2. Cơ sở lý thuyết về chiếu xạ trong bảo quản sản phẩm dạng củ
2.1.1.Chất đồng vị phóng xạ không bền Nguồn chủ yếu phát tia bức xạ nhiệt
nhiệt
a) Hạt nhân nguyên tử và hiện t−ợng phóng xạ
Hạt nhân nguyên tử đ−ợc cấu tạo từ hai loại hạt cơ bản là proton và nơtron (gọi chung là Nucleon).
Proton có khối l−ợng là mP =1,67239.10 - 27 kg, điện tích d−ơng có trị số 1,6.10 - 19C (Culong). Số proton bằng electron bao quanh hạt nhân.
Nơtron là hạt không mang điện, khối l−ợng sắp sĩ bằng khối l−ợng proton vì nơtron không mang điện nên điện tích hạt nhân do số proton quyết định
Hạt nhân của những nguyên tử cùng một số nguyên tố hoá học bao giờ cũng có cùng khối l−ợng proton (cùng điện tích hạt nhân). Nh−ng số nơtron có thể khác nhau, đ−ợc gọi là đồng vị.
Có hai loại đồng vị phóng xạ.
Đồng vị bền gồm những nguyên tử có hạt nhân ở trạng thái ổn định ở những chất này có tỷ số N/Z thích hợp (số nơtron/số proton) thích hợp đạt từ 1-1,5.
Những chất có tỷ số N/Z không thích hợp (số nơtron nhiều quá hoặc ít quá) thì hạt nhân không tồn tại đ−ợc và phân rã tạo nên những hạt nhân của nguyên tử khác, những chất đó gọi là chất đồng vị phóng xạ không bền.
Hiện t−ợng phóng xạ là hiện t−ợng hạt nhân nguyên tử này biến đổi thành hạt nhân nguyên tử khác.
Trong quá trình biến đổi các chất có thể tự phát ra những tia không nhìn thấy có năng l−ợng lớn nh− tia α (24He) tia β (β+,β−) và tia γ .
Các nguyên tố có số proton > 82 đều có tính phóng xạ và th−ờng gặp trong những nguyên tố phóng xạ tự nhiên.
b) Các loại tia phóng xạ
Tia α là loại tia phóng xạ ion hóa, bản chất của nó là hạt nhân nguyên tử 24He (heli). Phản ứng phân rã α có dạng nh− sau:
ZAX → Z - 2A - 4Y +α
Hạt α có khối l−ợng và điện tích t−ơng đối lớn nên khả năng ion hóa rất cao, tốc độ t−ơng ứng từ 14000 - 20000 km.s -1. So với tốc độ ánh sáng nhỏ hơn ( ≈ .C
10
1 ), năng l−ợng hạt từ 4 - 9 MeV. Trên đ−ờng đi năng l−ợng bị mất dần và tốc độ bị giảm dần.
Tia β có hai loại β−và tia β +
Tia β− là dòng hạt điện từ chuyển động với vận tốc lớn. Phản ứng β− có dạng ZXA → Z + 1YA + -1e 0 + νω
Trong đó νωlà phản ứng nơtrino có khối l−ợng và điện tích = 0 và SpinS = 2 1
Tia β+ là dòng hạt Prositron chỉ khác với điện tử ở chỗ có một điện tích nguyên tố d−ơng (trái dấu với điện tích của điện tử).
Trong đó ν là nơtrino, hạt trung hòa có khối l−ợng rất bé. Phân rã xảy ra khi số nơtron trong hạt nguyên tử nhiều hơn số proton.
−
β
Phân rã β+xảy ra trong tr−ờng hợp ng−ợc lại tức là số proton nhiều hơn số nơtron.
Khi nghiên cứu, muốn có phóng xạ sạch, ít giải phóng tia γ ng−ời ta th−ờng chọn các đồng vị P35, S35, C14,... Trong phóng xạ sinh vật th−ờng nhận tia β bằng con đ−ờng nhân tạo. Năng l−ợng của các điện tử trong máy gia tốc th−ờng cao hơn năng l−ợng điện tử phóng xạ trong quá trình phân rã.
Bức xạ γ
Bản chất của tia gamma (γ ) là một loại bức xạ điện từ giống tia Rơnghen b−ớc sóng ngắn (λ< 0,1 A0). Có năng l−ợng lớn hơn tia Rơnghen, loại tia với năng l−ợng 100 KeV gọi là tia mềm.
Nguồn cung cấp tia γ là các phản ứng hạt nhân. Trong phóng xạ sinh học th−ờng dùng Cobalt-60, thời gian phân rã là 5,3 năm.
Proton và đơtron (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Proton là loại hạt nhân nhẹ của nguyên tử hiđrô, còn đơtron là hạt nhân nặng, điện tích bằng một nguyên tố d−ơng, khối l−ợng proton bằng 1/4 khối l−ợng hạt α, còn đơtron = 1/2 khối l−ợng hạt α.
Proton và đơtron phóng ra từ phản ứng hạt nhân khi dùng tia α làm đạn bắn phá hạt nhân, chẳng hạn: α + Ni 60 → Zn64 → ⎪ ⎩ ⎪ ⎨ ⎧ + + + + n p Cu n Zn n Zn 62 62 63 2
khác nên không sạch, hơn nữa năng l−ợng lại nhỏ. Do vậy ng−ời ta th−ờng dùng máy gia tốc để tạo ra nguồn proton hay đơtron sạch, năng l−ợng lớn.
Nơtron là một phần của hạt nhân nguyên tử có số khối = 1, điện tích = 0 (0n1). Giữa proton và nơtron có nhiều điểm giống nhau, chúng có khối l−ợng gần bằng nhau và có khả năng chuyển hóa lẫn nhau, các nơtron không có khả năng gây hiệu ứng ion hóa mà chúng chỉ t−ơng tác với hạt nhân, đánh bật proton ra khỏi hạt nhân và chính proton này lại gây tác động ion hóa. Nh− vậy tác động cuối cùng của nơtron có thể xem nh− tác động của proton.
Nguồn cung cấp nơtron có thể do t−ơng tác giữa hạt α hoặc hạt β với hạt nhân của các nguyên tố nhẹ nh− Be, Li,...
4Be9 + 4 →
2α 6C12 + 0n1.
Nơtron tạo ra có vận tốc, năng l−ợng lớn (khoảng vài MeV), gọi là nơtron nhanh, những nơtron có năng l−ợng < 10 KeV gọi là nơtron chậm và với năng l−ợng gần bằng 0,025 eV thì gọi là nơtron nhiệt.
Trong cơ thể sống khi chiếu xạ nơtron, th−ờng xảy ra phản ứng t−ơng tác giữa hạt nhân nitơ và nơtron. Hạt nhân nitơ sau khi hấp thụ nơtron sẽ biến thành chất đồng vị phóng xạ cacbon và phóng xạ proton.
7N14 + 0n1 → 6C14 + 1P1
Trong các mô cũng có thể xảy ra các hiệu ứng hấp thụ nơtron bởi hạt nhân hiđrô tạo ra đơtron.
1H1 + 0n1 → 1H2 + γ