VẬT lý NGUYÊN tử (lý SINH SLIDE)

Bài 1: Chương V : VẬT LÝ NGUYÊN TỬ Cơ sở học lượng tử : 1.1 Sóng De BROGLIE a Lưỡng tính sóng hạt ánh sáng: - Theo Maxwell ánh sáng sóng điện từ Hàm sóng biểu diễn sóng phẳng đơn săc điểm cáchnguồn khoản d là: x  A cos 2f (t   d )  A cos(t  k r ) v - Theo EinteinhC ánh sáng chùm Photon h (lượng tử sáng) W  hV   p  h x  A.e   i (t  k r )   hk  A.e i   (Wt  pr )  b Sóng De BROGLIE - Mỗi vi hạt có lượng W , động lượng p xác định tương đương h W với sóng phẳng đơn sắc có tần số (hay  bước sóng ) f   h p - Hàm sóng biểu diễn trạng thái vi hạt •    e  * rr kn  i ( t  )    e liên hợp phức u rr i  (Wt  p r ) h   biên độ sóng • Chú ý: Hàm sóng biểu diễn trạng thái vi hạt lấy phần thực phần ảo • *Ý nghĩa thống kê hàm sóng 2 *       • I~ mật độ xác suất tìm thấy hạt điểm • Sóng De Broglie sóng xác suất tìm hạt điểm khơng gian • VLLT có tính thống kê  • Đ/k chuẩn hố hàm sóng: � � �0 dV  * Điều kiện hàm sóng - Hàm sóng giới nội - Hàm sóng liên tục - Hàm sóng đơn trị - Đạo hàm bậc hàm sóng liên tục 1.2 Hệ thức bất định Heisenberg • Hệ thức bất định động lượng & tọa độ: x.p x h  x.p x  (1) y.p y h  y.p y  (2) z.p z h  z.p z  (3) • Hệ thức bất định lượng va thời gian W t ~ h � W t �h(4) Ý nghĩa vật lý hệ thức bất định • * Thay khái niệm quỹ đạo vân đạo (orbital): Các vi hạt có độ bất định động lượng p nhỏ, độ bất định tọa độ x lớn, khơng thể xác định xác vị trí Vì phải thay khái niệm quỹ đạo vi hạt khái niệm vân đao – Orbital ( Mây điện tử ) – Vân đạo(Orbital) tập hợp vị trí tìm thấy hạt với xác suất xấp xỉ 1( 1) • * Khái niệm thời gian sống  hệ lượng tử trạng thái lượng W- Các trạng thái bền khơng khơng bền: Trạng thái có lượng W xác định  độ bất định lượng W nhỏ, thời gian tồn hay thời gian sống vi hạt trạng thái  ( t) lâu Đó trạng thái bền vật chất – Trạng thái bản.Trang thái có lượng bất định (W lớn) thời gian sống ngắn.Đó trạng thái khơng bền vật chất * Tính chất sóng hạt vật chất khơng thể xác định đồng thời thí nghiệm • Phương trình Schrodinger • • • • • • • • • • • • 1/ Hạt chuyển động tự do: Năng lượng hạt động E : i p r  W=E i ( p x x  p y y  pz z )   ( r ) 0 e .e Gọi hàm sóng dừng Lấy đạo hàm tồn phẩn bật theo tọa độ x, y, z ta có: 2m.E Phương trình Schrodinger    (r )  (r ) 0 2/ Hạt chuyển động thường U(r) Hạt U & động E Năng lượng tồn phần W=E+U Thay vào phương trình ta có: Phương trình Schrodinger tổng qt – Phương trình học lượng tử  ( r )  2m (W  U ) ( r )  h • Hạt hố • Độ rộng hố a ,hố chiều sâu vô Hạt chuyển động hố U(x) biểu diễn theo hình nhö sau: U ( x) a  0khi  x  a    khix 0; x a • giếng , hạt U=0 • Phương trình Schrodinger có dạng: d  2m •  E.  2 dx h • 2mE k  (1) • Đặt h d   k   • Ta có : dx • Nghiệm phương trình có dạng •  ( x )  A sin kx  B cos kx • A&B số lấy tích phân xác định dựa vào điều kiện bờ hàm sóng : • x  0;  (0)  � B  x  a;  ( a )  � sin ka  A �0 n sin ka  sin n  � k  (2) a • Với n = 1,2,3 + 2   Wn  E n  n • - Từ (1)&(2)ta có: 2m.a (3) • Với n =1,2,3……… n • +  n  A sin a x • • • • • • • • • Liều gây chết tuyệt đối: (LCTD 100/30) Liều lượng xạ làm 100% đối tượng bị chiếu xạ chết vòng 30 ngày sau bị chiếu xạ Liều bán tử vong (LC 50/30) Liều lượng xạ làm 50% đối tượng bị chiếu xạ chết vòng 30 ngày sau bị chiếu xạ Dùng tia X Loài LC50/30(Ret) Lợn 350÷400 Chó 335 Khỉ 500 Chuột 550÷665 Người 600÷700 Quy luật khống chế liều lượng phóng xạ: • Liều lượng phóng xạ tùy thuộc vào cường (hoạt) độ phóng xạ nguồn(H) vào thời gian tiếp xúc với nguồn • Liều lượng phóng xạ tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách đến nguồn • Liều lượng phóng xạ giảm theo quy luật giảm cường độ I (hay mật độ J) tia phóng xạ tương tác tia phóng xạ với vật chất nguồn vị trí tính liều lượng • Từ quy luật để giảm liều lượng chiếu vào thể cần phải: • a- Dùng nguồn có tốc độ phân rả thấp đủ đạt mục đích • b- Phân liều chiếu liều nhỏ, khu trú • c- Thời gian tiếp xúc giảm đến tối thiểu Thời gian = Liều chấp nhận / Suất liều • d- Tăng khoảng cách với nguồn phóng xạ cần tiếp xuùc Chọn khoảng cách vừa đủ phương pháp đơn giản để bảo vệ, liều hấp thu vào thể tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách Mối liên quan liều hấp thu khoảng cách thể công thức: D1.r12 = D2 r22 e- Che chắn: - Tia X,γ: Bêtông có pha Barút chì(Pb), sắt thép, thủy tinh chì, hợp chất có chì - Tia β vật chất có Z nhỏ, thủy tinh thường, thủy tinh hữu nhôm(Al) * Cơng thức tính độ dày lớp che chắn để giảm nửa cường độ là: I = I0/2n n số lớp giảm nửa, I0 suất liều chưa che chắn, I suất liểu sau che chắn VI ỨNG DỤNG PHÓNG XẠ • • • • • • • • • 1, Chẩn đoán Y Khoa: Điều trị Y Khoa: Thanh tiệt trùng: dùng tia γ  d  Iγ0 e Đo độ dày:Sự hấp thuItia Phương pháp đồng vị đánh dấu Phân tích kích hoạt: Độ nhạy cao: 10-9÷10-12g Phân tích nguyên tố vi lượng Định lượng phóng xạ miễn dịch học → nôi tiết tố tuyến rau thái để định bệnh NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC THIẾT BỊ GHI ĐO PHÓNG XẠ • Dưới tác dụng tia phóng xạ, nguyên phân tử vật chất bị kích thích ion hóa gây phản ứng hóa học hiệu ứng vật lý khác Mức độ hiệu ứng tùy thuộc vào chất lượng chùm tia Ta dựa vào hiệu ứng để ghi đo xạ ion hóa • →Thiết bị ghi đo ↔ Đầu dò (detector) • Ghi đo phóng xạ dựa vào biến đổi hóa học tạo quang ảnh phim phủ tinh thể muối Halogen Ag nhủ tương Độ nhạy phim phụ thuộc vào mật độ kích thước tinh thể muối bề dày nhủ tương • - Lớp nhủ tương dày 10 µm, kích thước tinh thể muoỏi: 0.5ữ3àm maọt ủoọ tinh theồ 6.109/cm3 Ghi ủo tia X vaứ - Lụựp nhuỷ tửụng daứy 0.1ữ0.4àm, mật độ 1013/cm3:α,β,γ mềm • • • • • • Ghi đo phóng xạ dựa vào tính phát quang tinh thể dung dịch Tinh thể phát quang: ZnS(X,γ) – Anthraxen: β Dung dịch hổn hợp PPO (2,5 dipheny oxazol) POPOP (2,5 dipheny oxazol Benzen) hòa tan Toluen hay dioxan → β yếu phát từ Tinh thể NaI có lẩn lượng nhỏ Tali (Tl), KI (Tl), CsI(Tl), LiI phát quang tác dụng tia γ→ ống đếm nhấp nháy Ghi đo phóng xạ dựa vào ion hóa chất khí:Ống đếm Geiger-Muller(G-M):ốáng kim loại thủy tinh.Chứa khí trơ (He, Ar).P =100 ÷200 mmHg Anốt: dây Wolfram Katốt: ống thép không rỉ, Cu(có thể phun lớp mỏng muối SnCl ) Điện chiều: ÷1,5 kV • Buồng ion hóa: Buồng làm chân không sau cho khí thích hợp vào Khi chiếu xạ ion hóa khí có dòng diện I ~ Ihv + + _ _ • Ống đếm bán dẫn: – Ge: 2,9eV – Silicon: 3,5eV – Ít tốn lượng – Độ phân giải cao VI CỘNG HƯỞNG TỪ HẠT NHÂN 6.1 Cộng hưởng từ điện tử = cộng hưởng spin L  Các electron nguyên tử có momen động lượng momen từ Dưới tác dụng từ trường B, mức lượng electron bị tách thành e.  B 2 sB = B Khoảng cách X = 2s+1 phần mứcE (sublevel) me mức con:  B 10  22 ( A.m )  0,9273.10  23 ( J / o K ) Có tượng hấp thụ cộng hưởng tần số 2. B B trường điện từ thoả mãn điều kiện: h. E 2 B    e B e h  B B • Theo tính toán lý thuyết:  e ge e B h • • • • • e e  g e 2.me ge Landé hệ số Từ - Cơ : factor điện tử hay factor tách mức Trong từ trường Spin điện tử có xu hướng định hướng song song với từ trường (có lợi lượng hơn)=> Tinh thể bị từ hoá • Do tương tác với sóng điện từ co ùtần số thích hợp, điện tử nhận lượng thích hợp để chuyển sang trạng thái spin ngược lại Đó tượng cộng hưởng từ điện tử = cộng hưởng spin (cộng hưởng thuận từ) Nó xảy với electron không kết đôi 6.2 Cộng hưởng từ hạt nhân MRI • Hạt nhân nguyên tử có mômen động u r ur ur lượng Jtoàn phần & mômen    J từ hạt nhân  tương ứng : hệ số hồi chuyển J z  I ( I  1)  Hình chiếu Jzcó thể nhận 2I+1 giá trị: • 1 I  � & 2 Trong từ trường B, lượng hạt • nhân bị tách thành hai phân e.h mức ứng với: E  B 2  hn B p Hiệu lượngmgiữa hai phân mức :  hn   p 0,505038.10 • Trong  26 J (0 ) K • • Sẽ có hấp thụ cộng hưởng sóng điện e từ : h.  E     B  g  B 2m p • g    • gọi factor hạt nhân B  B  B ext local  • Trong thực tế từ trường B bao gồm : Blocal từ trường biến đổi nội gây  electron hạt nhân nguyên tử Bext; • từ trường    42,58MHz Ví dụ: Protôn (H ) B = 1T Sự thay đổi xác định gọi : độ dịch chuyển hoá học nghiên cứu cấu trúc liên kết phân tử uur • Hạt nhân có mômen 0 uur từBtrường thực chuyển động tuế sai (larmor) u u r u u r • Tần số chuyển động phụ thuộc & f0 = B0 g p+ + B0 Nếu có N p hạt nhân thì có N1hạt nhân có & N2 hạt nhân có định hướng đối song với B0 ( N1>N2 ) • Tỷ số chênh lệch đó N : N  N  B0   • Mômen từ tổng cộng nhân N củaNN hạt kT uur M B0 M N  p  N  k T p    //      M M //  M • • • uu r uur B1  B0 uKhi u r tác dụng từ uur trường xoay chiều  uu r B1 quay quanh B0 với tần số góc B1 tác uu r tuần u r dụng lên momenuu rtừ hạt nhân lực B hoàn nghiêng  làm cho B1 mạnh uvà u r quay  quanh cách đồng u pha B1 Nếu r với tần tần số có cộng 0số  u u r  hưởng xảy nằm mặt phẳng  B1thànhphần: M //   // 0 Khi M     cực đại •   • Khi tắt sóng cao tần hạt nhân từ trạng thái cộng hưởng trở trạng�thái bình thường Thời gian hồi phục T = T // + T ( T// > T) • (dọc) (ngang) ( T // > T) • Thời gian hồi phục T// thay đổi tuỳ thuộc loại phân tử : 300 �2000ms • T= - Nguyên tố chọn để xác định : proton H có nhiều phận thể cho tín hiệu MRI mạnh -Nguyên tắc cấu tạo máy cộng hưởng từ hạt nhân -Cuộn dây lớn tạo từ trường tónh - Cuộn dây cao tần dùng để phát xạ cao tầøn gây chuyển mức lượng hạt nhân từ trạng thái thấp lên trạng thái cao, đồng thời dùng để xác định lượng siêu cao tần bị hấp thu xạ hạt nhân trở trạng thái thấp : Mật độ Hro phần thể khác hấp thu hay xạ cao tần với cường độ khác Để thực việc người ta dùng từ trường tónh thay đổi theo tọa độ tạo gradient từ trường … • • • • • • • • • • • • • • • • • • 10-16s 10-6s 10-8s ức xạ ion hóa Hấp thu lượng VẬT LÝ GIAI ĐOẠN Kích thích ion hóa vật chấtTác dụng trực tiếpTác dụng gián tiếpPhân tử sinh họcTổn thương Lý SinhTổn thương Hóa SinhRối loạn chuyển hóa chức năngRối loạn hình thái chức nănggiâgiờ phút÷giờ giờ÷nămCác hiệu ứng Tổn thương Sinh học Tổn thương cấu trúc: -Vi mô -Vó mô Đột biến di truyền: Tế bào chết Cơ thể chết GIAI ĐOẠN SINH HỌC ...  ( )  S  đối song với ( ) Trạng thái lượng tử Nguyên tử 4.1 Trạng thái lượng tử nguyên tử Nguyên tử có nhiều electron nên trạng thái lượng tử NT phải xác định tất electron có NT * Vectơ mô... trạng thái nguyên tử Số lượng tử L G Trạng thái nguyên tử H S P D F * Trong phân lớp lấp đầy, điện tử xếp cho momen động lượng quỹ đạo chúng triệt tiêu lẫn nhau, mômen Spin Do : 5.2 Nguyên lý loại... S S • với S  �Si • Số lượng tử spin tổng cộng S nhận giá trị nguyên bán nguyên tuỳ thuộc số điện tử N chẵn hay lẻ • -S nhận giá trị nguyên 1,2,3… Khi N chẵn • bán nguyên 1/2,3/2,5/2,… Khi N lẻ