CHƢƠNG VII: HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ
Hiện tƣợng phĩng xạ
(bền vững hơn).
Các nguyên tố phĩng xạ cĩ sẵn trong tự nhiên gọi là phĩng xạ tự nhiên. Các nguyên tố phĩng xạ do con ngƣời tạo ra gọi là phĩng xạ nhân tạo (phĩng xạ nhân tạo cĩ nhiều hơn phĩng xạ tự nhiên)
2. Các loại tia phĩng xạ (phĩng ra từ hạt nhân):
a. Tia alpha (): thực chất là hạt nhân nguyên tử 24He
- Bị lệch về phía bản (-) của tụ điện vì mang q = +2e. - Phĩng ra với vận tốc 107m/s.
- Cĩ khả năng ion hố chất khí.
- Đâm xuyên kém. Trong khơng khí đi đƣợc 8cm. b. Tia Bêta (): Gồm + và
- : lệch về bản (+) của tụ điện, thực chất là chùm electron, cĩ điện tích -e. - Do sự biến đổi: n p + e + v (v là phản hạt notrino)
- + lệch về phía (-) của tụ điện (lệch nhiều hơn tia và đối xứng với ); - +
thực chất là electron dƣơng hay pơzitrơn cĩ điện tích +e. - Do sự biến đổi: p n + + + ( là hạt notrino)
- Phĩng ra với vận tốc gần bằng vận tốc ánh sáng. - Ion hố chất khí yếu hơn .
- Khả năng đâm xuyên mạnh, đi đƣợc vài trăm mét trong khơng khí.
- Trong từ trƣờng các tia , +, đều bị lệch theo phƣơng vuơng gĩc với đƣờng sức
từ , do lực Lorentz nhƣng vì tia cĩ điện tích trái dấu với các tia +, nên cĩ xu hƣớng lệch ngƣợc hƣớng với các tia +, .
c. Tia gammar ()
- Cĩ bản chất là sĩng điện từ bƣớc sĩng rất ngắn (λ < 0,01nm), là chùm phơtơn năng lƣợng cao. - Khơng bị lệch trong điện trƣờng, từ trƣờng.
- Cĩ các tính chất nhƣ Tia X.
- Khả năng đâm xuyên lớn, cĩ thể đi qua lớp chì vài cm và rất nguy hiểm.
- Phĩng xạ khơng làm biến đổi hạt nhân nhƣng phĩng xạ luơn đi kèm với các phĩng xạ , .
3) Quy tắc dịch chuyển của sự phĩng xạ:
* Phĩng xạ (24He): ZAX24HeAZ42Y. So với hạt nhân mẹ, hạt nhân con lùi 2 ơ trong bảng tuần hồn và cĩ số khối giảm 4 đơn vị.
* Phĩng xạ (10e): ZAX10eZA1Y. So với hạt nhân mẹ, hạt nhân con tiến 1 ơ trong bảng tuần hồn và cĩ cùng số khối. Thực chất của phĩng xạ là: n p ep 01 1 1 1 0 (p là phản hạt nơtrinơ)
* Phĩng xạ + (10e): ZAX10eZA1Y . So với hạt nhân mẹ, hạt nhân con lùi 1 ơ trong bảng tuần hồn vàcĩ cùng số khối. Thực chất của phĩng xạ +
một hạt nơtrinơ: e n p 01 01 1 1 và bản chất của tia phĩng xạ + là dịng hạt pơzitrơn (e+).
(hạt và phản hạt nơtrinơ phải xuất hiện trong các phĩng xạ +, là do sự bảo tồn mơmen động lƣợng)
* Phĩng xạ (hạt phơtơn). Hạt nhân con sinh ra ở trạng thái kích thích cĩ mức năng lƣợng E1 chuyểnxuống mức năng lƣợng E2 đồng thời phĩng ra một phơtơn cĩ năng lƣợng: = h.ƒ = hc
=E1 - E2. Trong phĩng xạ khơng cĩ sự biến đổi hạt nhân phĩng xạ thƣờng đi kèm theo phĩng xạ và .
* Hạt phơtơn: Khơng cĩ khối lƣợng nghỉ m0 = 0, khơng cĩ kích thƣớc, khơng cĩ điện tích, khơng tồn tại ở trạng thái đứng yên. Nhƣng cĩ năng lƣợng, cĩ động lƣợng p = h/c, cĩ khối lƣợng tƣơng đối tính m = /c2
, cĩ phản hạt là chính nĩ và chỉ tồn tại khi chuyển động với vận tốc bằng vận tốc ánh sáng!
Hạt nơtrinơ cĩ khối lƣợng nghỉ 0, khơng mang điện, cĩ năng lƣợng, động lƣợng và mơmen động lƣợng. 4. Ứng dụng của các đồng vị phĩng xạ: Ngồi các đồng vị cĩ sẵn trong thiên nhiên gọi là các đồng vị phĩng
xạ tự nhiên, ngƣời ta chế tạo ra đƣợc nhiều đồng vị phĩng xạ, gọi là đồng vị phĩng xạ nhân tạo. Các đồng vị phĩng xạ nhân tạo cĩ nhiều ứng dụng trong Y học chẳng hạn nhƣ xạ trị... Ngƣời ta đƣa các đồng vị khác nhau vào cơ thể để theo dõi sự xâm nhập và di chuyển của nguyên tố nhất định trong cơ thể ngƣời. Gọi là nguyên tử đánh dấu, qua đĩ cĩ thể theo dõi đƣợc tình trạng bệnh lí. Trong ngành khảo cổ học, sử dụng phƣơng pháp xác định tuổi theo lƣợng cacbon C14 để xác định niên đại của các cổ vật hữu cơ. Trong quân sự các chất phĩng xạ đƣợc ứng dụng để tạo ra bom nguyên tử cĩ tính hủy diệt lớn, trong cơng nghiệp ứng dụng sản xuất điện nguyên tử...
5. Định luật phĩng xạ: Mỗi chất phĩng xạ cĩ 1 chu kì phân rã đặc trƣng, đĩ là khoảng thời gian sau đĩ lƣợng
chất phĩng xạ giảm đi một nửa. Chú ý:
- Định luật phĩng xạ cĩ tính thống kê, nĩ chỉ đúng với lƣợng rất lớn số hạt chất phĩng xạ.
- Với mỗi hạt nhân phĩng xạ thì quá trình phân rã xảy ra ngẫu nhiên khơng biết trƣớc tức là khơng thể áp dụng định luật phĩng xạ cho 1 hạt hay một lƣợng rất ít hạt chất phĩng xạ.
Xét quá trình phĩng xạ: ZAX ZAX AZ2Y
2 1
1
* Số nguyên tử chất phĩng xạ cịn lại sau thời gian t: T t t
e N N
N 02 0.
* Số hạt nguyên tử bị phân rã bằng số hạt nhân con đƣợc tạo thành: N = N0 - N =N0(1 - e-t) * Khối lƣợng chất phĩng xạ cịn lại sau thời gian t: T t
t
e m m
m 02 0. * Khối lƣợng chất bị phĩng xạ sau thời gian t: m = m0 - m =m0(1 - e-t) * Phần trăm chất phĩng xạ bị phân rã: .100% 1 .100% 0 t e m m * Phần trăm chất phĩng xạ cịn lại: .100% 2 .100% .100% 0 t T t e m m
* Khối lƣợng chất mới đƣợc tạo thành sau thời gian t:
A e m A N e N A A N N m t A t A ) 1 ( ) 1 ( . 1 0 1 0 1 1
Trong đĩ: N0, m0 là số nguyên tử và khối lƣợng chất phĩng xạ ban đầu, T là chu kỳ bán rã với = ln2 T = 0,693
T là hằng số phĩng xạ. Cịn A, A1 là số khối của chất phĩng xạ ban đầu và của chất mới đƣợc tạo thành, NA là số Avơgađrơ NA = 6,023.1023 mol-1. Trƣờng hợp phĩng xạ +
thì A = A1 m1 = m
Chú ý: và T đặc trƣng cho chất phĩng xạ, nĩ khơng phụ thuộc vào các tác động bên ngồi (nhiệt độ, áp
suất, độ ẩm và lƣợng chất phĩng xạ nhiều hay ít) mà chỉ phụ thuộc loại chất phĩng xạ (nhƣng nếu dùng các bức xạ mạnh gamma hay tia X chiếu vào chất phĩng xạ thì sự phĩng xạ cĩ thể thay đổi mà thƣờng là làm tăng tốc độ phĩng xạ).
6. Độ phĩng xạ: (H = λ.N) Là đại lƣợng đặc trƣng cho tính phĩng xạ mạnh hay yếu của một lƣợng - chất
phĩng xạ, nĩ phụ thuộc vào cả loại chất phĩng xạ (λ) và lƣợng chất phĩng xạ (N), đƣợc đo bằng: số phân rã/1s: H H T H e t N t . . 2 0 0 (H0 = .N0 là độ phĩng xạ ban đầu).
Đơn vị: Becơren (Bq); 1Bq = 1 phân rã/giây; 1Curi (Ci) , 1Ci = 3,7.1010
Bq (1Ci bằng độ phĩng xạ của 1g Ra)
- Khi tính độ phĩng xạ H, H0 (Bq) thì chu kỳ phĩng xạ T phải đổi ra đơn vị giây(s).
- Với một chất phĩng xạ cĩ chu kì phân rã T rất lớn hơn so với thời gian phân rã t thì trong suốt thời gian t độ phĩng xạ H đƣợc coi nhƣ khơng đổi và số hạt bị phân rã trong thời gian đĩ là N = H.t
- Một mẫu gỗ cổ cĩ độ phĩng xạ C14 bằng k lần độ phĩng xạ của mẫu gỗ cùng loại và lƣợng mới chặt (k<1). Chu kỳ phân rã của C14 là T thì tuổi của mẫu gỗ cổ là: t = -ln(k)
ln2 .T
CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM
Câu 503. Chất phĩng xạ do Beccơren phát hiện ra đầu tiên là:
A. Radi B. Urani C. Thơri D. Pơlơni
Câu 504. Phát biểu nào sau đây là sai khi nĩi về hiện tƣợng phĩng xạ?
A. Phĩng xạ là quá trình hạt nhân tự phát ra tia phĩng xạ và biến đổi thành hạt nhân khác.
B. Phĩng xạ là trƣờng hợp riêng của phản hạt nhân.
C. Phĩng xạ tuân theo định luật phĩng xạ.
D. Phĩng xạ là một quá trình tuần hồn cĩ chu kì T gọi là chu kì bán rã.
Câu 505. Muốn phát ra bức xạ, chất phĩng xạ thiên nhiên cần phải đƣợc kích thích bởi:
A. Ánh sáng mặt trời B. Tia tử ngoại C. Tia X D. Tất cả đều sai
Câu 506. Phát biểu nào sau đây về phĩng xạ là khơng đúng?
A. Phĩng xạ là hiện tƣợng một hạt nhân bị kích thích rồi phĩng ra những bức xạ gọi là tia phĩng xạ.
B. Phĩng xạ là một trƣờng hợp riêng của phản ứng hạt nhân.
C. Một số chất phĩng xạ cĩ sẵn trong tự nhiên.
D. Cĩ những chất đồng vị phĩng xạ do con ngƣời tạo ra.
Câu 507. Chọn câu sai. Tia (alpha):
A. Làm ion hố chất khí.
B. bị lệch khi xuyên qua một điện trƣờng hay từ trƣờng.
C. Làm phát quang một số chất.
D. cĩ khả năng đâm xuyên mạnh.
Câu 508. Chọn câu sai. Tia (grama)
A. Gây nguy hại cho cơ thể. B. Khơng bị lệch trong điện trƣờng, từ trƣờng.
C. Cĩ khả năng đâm xuyên rất mạnh. D. Cĩ bƣớc sĩng lớn hơn Tia X.
Câu 509. Chọn câu đúng. Các cặp tia khơng bị lệch trong điện trƣờng và từ trƣờng là:
A. tia và tia B. tia và tia C. tia và Tia X D. tia và Tia X
Câu 510. Chọn câu đúng. Các tia cĩ cùng bản chất là:
A. tia và tia tử ngoại B. tia và tia hồng ngoại.
C. tia âm cực và Tia X D. tia và tia âm cực.
Câu 511. Tia phĩng xạ khơng cĩ tính chất nào sau đây:
A. Mang điện tích âm. B. Bị lệch về bản âm khi đi xuyên qua tụ điện.
C. Lệch đƣờng trong từ trƣờng. D. Làm phát huỳnh quang một số chất.
Câu 512. Chọn câu sai khi nĩi về tia :
A. Mang điện tích âm. B. Cĩ vận tốc gần bằng vận tốc ánh sáng.
C. Cĩ bản chất nhƣ tia X. D. Làm ion hố chất khí yếu hơn so với tia .
Câu 513. Chọn câu sai khi nĩi về tia :
A. Khơng mang điện tích B. Cĩ bản chất nhƣ tia X.
C. Cĩ khả năng đâm xuyên rất lớn. D. Cĩ vận tốc nhỏ hơn vận tốc ánh sáng.
Câu 514. Tính chất nào sau đây khơng phải là tính chất chung của các tia , , ?
A. Cĩ khả năng ion hố. B. Bị lệch trong điện trƣờng hoặc từ trƣờng.
C. Cĩ tác dụng lên phim ảnh. D. Cĩ mang năng lƣợng.
Câu 515. Điều nào sau đây là sai khi nĩi về tia ?
A. Hạt
thực chất là electron.
B. Trong điện trƣờng, tia bị lệch về phía bản dƣơng của tụ và lệch nhiều hơn so với tia .
C. Tia
là chùm hạt electron đƣợc phĩng ra từ hạt nhân nguyên tử.
D. Tia
chỉ bị lệch trong điện trƣờng và khơng bị lệch đƣờng trong từ trƣờng.
Câu 516. Điều nào sau đây là đúng khi nĩi về tia + ?
A. Hạt +
cĩ cùng khối lƣợng với electron nhƣng mang một điện tích nguyên tố dƣơng.
B. Tia + cĩ tầm bay ngắn hơn so với tia
C. Tia +
D. A, B và C đều đúng.
Câu 517. Bức xạ nào sau đây cĩ bƣớc sĩng nhỏ nhất?
A. Tia hồng ngoại. B. Tia X. C. Tia tử ngoại D. Tia
Câu 518. Tia nào sau đây khơng phải là tia phĩng xạ?
A. Tia
. B. Tia +
C. Tia X. D. Tia
Câu 519. Chọn câu sai trong các câu sau:
A. Tia gồm các hạt nhân của nguyên tử hêli.
B. Tia +
gồm các hạt cĩ cùng khối lƣợng với electron nhƣng mang điện tích nguyên tố dƣơng.
C. Tia gồm các electron nên khơng phải phĩng ra từ hạt nhân.
D. Tia lệch trong điện trƣờng ít hơn tia .
Câu 520. Khác biệt quan trọng nhất của tia đối với tia và tia là:
A. làm mờ phim ảnh. B. Làm phát huỳnh quang.
C. khả năng Ionion hố khơng khí. D. Là bức xạ điện từ.
Câu 521. Chọn câu sai trong các câu sau:
A. Phĩng xạ là phĩng xạ đi kèm theo các phĩng xạ và .
B. Vì tia
là các electron nên nĩ đƣợc phĩng ra từ lớp vỏ của nguyên tử.
C. Khơng cĩ sự biến đổi hạt nhân trong phĩng xạ .
D. Photon do hạt nhân phĩng ra cĩ năng lƣợng rất lớn.
Câu 522. Điều nào sau đây là sai khi nĩi về tia alpha?
A. Tia thực chất là hạt nhân nguyên tử hêli (24He).
B. Khi đi qua điện trƣờng giữa hai bản tụ điện, tia bị lệch về phía bản âm của tụ điện.
C. Tia phĩng ra từ hạt nhân với vận tốc bằng vận tốc ánh sáng.
D. Khi đi trong khơng khí, tia làm ion hố khơng khí và mất dần năng lƣợng.
Câu 523. Phát biểu nào sau đây sai?
A. Vì cĩ điện tích lớn hơn electron nên trong cùng 1 điện trƣờng tia α lệch nhiều hơn tia + .
B. Tia +
gồm các hạt cĩ cùng khối lƣợng với electron và mang điện tích dƣơng +e.
C. Tia α gồm các hạt nhân của nguyên tử hêli
D. Tia α bị lệch ít hơn tia +
trong cùng một từ trƣờng
Câu 524. Tia nào sau đây khơng bị lệch khi đi qua một điện trƣờng giữa hai bản tụ điện?
A. Tia cực tím. B. Tia âm cực. C. Tia hồng ngoại. D. Cả A và C.
Câu 525. Tia phĩng xạ cĩ cùng bản chất với:
A. Tia X. B. Tia hồng ngoại, tia tử ngoại.
C. Các tia đơn sắc cĩ màu từ đỏ đến tím. D. Tất cả các tia nêu ở trên.
Câu 526. Hãy sắp xếp theo thứ tự giảm dần về khả năng đâm xuyên của các tia , , :
A. , , B. , , C. , , D. , ,
Câu 527. Thực chất của sự phĩng xạ (êlectron) là do:
A. Sự biến đổi một prơtơn thành một nơtrơn, một êlectron và một nơtrinơ.
B. Sự phát xạ nhiệt êlectron.
C. Sự biến đổi một nơtrơn thành một prơtơn, một êlectron và một nơtrinơ.
D. Sự bứt electron khỏi kim loại do tác dụng của phơtơn ánh sáng.
Câu 528. Nhận xét nào sau đây là đúng khi nĩi về hạt notrino:
A. Cĩ thể mang điện tích âm hoặc dƣơng. B. Phĩng xạ
tạo ra phản hạt notrino.
C. Hạt xuất hiện trong phân rã phĩng xạ . D. Phĩng xạ +
tạo ra phản hạt notrino.
Câu 529. Hạt notrino xuất hiện trong các phĩng xạ là do tuân theo định luật bảo tồn nào?
A. Điện tích B. Động lƣợng C. Mơmen động lƣợng D. Số khối.
Câu 530. Phát biểu nào sau đây là sai khi nĩi về hiện tƣợng phĩng xạ?
A. Becơren là ngƣời đầu tiên đã phát hiện và nghiên cứu hiện tƣợng phĩng xạ.
B. Tia là chùm hạt electron chuyển động với tốc độ rất lớn.
C. 1 Curi là độ phĩng xạ của 1g chất phĩng xạ rađi.
D. Hằng số phĩng xạ ti lệ nghịch với chu kì bán rã.
Câu 531. Chu kỳ bán rã của một chất phĩng xạ là thời gian sau đĩ:
A. Hiện tƣợng phĩng xạ lặp lại nhƣ cũ. B. 1/2 số hạt nhân của lƣợng phĩng xạ bị phân rã.
C. 1/2 hạt nhân phĩng xạ bị phân rã. D. Khối lƣợng chất phĩng xạ tăng lên 2 lần.
Câu 532. Một đồng vị phĩng xạ nhân tạo mới hình thành, hạt nhân của nĩ cĩ số proton bằng số notron. Hỏi đồng vị đĩ cĩ thể phĩng ra bức xạ nào sau đây?
A. +
B. C. α và D. và
Câu 533. Ơng bà Joliot-Curi đã dùng hạt bắn phá nhơm 1327Alphản ứng tạo ra một hạt nhân X và một nơtrơn. Hạt nhân X tự động phĩng xạ và biến thành hạt nhân 30 Si. Kết luận nào đây là đúng?
A. X là 1530P: Đồng vị phĩng xạ nhân tạo và tia phĩng xạ do nĩ phát ra là tia bêta cộng.