Lý 12 Bài 37: Phóng xạ

a. Định nghĩa:

• Phóng xạ là quá trình phân rã tự phát của một hạt nhân không bền vững. Quá trình phân rã này kèm theo sự tạo ra các hạt và có thể kèm theo sự phát ra các bức xạ điện từ.

• Hạt nhân tự phân rã gọi là hạt nhân mẹ, hạt nhân được tạo thành sau phân rã gọi là hạt nhân con.

b. Các dạng phóng xạ:

• Phóng xạ anpha (\(\alpha\))

\(_{Z}^{A}\textrm{X} \rightarrow _{2}^{4}\textrm{He}+_{Z-2}^{A-4}\textrm{Y}\)

Tia α là dòng các hạt nhân \(_{2}^{4}\textrm{He}\)  chuyển động với tốc độ cỡ \(2.10^7\) m/s. Đi được chừng vài cm trong không khí và chừng vài μm trong vật rắn.

• Phóng xạ bêta trừ (\(\beta ^-\)): là dòng electron \(\beta ^-\) hoặc \(_{-1}^{\ \ 0}\textrm{e}\)

\(_{Z}^{A}\textrm{X} \ \rightarrow _{-1}^{ \ \ 0}\textrm{e} + _{Z+1}^{A}\textrm{Y} (_{ 0}^{1}\textrm{n}\rightarrow _{-1}^{ \ \ 0}\textrm{e}+_{1}^{1}\textrm{p})\)

• Phóng xạ bêta cộng (\(\beta ^+\)): là dòng electron dương (pôzitron) ⇒ \(\beta ^+\) hoặc \(_{+1}^{ \ \ 0}\textrm{e}\)

\(_{Z}^{A}\textrm{X} \ \rightarrow \ _{+1}^{0}\textrm{e} + _{Z-1}^{A}\textrm{Y} \ (_{1}^{1}\textrm{p} \rightarrow _{+1}^{0}\textrm{e} + _{0}^{1}\textrm{n})\)

• Phóng xạ gamma (\(\gamma\)): Tia \(\gamma\) có bản chất là sóng điện từ có bước sóng rất ngắn. Các tia \(\gamma\) có thể đi qua được vài mét trong bê tơông và vài xentimet trong chì.

• Ngoài ra phóng xạ còn được con người tạo ra gọi là phóng xạ nhân tạo

\(_{Z}^{A}\textrm{X}+_{0}^{1}\textrm{n}\rightarrow _{Z}^{A+1}\textrm{X}\)

a. Đặc điểm của quá trình phóng xạ

• Là quá trình tự phát 

• Không điều khiển được (không phụ thuộc điều kiện nhiệt độ, áp suất..)

• Không có thời gian phân hủy xác định

• Là quá trình biến đổi hạt nhân

b. Định luật phóng xạ:

• Phát biểu: "Đặc trưng cho mỗi chất phóng xạ là thời gian T, gọi là chu kỳ bán rã. Cứ sau khoảng thời gian 1 chu kỳ bán rã T thì một nửa lượng chất phóng xạ đã bị phân rã biến thành chất khác"

• Ban đầu:

                              t = 0                         N0

                              t = T                      \(N=\frac{N_{0}}{2}\)

                              t = 2T                   \(N=\frac{N_{0}}{2^2}\)

\(K=\frac{t}{T}\)    \(\underset{ \ \ }{\leftarrow}\)        t = KT                     \(N=\frac{N_{0}}{2^K}=N_{0}.2^{\frac{-t}{T}}\)

• Số hạt còn lại: \(N=N_{0}.2^{\frac{-t}{T}}=N_{0}e^{- \lambda t}\)

Với \(\lambda =\frac{ln2}{T}\): hằng số phóng xạ

\(e^{-\lambda t}=e^{- \frac{ln2 . t }{T}} = (e^{ln2})^{-\frac{t}{T}}=2^{-\frac{t}{T}}\)

⇒ Số hạt đã phân rã: \(\Delta N=N_{0}-N = N_{0}(1-e^{-\lambda t})\)

c. Chu kì bán rã

Chu kì bán rã T là thời gian qua đó số lượng các hạt nhân của một khối chất phóng xạ ban đầu chỉ còn lại là 50% (nghĩa là có 50% số lượng hạt nhân của khối chất đó bị phân rã).

• Ngoài các đồng vị có sẵn trong thiên nhiên gọi là các đồng vị phóng xạ tự nhiên, người ta còn tạo ra được nhiều đồng vị phóng xạ khác, gọi là các đồng vị phóng xạ nhân tạo.

• Các đồng vị phóng xạ nhân tạo có nhiều ứng dụng trong sinh học, hoá học, y học...

• Trong y học, người ta đưa 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 người. Đây là phương pháp nguyên tử đánh dấu, có thể dùng để theo dõi được tình trạng bệnh lí.

• Trong ngành khảo cổ học, người ta sử dụng phương pháp cacbon \(_{6}^{14}\textrm{C}\), để xác định niên đại của các cổ vật.

Hãy chọn câu đúng.

Trong quá trình phóng xạ, số lượng hạt nhân phân rã giảm đi với thời gian t theo quy luật

A. \(-\alpha t +\beta (\alpha ,\beta >0)\)

B. \(\frac{1}{t}\)

C. \(\frac{1}{{\sqrt t }}\)

D. \(e^{-\lambda t}\)

Hướng dẫn giải

Theo định luật phóng xạ:

\(N=N_0.e^{-\lambda t}\)

Trong đó N là số hạt nhân chưa bị phân rã tại thời điểm t, N₀ là số hạt nhân chưa bị phân rã tại thời điểm đầu (t = 0). Ta thấy:

N ~ \(e^{-\lambda t}\)

Nghĩa là số hạt nhân phân hủy giảm theo quy luật hàm số mũ.

⇒ Chọn đáp án D

Quá trình phóng xạ nào không có sự thay đổi cấu tạo hạt nhân?

A. Phóng xạ \(\alpha\)

B. Phóng xạ \(\beta ^-\)

C. Phóng xạ \(\beta ^+\)

D. Phóng xạ \(\gamma\)

Hướng dẫn giải

Dựa vào các kiến thức đã được học về các loại phóng xạ trong bài, phân biệt được 4 loại phóng xạ  \(\alpha\), \(\beta ^-\), \(\beta ^+\), \(\gamma\) như sau: 

• Phóng xạ anpha (\(\alpha\)) : \(_{Z}^{A}\textrm{X} \rightarrow _{2}^{4}\textrm{He}+_{Z-2}^{A-4}\textrm{Y}\)  ⇒ Phóng xạ anpha (\(\alpha\)) có làm thay đổi cấu tạo hạt nhân.

• Phóng xạ bêta trừ (\(\beta ^-\)):  \(_{Z}^{A}\textrm{X} \ \rightarrow _{-1}^{ \ \ 0}\textrm{e} + _{Z+1}^{A}\textrm{Y} (_{ 0}^{1}\textrm{n}\rightarrow _{-1}^{ \ \ 0}\textrm{e}+_{1}^{1}\textrm{p})\) ⇒ Phóng xạ bêta trừ (\(\beta ^-\)) có làm thay đổi cấu tạo hạt nhân.

• Phóng xạ bêta cộng (\(\beta ^+\)): \(_{Z}^{A}\textrm{X} \ \rightarrow \ _{+1}^{0}\textrm{e} + _{Z-1}^{A}\textrm{Y} \ (_{1}^{1}\textrm{p} \rightarrow _{+1}^{0}\textrm{e} + _{0}^{1}\textrm{n})\) ⇒ Phóng xạ bêta trừ (\(\beta ^+\)) có làm thay đổi cấu tạo hạt nhân.

• Phóng xạ ɣ : Tia \(\gamma\) có bản chất là sóng điện từ có bước sóng rất ngắn và không làm thay đổi cấu tạo hạt nhân.

⇒ Chọn đáp án D

Câu 1: Trong phóng xạ của hạt nhân \(_{88}^{226}Ra \), từ hạt nhân có một hạt α khi bay ra với động năng là 4,78 MeV. Năng lượng tỏa ra trong phóng xạ này xấp xỉ bằng

Câu 2: Có hai chất phóng xạ A và B với hằng số phóng xạ là λ₁, λ₂ với λ₂ = 2λ₁. Lúc đầu chúng có khối lượng tương ứng là mo và 2mo. Khối lựng của chúng bằng nhau sau một khoảng thời gian là

Câu 3: Thời gian τ để số hạt nhân phóng xạ giảm đi e = 2,7 lần là τ = 1/λ, trong đó λ là hằng số phóng xạ. So với số hạt nhân ban đầu, sau khoảng thời gian t = 2τ số hạt nhân nguyên tử của chất phóng xạ còn lại chiếm

Câu 4: Xét sự phóng xạ α : A → B + α

Biết hạt nhân mẹ A lúc đầu đứng yên. So sánh động năng của các hạt sau phóng xạ ta thấy:

Câu 5: Xét sự phóng xạ α : A → B + α

Biết hạt nhân mẹ A lúc đầu đứng yên. So sánh động năng của các hạt sau phóng xạ ta thấy:

Câu 1: Sau ba phân rã α thành hai phân rã β- thì hạt nhân nguyên tố X biến thành hạt nhân rađôn \(_{88}^{226}Ra \) Nguyên tố X là:

A. thôri        B. urani

C. pôlôni        D. rađi

Câu 2: \(_{88}^{226}Ra \) phân rã thành \(_{86}^{222}Rn \) bằng cách phát ra:

A. êlectron        B. anpha

C. pôzitron        D. gamma

Câu 3: Kết luận nào sau đây là không đúng khi nói về các tia phóng xạ bay vào một điện trường đều?

A. tia γ không bị lệch

B. độ lệch của tia β+ và β- là như nhau

C. tia β+ bị lệch về phía bản âm của tụ điện

D. tia α+ bị lệch về phía bản âm của tụ điện nhiều hơn tia β+

Câu 4: Tìm phát biểu sai khi nói về định luật phóng xạ:

A. Sau một chu kì bán rã, khối lượng của chất phóng xạ giảm đi 50%

B. Sau hai chu kì bán rã, khối lượng của chất phóng xạ giảm đi 75%

C. Sau một nửa chu kì bán rã, khối lượng của chất phóng xạ giảm đi 25%

D. Sau ba chu kì bán rã, khối lượng của chất phóng xạ còn lại bằng 12,5% khối lượng ban đầu.

Câu 5: Hằng số phóng xạ của một chất:

A. tỉ lệ thuận khối lượng của chất phóng xạ

B. tỉ lệ nghịch với chu kì bán rã của chất phóng xạ

C. tỉ lệ nghịch với độ phóng xạ của chất phóng xạ

D. tỉ lệ nghịch với thể tích chất phóng xạ

Qua bài này, các em sẽ được làm quen với các kiến thức liên quan đến Phóng xạ hạt nhân cùng với các bài tập liên quan theo nhiều cấp độ từ dễ đến khó…, các em cần phải nắm được : 

• Phát biểu được định nghĩa hiện tượng phóng xạ và viết được các phản ứng phóng xạ .

• Nêu được các đặc tính cơ bản của qúa trình phóng xạ.

• Nêu được định luật phân rã phóng xạ, định nghĩa được chu kỳ bán rã và hằng số phân rã.