5. Bức xạ ion hoá từ các nguồn khác
5.2.3 Bức xạ ion hoá từ các nguồn nơtron
Như đã đề cập trong phần 2.2.6, trong một số điều kiện nhất định các nơtron có thể được phát ra từ nhân của một nguyên tử nhưng sự phát notron thường không gắn liền với sự phân rã phóng xạ ( mặc dù có một ít sản phẩm phân hạch có chu kỳ bán huỷ rất ngắn mà chúng phát ra các nơtron). Nguồn nơtron lớn nhất là lò phản ứng hạt nhân trong đó các nơtron được tạo ra
như là kết quả của sự phân hạch của các hạt nhân nặng như uranium hoặc plutonium. Californium-252 là một hạt nhân phóng xạ thường phân rã bằng cách phát alpha nhưng đôi khi sẽ bị phân hạch và tạo ra các nơtron.
Tất cả các nguồn nơtron khác là kết quả của các phản ứng hạt nhân gây ra bởi một hạt tích điện có năng lượng cao đập vào một hạt nhân bia. Điều này xảy ra trong các máy gia tốc cũng như trong các nguồn nơtron dạng viên
giống như những nguồn được sử dụng trong các máy đo công nghiệp. Trong nguồn dạng viên, một chất phát alpha như hạt nhân americium-241 được nghiền thành bột và trộn lẫn với bột beryllium. Các hạt alpha năng lượng cao từ hạt nhân americium bắn phá vào nhân beryllium và các nơtron được tạo thành.
Tự kiểm tra 7
Bây giờ để xem bạn hiểu bài như thế nào bằng cách trả lời các câu hỏi sau trong vở bài tập của bạn.
1. Ba nguồn chính của bức xạ phông là gì?
2. Làm thế nào sự chiếu xạ của bạn đối với bức xạ vũ trụ được tăng lên? 3. Hãy gọi tên các hạt nhân phóng xạ có mặt trong thức ăn và đồ uống
của chúng ta?
4. Khí phóng xạ nào xuất hiện trong tự nhiên là phần lớn nhất của sự chiếu xạ trên trái đất chúng ta?
5. Điền vào các chỗ trống một từ hay một cụm từ thích hợp:
__________. __________ là một quá trình mà nó xảy ra trong các lò phản ứng hạt nhân và cần phải phân chia một hạt nhân nặng thành các hạt nhân nhỏ hơn. __________ __________ bao gồm các hạt tích điện có các năng lượng cao đập vào một vật liệu bia thích hợp. Các hạt nhân nặng hơn có thể được tạo ra trong các lò phản ứng hạt nhân bằng sự hấp thụ nơtron. Quá trình này được gọi là __________ __________. 6. a) Nguồn lớn nhất của các nơtron là gì ?
b) Hãy gọi tên của hai nguồn nơtron khác.
7. Các tia-X được tạo ra như thế nào trong máy phát tia-X?
Bây giờ hãy kiểm tra các câu trả lời của bạn với các câu trả lời mẫu trong vở bài tập của bạn.
Các điểm quan trọng
ã Một vài chất bị biến đổi tự phát trong cấu trúc của chúng để làm cho chúng bền hơn. Các chất như vậy được gọi là chất phóng xạ.
ã Phân rã phóng xạ được định nghĩa là sự biến đổi mà nó xảy ra trong nhân của một nguyên tử để làm cho nó bền hơn.
ã Bức xạ ion hoá được định nghĩa là một hạt hoặc một tia bất kỳ mà nó có đủ năng lượng để bứt các điện tử ra khỏi các nguyên tử, phân tử hoặc các ion.
ã Năng lượng của bức xạ ion hoá được đo bằng điện tửvolt (eV) ở đó 1 eV bằng 1.6 x 10-19joules.
ã Bức xạ ion hoá gồm các hạt alpha,các hạt beta, các tia gamma, các positron, các tia-X và các nơtron.
ã Các hạt alpha (kí hiệu là a) được làm từ hai nơtron và hai proton. Chúng có số khối là 4u và số điện tích là +2e.
ã Các hạt beta (kí hiệu là b-) là các điện tử mà chúng được phát ra từ hạt nhân của nguyên tử. Chúng có số khối bằng 1/1840u và điện tích bằng - 1e.
ã Các tia gamma (kí hiệu là g) là bức xạ điện từ mà nó được tạo ra từ hạt nhân của nguyên tử. Chúng không có khối lượng và điện tích.
ã Các positron (kí hiệu là b+) được tạo ra từ một proton mà nó biến đổi thành một nơtron và một điện tử dương. Chúng có số khối bằng 1/1840u và điện tích bằng +1e.
ã Các tia-X (kí hiệu là X) được tạo ra khi các điện tử nguyên tử bị thay đổi về quĩ đạo. Chúng không có khối lượng và điện tích.
ã Các Nơtron (kí hiệu là n) là các hạt mà chúng được tìm thấy trong hạt nhân của một nguyên tử. Chúng có khối lượng bằng 1u và không có điện tích.
ã Các hạt nhân phóng xạ có thể phân rã bằng cách phát ra các hạt alpha, phát beta, phát tia gamma( kể cả biến hoán trong), phát positron, biến hoán trong ,chiếm điện tử, và rất hiếm phát nơtron.
ã Sơ đồ các hạt nhân có thể được sử dụng như là một hướng dẫn đối với kiểu phân rã của mỗi hạt nhân phóng xạ.
ã Các hạt alpha được phát ra từ hạt nhân có năng lượng hoàn toàn xác định đặc trưng cho hạt nhân mà chúng được phát ra.
ã Phát xạ alpha dịch chuyển hạt nhân phóng xạ chéo xuống dưới và sang bên trái hai ô.
ã Các hạt beta được phát ra từ một nhân có một phân bố các mức năng lượng tới một giá trị đặc trưng cực đại.
ã Phát xạ beta dịch chuyển hạt nhân phóng xạ chéo lên trên và sang bên trái một ô trên sơ đồ các hạt nhân.
ã Các tia gamma được phát ra từ nhân của một nguyên tử như một cách giải phóng năng lượng dư thừa và trở thành bền hơn. Chúng được phát
ra với các mức năng lượng xác định và thường được phát ra sau sự phân rã alpha hoặc beta.
ã Các tia gamma thường được phát ra ngay sau khi phân rã alpha hoặc beta ban đầu và trong phát xạ loại này, không có dịch chuyển trên sơ đồ các hạt nhân.
ã Đôi khi có thể có một sự trễ trong phát xạ của tia gamma sau kiểu phân rã ban đầu và hạt nhân còn lại ở trong một trạng thái kích thích (tức là có năng lượng dư thừa) trong một khoảng thời gian. Trong trường hợp này, hạt nhân phóng xạ được gọi là hạt nhân phóng xạ giả bền và được kí hiệu bằng chữ m. Các hạt nhân phóng xạ giả bền được chỉ ra trên sơ đồ của các hạt nhân.
ã Khi nhân của một hạt nhân phóng xạ giả bền mất năng lượng của nó do phát tia gamma, người ta nói rằng nó bị dịch chuyển đồng phân.
ã Các dịch chuyển đồng phân được kí hiệu trên sơ đồ của các hạt nhân bằng chữ IT và dịch chuyển hạt nhân phóng xạ từ phía bên trái của ô hạt nhân phóng xạ sang phía bên phải.
ã Các positrron được phát ra từ các hạt nhân phóng xạ có một dải rộng các năng lượng tới một giá trị đặc trưng cực đại.
ã Phân rã positron dịch chuyển hạt nhân phóng xạ chéo xuống phía dưới và sang bên phải một ô trên sơ đồ các hạt nhân.
ã Sự phát tia-X bản thân nó không phải là một kiểu phân rã, mà thực chất là được gắn liền với các cơ chế phân rã như sự biến hoán trong và sự chiếm điện tử.
ã Trong biến hoán trong (kí hiệu e-), điện tử và tia-X được tạo ra không có sự dịch chuyển trên sơ đồ các hạt nhân.
ã Trong sự chiếm điện tử (kí hệu e), một điện tử ở lớp vỏ trong cùng bị chiếm bởi một proton trong nhân để tạo thành một nơtron. Một điện tử từ một lớp vỏ ở ngoài điền vào chỗ trống và giải phóng năng lượng tạo thành một tia-X.
ã Chiếm điện tử dịch chuyển hạt nhân phóng xạ chéo xuống dưới và sang bên phải một ô trong sơ đồ các hạt nhân.
ã Phát nơtron bởi phân rã phóng xạ là rất hiếm. Nó thường gắn liền nhièu hơn với sự tạo ra nhân tạo trong các lò phản ứng hạt nhân hoặc trong các nguồn nơtron được sản xuất.
ã Khi một hạt nhân phóng xạ bị phân rã nơtron (kí hiệu là n), hạt nhân phóng xạ này bị dịch chuyển sang bên trái một ô trên sơ đồ các hạt nhân.
ã Phân rã phóng xạ là có bản chất thống kê và tuân theo định luật phân rã hàm e mũ.
ã Hằng số phân rã phóng xạ l là phần các nguyên tử mà chúng bị phân rã trong một đơn vị thời gian chẳng hạn như một giây hoặc một năm.
ã Hoạt độ thay đổi theo thời gian khi các nguyên tử phân rã và điều này được biểu diễn bằng phương trình A=A0e-lt.
ã Hoạt độ phóng xạ (A) của một hạt nhân phóng xạ được định nghĩa là số phân rã trong một giây của một chất phóng xạ và có đơn vị đo là becquerel (Bq).
ã 1 Bq = 1 phân rã trong một giây.
ã Đơn vị đầu tiên của hoạt độ phóng xạ là curie (Ci) mà nó ban đầu được định nghĩa bằng lượng hoạt độ phóng xạ có cùng số nguyên tử phân rã trong một giây như của một gam radium-226. Curie sau này được định nghĩa lại bằng 3.7 x 1010 phân rã trong một giây (hoặc 37 gigabecquerel).
ã 1 Ci = 3.7 x 1010Bq = 37GBq
ã Chu kỳ bán rã của một hạt nhân phóng xạ được định nghĩa là thời gian cần thiết để một nửa số nguyên tử trong một mẫu bị phân rã hết.
ã Hoạt độ phóng xạ riêng (SA) được định nghĩa là hoạt độ phóng xạ trong một đơn vị khối lượng hoặc một đơn vị thể tích của một hạt nhân phóng xạ xác định.
ã Hoạt độ phóng xạ riêng của một chất có thể đưa ra một sự chỉ báo về sự nguy hiểm tương đối. Nếu một chất có hoạt độ phóng xạ riêng cao, khối lượng hoặc thể tích nhỏ thì có thể là một mối nguy hiểm. Ngược lại, nếu khối lượng hoặc thể tích lớn của hoạt độ phóng xạ riêng thấp thì có thể không phải là một mối nguy hiểm.
ã Bằng cách sử dụng sơ đồ các hạt nhân, có thể tìm ra cách một hạt nhân phóng xạ phân rã và nó phân rã thành hạt nhân gì. Đường dẫn có thể tiếp tục cho đến khi nguyên tử trở nên bền. Điều này được gọi là một chuỗi hoặc dãy phân rã.
ã Các chuỗi phân rã có thể có một vài đường dẫn khác nhau.
ã Hạt nhân bền hơn mà nó xuất phát từ phân rã phóng xạ này có một tên riêng và được gọi là hạt nhân con. Hạt nhân phóng xạ ban đầu được gọi là hạt nhân mẹ.
ã Nếu một hạt nhân phóng xạ có chu kỳ bán huỷ dài, các sản phẩm hạt nhân con có chu kỳ bán huỷ ngắn hơn nhiều so với hạt nhân mẹ sẽ có cùng hoạt độ phóng xạ như hoạt độ phóng xạ của hạt nhân mẹ sau một khoảng thời gian phân rã xấp xỉ 7 lần chu kỳ bán huỷ của hạt nhân con. Khi các sản phẩm hạt nhân con có cùng hoạt độ phóng xạ như hoạt độ phóng xạ của hạt nhân mẹ của chúng thì người ta nói rằng chúng ở trong cân bằng thế kỷ.
ã Cân bằng thế kỷ rất quan trọng trong an toàn bức xạ vì hoạt độ phóng xạ của một mẫu có thể tăng phụ thuộc vào số lần đạt được cân bằng trong một chuỗi phân rã.
ã Khi chu kỳ bán huỷ của hạt nhân mẹ ngắn hơn nhiều so với chu kỳ bán huỷ của hạt nhân con thì không thể có cân bằng.
ã Các hạt nhân phóng xạ có mặt trong cả các qúa trình tự nhiên và các hoạt động nhân tạo.
ã Phông bức xạ tự nhiên có ba nguồn chính là: bức xạ vũ trụ đến từ ngoài trái đất của chúng ta, bức xạ trên mặt đất đến từ đất đá trên mặt đất và hoạt độ phóng xạ trong thức ăn và đồ uống của chúng ta.
ã Cũng như bức xạ tự nhiên, chúng ta cũng bị chiếu xạ bởi bức xạ ion hoá từ các nguồn nhân tạo. Các nguồn như vậy bao gồm: các máy phát tia-X, các hạt nhân phóng xạ nhân tạo và các nguồn nơtron.
ã Các máy phát tia-X tạo ra các tia-X bằng cách bắn các điện tử có tốc độ lớn vào một bia. Các điện tử bị làm chậm nhanh chóng và điều này dẫn tới các tia-X sẽ được tạo ra.
ã Các hạt nhân phóng xạ nhân tạo có thể được tạo ra một cách nhân tạo bởi một số qúa trình gồm: sự phân hạch, sự kích hoạt nơtron và sự bắn phá ion.
ã Sự phân hạch là quá trình chia một hạt nhân nặng thành các hạt nhân nhẹ hơn.
ã Kích hoạt nơtron là quá trình hấp thụ một nơtron từ một nguồn nơtron để tạo thành một hạt nhân nặng hơn.
ã Sự bắn phá ion là quá trình các hạt tích điện có năng lượng cao đập vào một chất làm bia thích hợp. Bia này sau đó trở thành phóng xạ.
ã Các nơtron được tạo ra một cách nhân tạo trong các lò phản ứng hạt nhân, các máy gia tốc và các nguồn nơtron dạng viên.
Công việc thực hành cuối cùng:
Công việc này được hoàn thành dưới các điều kiện kiểm tra, vì vậy bây giờ hãy sử dụng một chút thời gian để học học trình này. Sau đó liên hệ với người hướng dẫn bạn để sắp xếp thời gian thích hợp để hoàn thành công việc này.
Bảng chú giải của các thuật ngữ
Hoạt độ phóng xạ Số phân rã của một nhân xảy ra trong một giây.
Hạt Alpha Một hạt gồm hai proton và hai nơtron liên kết chặt chẽ với nhau, và nó được phát ra từ một hạt nhân trong khi phân rã phóng xạ.
Hạt Beta Một điện tử mà nó được phát ra từ nhân của một hạt nhân phóng xạ với tốc độ cao trong khi phân rã phóng xạ.
Bức xạ vũ trụ Bức xạ mà nó đến từ bên ngoài trái đất.
Nguồn gốc vũ trụ Các hạt nhân phóng xạ có nguồn gốc từ vũ trụ được tạo ra bởi tương tác của các tia vũ trụ với các hạt nhân bền trong khí quyển của trái đất.
Hạt nhân con Hạt nhân bền hơn mà nó sinh ra từ phân rã phóng xạ. (xem mục hạt nhân con)
Hằng số phân rã Phần các nguyên tử mà chúng bị phân rã trong một đơn vị thời gian.
Các tham số phân rã Là các đặc tính (hằng số phân rã, hoạt độ phóng xạ, và chu kỳ bán huỷ) của một hạt nhân phóng xạ nhất định.
Các dãy phân rã Các con đường mà theo chúng các hạt nhân phóng xạ phân rã để đạt tới trạng thái bền
Bức xạ điện từ Năng lượng mà nó vận chuyển dưới dạng các photon có tốc độ của ánh sáng.
Sự chiếm điện tử Một quá trình ở đó một điện tử trong lớp vỏ trong cùng bị chiếm bởi một proton trong nhân để tạo thành một nơtron. Kết quả là, các tia-X đặc trưng được tạo thành.
Electronvolt Là lượng năng lượng thu được bởi một điện tử gia tốc qua một hiệu điện thế một volt và về mặt toán học bằng 1.6 x 10-19joules.
Sự phân hạch Là quá trình ở đó một hạt nhân nặng bị tách thành các hạt nhân nhỏ hơn.
Tia gamma Là bức xạ điện từ mà nó đến từ nhân của một nguyên tử do phân rã phóng xạ.
Chu kỳ bán huỷ Thời gian cần thiết để một nửa số nguyên tử của một hạt nhân phóng xạ bị phân rã phóng xạ.
Biến hoán trong Là quá trình ở đó năng lượng dư thừa từ một hạt nhân được truyền cho một điện tử quĩ đạo. điện tử này sau đó được phát ra khỏi nguyên tử đó. Lỗ tróng của điện tử bay ra được lấp đầy bởi một điện tử từ lớp vỏ bên ngoài và dẫn đến sự giải phóng của một tia-X đặc trưng.
Sự bắn phá ion Là quá trình ở đó các hạt tích điện có năng lượng cao được bắn vào một bia. Các hạt này bị hấp thụ và bia trở trở thành phóng xạ.
Bức xạ ion hoá Một hạt hoặc tia bất kỳ mà nó có đủ năng lượng để bứt các điện tử ra khỏi các nguyên tử.
Sự dịch chuyển đồng phân
Là quá trình ở đó một hạt nhân phóng xạ giả bền phát ra một tia gamma bằng cách đó giải phóng năng lượng dư thừa khỏi một hạt nhân.
Giả bền Hạt nhân phóng xạ giả bền là hạt nhân mà nó có năng lượng dư thừa trong hạt nhân đó.