleon lớp
đ ầ y M ộ t b ằ n g c h ứ n g t h ự c n g h i ệ m k h c có t h ể g i ả i t h í c h đ ợ c b ằ n g m ẫ u lớp l h ầ u n h k h ô n g t n t i c c h t n h â n b ể n có s ố n t r o n m ộ t s ố lẻ h o ặ c có m ộ t s ố lẻ c c p r o t o n T a h ã y h ì n h d u n g c c n u c l e o n l i ê n k ế t với n h a u t r o n g m ộ t h ô t h ê n n g n h ờ
h ì n h l l a , m t r o n g d ó c c c h ấ m m u s n g b i ể u t h ị p r o t o n v c c c h ấ m m u đ e n b i ể u t h ị n t r o n N h v ậ y , h ì n h l l a m ô t ả m ộ t h t n h â n với sô z lẻ v s N lẻ (do d ó m A c h a n )
Nếu th n g qua q u trìn h đó, nơtron đơn lẻ (khơng tạo
(17)và proton đểu (lược lấp (tầy Các h t n h â n VỚI sô khỏi A lẻ phái
lu ô n l u ô n có m ộ t n u c l e o n k h ô n g g h é p c ặ p v n h v ậ y k h ô n g cỏ h i ệ u ứng t n g tự T í n h c h ấ t n y đ ợ c gọi " h i ệ u ứ n g g h é p c ậ p " n ó p h ả n n h k h u y n h h n g c c n t r o n v ả c c p r o t o n x u ấ t h i ệ n t h n h t n g c ặ p với c c t h n h v i ê n t r o n g c ặ p t h u ộ c v o c ù n g m ộ t loại R õ r n g h i ệ u ứ n g g h é p c ặ p m n h ch o t h ấ y c c h t n h ả n với z lẻ - N lẻ l u ô n l u ô n k h ô n g b ể n
T n g t ự n h n g u y ê n t k h i bị k í c h t h í c h s ẽ p h t r a q u a n g p h ố v c h t h ì h t n h â n k h i bị k íc h t h í c h s ẽ p h t r a bửc x có n n g l ợ n g g i n đ o n t n g t ự n h c c q u a n g p h ổ v c h , v ề m ặ t lịch sử , b ứ c x n y đ ợ c n h ậ n b i ế t n h m ộ t t r o n g b a loại x d o c c c h ấ t p h ó n g x p h t r a v đư ợ c gọi " b ứ c x g a m m a " N g y n a v t u y b i ế t b ứ c x y có b ả n c h ấ t đ i ệ n t n h c h í n h c c t i a X, n g i t a v ẫ n d ù n g t e n t i a g a m m a v k ý h i ệ u Ỵ đ ể chi' b ứ c xạ điện từ h t nhân phát ra.
T u y n h i ê n , h t n h â n k h ô n g n h ấ t t h i ế t p h ả i p h t r a t i a y đ ể l m g i ả m n ả n g l ợ n g k í c h t h í c h C ó m ộ t q u t r ì n h t h h a i gọi "sự b i ế n h o n n ộ i ” c n h t r a n h t r ự c t i ế p với s ự p h t x t i a Ỵ T r o n g q u t r ì n h n y , h t n h â n t r u y ề n n ă n g l ợ n g c ủ a n ó t r ự c t i ế p c h o đ i ệ n t c ủ a n g u y ê n t v đ i ệ n t b a y r a với đ ộ n g n ă n g :
E e = w - B „ (1.3)
với w h i ệ u n ă n g l ợ n g g i ữ a h a i m ứ c n ă n g l ợ n g c ủ a h t n h â n v B< n ă n g lương l i ê n k ế t c ủ a d i ệ n t với h t n h â n
N ă n g l ợ n g l i ê n k ế t B x u ấ t h i ệ n d i d n g c c t i a X k h i c h ỗ t r ố n g t r o n g n g u y ê n t d ợ c l â p d ầ y
Nói c h u n g có t h ể d ù n g i n ẫ u lớp đ ể g iả i t h í c h m ộ t sơ t í n h c h ấ t q u a n t r ọ n g q u a n s t dược b ằ n g t h ự c n g h i ệ m c ủ a c c h t n h â n T u y Iìh íê n, m ẫ u lớp k h n g giải t h í c h đ ợ c rv h đổ m ặ t d ộ h ầ u n h k h ô n g dổi c ủ a h t n h â n , s ố n t r o n d Ịtrong h t n h â n có s ố
i
• , ,
T í : i CỈ *Ỉ L k
(18)k h ô i A lớn, q u t r ì n h p h ả n h c h q u t r ì n h p h n râ p h ó n g xạ a v p. Đ ể giải t h íc h c c h i ệ n tư ợ n g n y m ộ t c c h t h o ả đ n g , t a c ù n g đ â để x u ấ t m ộ t m ẫ u h t n h â n k h c • m ẫ u giọt chất lỏng
1.1.3.2 Mau giọt chất lỏng
M ẫ u giọt c h â t lò n g coi h t n h â n n h m ộ t n h ó m c c h t t n g t c m n h v t í n h c h ấ t t ổ n g t h ể c ủ a h t n h â n đ ợ c x e m l t r u n g b ì n h c ủ a t ấ t c ả c c h t d ó n g góp d n g thời C c n u c l e o n x e m n h r ấ t g iố n g với p h â n t t r o n g m ộ t giọt c h a t lỏ n g chỗ h t đ ề u góp p h ầ n n h n h a u v o t í n h c h ấ t t ô n g t h ể Đ iề u n y h o n t o n k h c với m ẫ u lớp: ỏ m ộ t n u c l e o n (cụ t h ể n u c l e o n l m đ ầ y m ộ t lớp) có t h ể l m t h a y đổi t í n h c h ấ t m ộ t c c h c ả n b ả n Đ ể đ ặ c t r n g m ẫ n n y t a s d ụ n g b a t í n h c h ấ t :
■ C h ấ t lỏ n g h t n h â n có t í n h c h ị u n é n c a o t ấ t c ả h t n h â n có m ậ t đ ộ n h n h a u
■ G i ữ a n u c l e o n có h a i lực t n g tác: lực C o u lo m b giữ a p r o t o n v lực t n g tác m n h cỏ c ù n g độ lốn g i ữ a t ấ t c ả n ucleon
■ M ộ t n u c l e o n c h ỉ có t h ể t n g t c m n h vói m ộ t sô h ữ u h n n u c l e o n n m x u n g q u a n h
1.1.3.3 Mẩu tập thể
M ẫ u t ậ p t h ể s ự k ế t h ợ p c c đ ặ c đ i ể m c ủ a m ẫ u lớp m ẫ u g i ọ t c h ấ t l ỏ n g đ ể x â y d ự n g m ộ t lý t h u y ế t có k h ả n n g lý g i ả i t ấ t c ả c c h i ệ n t ợ n g h t n h â n đ ã q u a n s t T r o n g m ẫ u n y , h t n h â n đư ợ c h ì n h d u n g n h có m ộ t lõi gồ m c c lớp c h ứ a đ ầ y c c n t r o n v p r o t o n C c n t r ô n v p r o t o n cò n lại đ ợ c coi l có liê n k ế t y ế u với bê m ặ t c ủ a lõi t r u n g t â m Lớp bề
(19)m ậ t n v có t h ể có n h ữ n g loại c h u y ể n đ ộ n g v c ấ u h ì n h h ì n h học k h c n h a u đối vỏi lõi t r u n g t â m N h v ậ y lõi t r u n g t m có l í n h ( ' h ấ t k h g i ô n g với c c lín lì c h ấ t t i ê n đ o n t h e o m ẫ u g iọ t c h ấ t ló ng, c ò n t h a y dối t r ê n b ê m ặ t h t n h â n c h o ta n h i ề u h i ệ u ứ n g p h ù hợp với s ự t i ê n đ o n t h e o m ẫ u lớp
T h n h cô n g c ủ a lý t h u y ế t n y ỏ c h ỗ n ó đ ã t i ê n đ o n dư ợc s ụ t n t i c c m ứ c q u a y t r o n g h t n h â n N h ữ n g m ứ c t n g t ự n h c c m ứ c q u a y t r o n g p h n tử , l m x u ấ t h i ệ n n h ữ n g giải n a n g lư ụ u g q u a y t r o n g p h ố p h â n tử T a có t h ể d ù n g m ẫ u t ậ p th ê đ ể t i ô n đ o n n ă n g l ợ n g v k h o ả n g c c h c ủ a c c m ứ c q u a y m ộ t c c h r ấ t c h í n h x c đói với c c h t n h ả n đ ấ t h i ế m Đó lý t h u y ế t (!ầu t i ê n đ ã t i ê n đ o n với m ộ t độ c h í n h x c h ợ p lý k h o ả n g c c h c ủ a c c m ú c n ă n g l ợ n g c ủ a h t n h â n
1.1.4 Các tín h c h ấ t b ả n h t n h â n
N h ữ n g lực c h í n h g i ữ a c c n u c l e o n t r o n g h t n h â n gồ m h a i loại M ộ t loại lực đ ẩ y t ì n h d i ệ n C o u l o m b g i a c c p r o t o n Lực n y cỏ đ ộ lớ n tỷ lệ với t í c h c ủ a c c đ i ệ n t í c h v t ỷ lệ n g h ị c h với b ì n h p h n g c ủ a k h o ả n g c c h g i ữ a c h ú n g L o i t h h a i lực h ú t r ấ t m n h g i ữ a t ấ t c ả c c n u c l e o n vỏi n h a u m t a gọi lực t n g t c m n h
T h ự c n g h i ệ m đ â c h ứ n g tỏ r ằ n g lự c n ó i t r ê n c h ỉ t n t i k h i c c n u c l e o n n ằ m r ấ t g ầ n n h a u với k h o ả n g c c h 1 m v đ ộ lớn
(.ủa lự c cló l n h n h a u g i ữ a h a i n u c l e o n b ấ t k ý t r o n g p h m vi đ ộ c h í n h x c c ủ a c c p h é p đo
Đ ặ c đ i ể m t h ứ h a i c ủ a lực n y t í n h b ã o h ò a M ộ t n u c l e o n c h ỉ t n g t c với m ộ t s ỏ h ữ u h n n u c l e o n k h c T r o n g h o học, ngu yên tử Oacbon có boil liên kết, bốn liên kết này t n g t c với r c n g u y ê n t l â n c ậ n t h i n g u y ê n t C a c b o n t r
(20)nên trơ Các liên kết đà nói đến bão hồ Tương tự, ta có th ế giải thích tín h bâo hoà lực h t n h ã n b àng cách coi một lực trao đổi, nucleon cấu trúc phửc tạp
của hạt nhân thực tương tác trao qua một
h t Ý tương n ày cõng tương tự n h xem x é t tác dụng lực điện từ tro n g trưòng điện từ, gọi tương tác điện từ, với photon giữ vai trò h t tru y ền tương tác N ăm 1936, Y ukaw a giả th iế t loại h t tru y ề n tương tác gọi là "mezon" A nderson N eđ d en n ey er sau tìm m ột sơ' loại mezon khác n h a u có khôi lượng từ 200 đến 300 lần khổĩ lượng điện tử có th ể m a n g điện tích dương, âm khơng m a n g điện.
Q ua Ihực nghiệm (phương p háp tá n xạ Rutherford), người
ta ước tính bán kính hạt nhán theo biểu thức sau:
% f i = i ? 0A 1/3m , (1.4)
với: R 0 bán k ín h h t n h â n đơn vị, có giá trị xác dịnh bằng
thực nghiệm 1,5 10 15 m,
R bán k ín h h iệu dụng và
A số khối của h t n h â n tương ứng.
1.1.5 N ăng lượng liên k ế t c ủ a h t n h â n
Ta có th ể xem xét n ă n g lương h t n h â n n ản g lượng cần
th iết để ị ả c ì ì tất nucleon xa tới khoảng cách
đủ lỏn cho lực tương tác m ạnh nucleon không cịn nữa T a có th ể xét n ă n g lượng liên k ế t theo chiếu ngược lại, tửc coi n h n ă n g lượng giải phóng nucleon tự hợp n h ấ t lại để tạo t h n h h t n h ân Tuy n h iên , ta
không thể đo được công nàng dùng để tách hạt nhân Ưrani