( T liêu này có thể sử dụng khi dạy các nội dung: Hiện tợng phóng xạ, đồng vị phóng xạ và năng lợng hạt nhân)
Phúng xạ
Phúng xạ là hiện tượng một số hạt nhõn nguyờn tử khụng bền tự biến đổi và phỏt ra cỏc bức xạ hạt nhõn (thường được gọi là cỏc tia phúng xạ). Cỏc nguyờn tử cú tớnh phúng xạ gọi là cỏc đồng vị phúng xạ, cũn cỏc nguyờn tử khụng phúng xạ gọi là cỏc đồng vị bền. Cỏc nguyờn tố húa học chỉ gồm cỏc đồng vị phúng xạ (khụng cú đồng vị bền) gọi là nguyờn tố phúng xạ.
Tia phúng xạ cú thể là chựm cỏc hạt mang điện dương như hạt anpha, hạt proton; mang điện õm như chựm electron (phúng xạ beta); khụng mang điện như hạt nơtron, tia gamma (cú bản chất giống như ỏnh sỏng nhưng năng lượng lớn hơn nhiều). Sự tự biến đổi như vậy của hạt nhõn nguyờn tử, thường được gọi là sự phõn ró phúng xạ hay phõn ró hạt nhõn.
Sự phúng xạ tự nhiờn
Năm 1896, nhà vật lý người Phỏp Henri Becquerel và sau đú là ụng bà Pierre Curie và Marie Curie phỏt hiện ra rằng cỏc hợp chất của uranium cú khả năng tự phỏt ra những tia khụng khụng nhỡn thấy được, cú thể xuyờn qua những vật mà tia sỏng thường khụng đi qua được gọi là cỏc tia phúng xạ. Dưới tỏc dụng của điện trường tia phúng xạ bị tỏch làm 3 tia:
• Tia anpha lệch về phớa cực õm của điện trường, gồm cỏc hạt anpha mang điện tớch dương (gấp 2 lần điện tớch của proton), cú khối lượng bằng khối lượng của nguyờn tử heli.
• Tia beta lệch về phớa cực dương của điện trường gồm cỏc hạt electron.
• Tia gamma khụng lệch về cực nào của điện trường, cú bản chất như tia sỏng.
Tia phúng xạ
INCLUDEPICTURE "http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons /thumb/d/d6/Alfa_beta_gamma_radiation.svg/200px-Alfa_beta_gamma _radiation.svg.png" \* MERGEFORMATINET
Dũng tia alpha cú thể dễ dàng chặn lại bởi một tờ giấy; tia beta cần miếng kim loại để chặn; cũn tia gamma cần một khối vật chất cú mật độ dày đặc chặn lại.
Tia phúng xạ theo nghĩa gốc là cỏc dũng hạt chuyển động nhanh phúng ra từ cỏc chất phúng xạ (cỏc chất chứa cỏc hạt nhõn nguyờn tử khụng ở trạng thỏi cõn bằng bền). Cỏc hạt phúng ra cú thể chuyển động thành dũng định hướng.
Cú nhiều loại dũng hạt phỏt ra từ cỏc chất phúng xạ. Cụ thể:
Tia alpha: gồm cỏc hạt alpha cú điện tớch gấp đụi điện tớch proton, tốc độ của tia là khoảng 20.000 km/s.
Tia beta: gồm cỏc electron tự do, tương tự tia õm cực nhưng được phúng ra với vận tốc lớn hơn nhiều, khoảng 100.000 km/s.
Tia gamma: là dũng cỏc hạt photon, khụng mang điện tớch, cú bản chất gần giống ỏnh sỏng nhưng bước súng nhỏ hơn, chuyển động với tốc độ ỏnh sỏng . Dũng cỏc neutron khụng cú điện tớch.
Dũng cỏc hạt neutrino khụng cú điện tớch, chuyển động với tốc độ gần bằng tốc độ ỏnh sỏng (phỏt ra cựng với cỏc hạt beta trong phõn ró beta).
Ngoài sự phõn ró tự nhiờn của cỏc chất phúng xạ, tia phúng xạ cũng cũn được quan sỏt từ cỏc nguồn khỏc như cỏc lũ phản ứng hạt nhõn, mỏy gia tốc hay va chạm của cỏc tia vũ trụ trong khớ quyển Trỏi Đất. Cỏc lũ phản ứng hạt nhõn cú thể tạo ra dũng hạt neutron mạnh. Cỏc mỏy gia tốc cú thể sinh ra dũng cỏc hạt tổ hợp cú khối lượng cao hơn. Cũn tia vũ trụ cú thể sản sinh muon và meson. Thuật ngữ tia phúng xạ cũng cú thể mở rộng, để bao gồm cỏc dũng hạt chuyển động nhanh phỏt ra từ cỏc nguồn này.
Tương tỏc với vật chất
Cỏc hạt alpha cú thể dễ dàng chặn lại bởi một tờ giấy. Tia beta cần miếng kim loại để chặn. Trong khi đú, dũng tia gamma cú khả năng xuyờn qua vật chất cao; cần một khối vật chất cú mật độ dày đặc chặn lại.
Cỏc hạt neutrino hầu như khụng tương tỏc với vật chất và cú thể xuyờn qua tất cả và đi ra ngoài vũ trụ.
nguy cơ từ những ngôi nhà kín
Theo Báo Giáo dục & thời đại Số 113, ngày 20 / 09/2003
* Vì sao nhà kín nguy hiểm ?
Trong lợng chất phóng xạ mà con ngời nhận vào cơ thể thì 65% là phóng xạ tự nhiên, trong đó khí rađôn chiếm tới 47%. Mặt khác, khi phân rã, rađôn phóng ra một lợng phóng xạ dới dạng các hạt alpha mà nếu cùng hít một lợng nh nhau thì các hạt alpha sẽ gây tổn thơng về mặt sinh học gấp 20 lần các hạt khác (nh hạt bêta, tia gama, tia X). Và nh thế, nếu nồng độ khí rađôn trong không khí càng cao và thời gian chúng ta hít thở bầu không khí chứa rađôn càng dài thì nguy cơ bị ung th phổi càng lớn. Cơ chế gây ra ung th phổi là : Khi chúng ta hít phải khí rađôn và các hạt nhân con của nó, một số phân rã phóng xạ sẽ xảy ra ở trong phổi của chúng ta. Các hạt alpha đợc sinh ra có thể gây tổn hại đến mô của phổi, phá huỷ các DNA, tức làm biến đổi các gene sản xuất ra tế bảo phổi, từ đó dẫn đến ung th phổi.
Theo nghiên cứu của Ban an toàn bức xạ và Hạt nhân - Bộ Khoa học & Công nghệ, trong những ngôi nhà kín, nồng độ khí rađôn cao gấp nhiều lần so với không khí ngoài trời. Bình thờng, nồng độ rađôn trong không khí khoảng 10 Bq/m3, nghĩa là nếu ta tập hợp một trăm triệu triệu triệu (1020) phân tử không khí (khoảng một thìa càphê đầy) mới có thể tìm thấy khoảng 10 nguyên tử rađôn trong đó. Còn trong nhà, nồng độ rađôn có thể từ 20 lên tới 10.000 Bq/m3, thậm chí còn cao hơn nữa do hiệu ứng "bẫy rađôn". Với những ngôi nhà "hộp" xuất hiện ngày càng nhiều ở các đô thị nh hiện nay, cộng thêm với việc sử dụng điều hoà không khí trở nên phổ biến thì không khí trong các căn phòng càng khó lu thông, đặc biệt việc hút thuốc lá trong phòng kín là điều kiện để nồng độ rađôn tăng cao. Nồng độ khí rađôn trong nhà cao còn do nhà đợc xây từ vật liệu lấy từ nguồn có chất phóng xạ, hoặc xây trên nền đất có nguồn phóng xạ. Nhiều nớc đã khuyến cáo rằng, nồng độ rađôn trung bình hàng năm trong một ngôi nhà không nên vợt quá 200 Bq/m3 (mức can thiệp).
* Có hay không nguy cơ từ khí rađôn ?
Tuy nhiên, nếu bình thờng, nồng độ khí rađôn ở trong nhà cha đủ để gây nguy cơ ung th phổi cho con ngời. Bởi nếu sống trong không khí có nồng độ rađôn khoảng 150 Bq/m3 trong một năm thì có khoảng 28 ngời chết vì ung th phổi trên 1 triệu dân. Vậy nếu sống trong một ngôi nhà có nồng độ rađôn khoảng 20Bq/m3
trong 1 năm, nguy cơ bị chết vì ung th phổi chỉ khoảng 4/1.000.000. Theo một cuộc điều tra do Ban an toàn bức xạ và hạt nhân - Bộ Khoa học & Công nghệ và Trung tâm kỹ thuật An toàn bức xạ và Môi trờng - Viện khoa học kỹ thuật hạt nhân tiến hành với 300 nhà dân ở HN năm 1995, nồng độ khí rađôn trong nhà trung bình khoảng 27 Bq/m3, chỉ có 1- 2 nhà có nồng độ rađôn cao hơn mức bình thờng : khoảng 130-140 Bq/m3 do những ngôi nhà làm bằng gạch xỉ than. Một điều tra khác do Cục Địa chất tiến hành cho thấy một số nơi ở nớc ta có nồng độ rađôn cao bất thờng nh ở thị trấn Triệu Phong - Đông Hà - Quảng Trị có nồng độ rađôn 171-249 Bq/m3 do trong vật liệu xây dựng có chứa phóng xạ cao ; nồng độ
rađôn ở công ty khai thác khoáng sản Thừa Thiên Huế là 137-145 Bq/m3 do ở đây dùng đất thải của xởng tuyển sa khoáng để đắp nền, một số nhà dân, quán n- ớc khu vực bãi tắm Hội An có nồng độ rađôn khoảng 155 Bq/m3 do nền nhà dùng cát chứa sa khoáng có nhiều phóng xạ…
Tuy nhiên, theo ông Nguyễn Hào Quang - Trung tâm kỹ thuật An toàn bức xạ và Môi trờng - Viện Khoa học kỹ thuật hạt nhân, nồng độ rađôn trong nhà ở các thành phố lớn hơn trong những năm gần đây chắc chắn sẽ tăng lên đáng kể do sự xuất hiện ngày càng nhiều của kiểu nhà hộp, kín cổng cao tờng, xây trên diện tích chật hẹp, những ngôi nhà luôn luôn đóng kín vì sử dụng điều hoà. Trong khi đó, Việt Nam hiện nay lại cha hề chú ý đến nguy cơ tiềm ẩn của khí rađôn.
Không chỉ có nguy cơ từ những ngôi nhà kín, không thông thoáng mà nguy cơ từ việc sử dụng nguồn nớc cha qua xử lý cũng rất cao (trong khi ở vùng sâu, vùng xa nớc ta, ở những nơi thiếu nớc sinh hoạt thì điều này rất dễ xảy ra) mà chỉ cần áp dụng cách xử lý đơn giản nhất, lợng rađôn trong nớc đã có thể giảm tới 90- 95%. Đo nồng độ rađôn trong suối nớc khoáng ở Thanh Thuỷ (Phú Thọ) thấy nồng độ này trong nớc lên tới 100.000-130.000 Bq/m3 ( thông thờng nồng độ rađôn trong nguồn nớc khoảng 4.000-5.000 Bq/m3). Tuy vậy, khi đánh giá nguồn nớc hiện chúng ta mới chỉ chú ý đến nồng độ rađium (đợc coi là "mẹ" của khí rađôn).
* làm thế nào để giảm nộng độ khí rađôn ?
Ông Đặng Thanh Lơng - Ban An toàn bức xạ và hạt nhân - Bộ Khoa học và Công nghệ cho biết: Hầu hết các ngôi nhà có nồng độ rađôn cao thì phần lớn lợng rađôn đều phát ra từ nền nhà. Vì vậy một phơng pháp để giảm mức rađôn trong nhà là tăng cờng thông gió cho không gian dới nền nhà. Điều đó có thể thực hiện bằng cách mở rộng các ô thông gió trên các bức tờng, nh thế sẽ cho phép sự dịch chuyển không khí tự nhiên đợc dễ dàng (trong trờng hợp các tờng chịu lực thì phải tuân theo các qui phạm xây dựng thích hợp). Những ngôi nhà đợc xây dựng trên các tấm sàn bêtông cần có nhiều cửa sổ thông gió, trong nhiều trờng hợp phải
sử dụng thông gió cỡng bức (cần biện pháp cải tạo riêng và phù hợp). Bên cạnh đó, việc lựa chọn vật liệu xây dựng cũng rất quan trọng vì nếu sử dụng vật liệu xây dựng (đất, đá, cát ) lấy từ nguồn có chất phóng xạ, không qua kiểm định thì… nồng độ rađôn trong nhà chắc chẵn sẽ rất cao. Đặc biệt nhà càng kín (nh những ngôi nhà sử dụng điều hoà không khí), lại thêm hút thuốc ở trong nhà thì nguy cơ bị ung th phổi của những ngời sống trong căn nhà đó sẽ tăng lên rõ rệt.
Sống trong một ngôi nhà gỗ hoặc một ngôi nhà đợc xây dựng trên các cột (nhà sàn) đợc thông gió tốt, chúng ta sẽ không phải lo lắng về ảnh hởng của khí rađôn đối với sức khoẻ.
Nhà mỏy điện nguyờn tử
Nhà mỏy điện nguyờn tử hay nhà mỏy điện hạt nhõn là một nhà mỏy tạo ra điện năng ở quy mụ cụng nghiệp, sử dụng năng lượng thu được từ phản ứng hạt nhõn
Cỏc loại mỏy điện nguyờn tử phổ biến hiện nay thực tế là nhà mỏy nhiệt điện, chuyển tải nhiệt năng thu được từ phản ứng phõn hủy hạt nhõn thành điện năng. Đa số thực hiện phản ứng dõy chuyền cú điều khiển trong lũ phản ứng nguyờn tử phõn hủy hạt nhõn với nguyờn liệu ban đầu là đồng vị Uran 235 và sản phẩm thu được sau phản ứng thường là Pluton, cỏc neutron và năng lượng nhiệt rất lớn. Nhiệt lượng này, theo hệ thống làm mỏt khộp kớn (để trỏnh tia phúng xạ rũ rỉ ra ngoài) qua cỏc mỏy trao đổi nhiệt, đun sụi nước, tạo ra hơi nước ở ỏp suất cao làm quay cỏc turbine hơi nước, và do đú quay mỏy phỏt điện, sinh ra điện năng.
INCLUDEPICTURE "http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/4 /4e/Nuclear_Power_Plant_Cattenom.jpg/240px-Nuclear_Power_Plant_Cattenom .jpg" \* MERGEFORMATINET
Nhà mỏy điện nguyờn tử ở Cattenom, Phỏp. Cỏc ống khúi đang nhả ra hơi nước khụng phúng xạ từ thỏp làm nguội. Lũ phản ứng hạt nhõn được đặt trong cỏc ngụi nhà hỡnh ống trũn.
Khi quỏ trỡnh sản xuất vả xử lý chất thải được bảo đảm an toàn cao, nhà mỏy điện nguyờn tử sẽ cú thể sản xuất năng lượng điện tương đối rẻ và sạch so với cỏc nhà mỏy sản xuất điện khỏc, đặc biệt nú cú thể ớt gõy ụ nhiễm mụi trường hơn cỏc nhà mỏy nhiệt điện đốt than hay khớ thiờn nhiờn.
Thảm họa Chernobyl
Thảm hoạ nguyờn tử Chernobyl xảy ra vào ngày 26 thỏng 4 năm 1986 khi nhà mỏy điện nguyờn tử Chernobyl ở Pripyat, Ukraina (khi ấy cũn là một phần của Liờn bang Xụ viết) bị nổ. Đõy được coi là vụ tai nạn hạt nhõn trầm trọng nhất trong lịch sử năng lượng hạt nhõn. Do khụng cú tường chắn, đỏm mõy bụi phúng xạ tung lờn từ nhà mỏy lan rộng ra nhiều vựng phớa tõy Liờn bang Xụ viết, Đụng và Tõy Âu, Scandinav, Anh quốc, và đụng Hoa Kỳ. Nhiều vựng rộng lớn thuộc Ukraina, Belarus và N ga bị ụ nhiễm nghiờm trọng, dẫn tới việc phải sơ tỏn và tỏi định cư cho hơn 336.000 người. Khoảng 60% đỏm mõy phúng xạ đó rơi xuống Belarus. Theo bản bỏo cỏo năm 2006 của TORCH, một nửa lượng phúng xạ đó rơi xuống bờn ngoài lónh thổ ba nước cộng hoà Xụ
viết . Thảm hoạ này phỏt ra lượng phúng xạ lớn gấp bốn trăm lần so với quả bom nguyờn tử được nộm xuống Hiroshima.
Vũ khớ hạt nhõn
Vũ khớ hạt nhõn (tiếng Anh: nuclear weapon) là loại vũ khớ hủy diệt hàng loạt mà năng lượng của nú do cỏc phản ứng phõn hạch hoặc/và nhiệt hạch gõy ra. Một vũ khớ hạt nhõn nhỏ nhất cũng cú sức cụng phỏ lớn hơn bất kỳ vũ khớ quy ước nào. Vũ khớ cú sức cụng phỏ tương đương với 10 triệu tấn thuốc nổ cú thể phỏ hủy hoàn toàn một thành phố. Nếu sức cụng phỏ là 100 triệu tấn (mặc dự hiện nay chưa thể thực hiện được) thỡ cú thể phỏ hủy một vựng với bỏn kớnh 100 - 160 km. Cho đến nay, mới chỉ cú hai quả bom hạt nhõn được dựng trong Đệ nhị thế chiến: quả bom thứ nhất được nộm xuống Hiroshima (Nhật Bản) vào ngày 6 thỏng 8 năm 1945 cú tờn là Little Boy và được làm từ ur anium ; quả sau cú tờn là Fat Man và được nộm xuống Nagasaki, cũng ở Nhật Bản ba ngày sau đú, được làm từ plutonium.
Hơn hai ngàn vụ nổ hạt nhõn sau đú là do việc thử nghiệm hạt nhõn, chủ yếu là do cỏc quốc gia sau đõy thực hiện: Hoa Kỳ, Liờn Xụ, Phỏp, Anh, Trung Quốc, Ấn Độ và Pakistan
Cỏc nước hiện nay cụng bố cú vũ khớ hạt nhõn là Hoa Kỳ, Nga, Phỏp, Anh, Trung Quốc, Ấn Độ và Pakistan . Thờm vào đú, Israel cú nhiều dấu hiệu chứng tỏ sở hữu bom hạt nhõn mặc dự chưa bao giờ chớnh thức thừa nhận. Gần đõy, CHDCND Triều Tiờn cũng cụng bố đó chế tạo được vũ khớ hạt nhõn. Ukraina cũng cú thể sở hữu một quả bom hạt nhõn cũ từ thời Liờn Xụ do sai lầm của thời kỳ hậu chiến tranh lạnh. Việc phi quõn sự húa năng lượng hạt nhõn đó được đề xuất cho rất nhiều cỏc ứng dụng dõn sự.
INCLUDEPICTURE "http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/e /e0/Nagasakibomb.jpg/250px-Nagasakibomb.jpg" \* MERGEFORMATINET
Đỏm mõy hỡnh nấm do quả bom nguyờn tử nộm xuống Nagasaki, Nhật Bản vào năm 1945 cao đến 18 km..
Ảnh hưởng của vụ nổ hạt nhõn
Năng lượng từ vụ nổ vũ khớ hạt nhõn thoỏt ra ở bốn loại sau đõy: Áp lực — 40-60% tổng năng lượng
Bức xạ nhiệt — 30-50% tổng năng lượng
Bức xạ ion — 5% tổng năng lượng
Bức xạ dư (bụi phúng xạ) — 5-10% tổng năng lượng
Năng lượng được giải thoỏt bởi vụ nổ bom hạt nhõn được đo bằng kiloton hoặc megaton - tương đương với hàng ngàn và hàng triệu tấn thuốc nổ
TNT (tri-nitro-toluen). Vũ khớ phõn hạch đầu tiờn cú sức cụng phỏ đo được là vài ngàn kiloton, trong khi vụ nổ bom khinh khớ lớn nhất đo được là 10 megaton. Trờn thực tế vũ khớ hạt nhõn cú thể tạo ra cỏc sức cụng phỏ khỏc
nhau, từ nhỏ hơn một kiloton ở cỏc vũ khớ hạt nhõn cầm tay như Davy Crockett của Hoa Kỳ cho đến 54 megaton như Bom Sa hoàng (Tsar-Bomba) của Liờn Xụ ( vào ngày 30/10/1961 ).