Bài 23. Hiện tượng phóng xạ

1. Kiến thức trọng tâm

1.1. Hiện tượng phóng xạ

• Hiện tượng phóng xạ là hiện tượng hạt nhân không bền vững tự phát biến đổi thành hạt nhân khác và phát ra bức xạ phóng xạ.

Đặc điểm

• Có tính tự phát.

• Có tính ngẫu nhiên.

• Không chịu ảnh hưởng của nhiệt độ, áp suất hay các tác động vật lí, hóa học thông thường.

1.2. Các dạng phóng xạ

a) Phóng xạ α

• Hạt α là hạt nhân heli:

$${}_2^4\mathrm{He}$$

• Phương trình tổng quát:

$${}_Z^{A}X{\to }_{\mathrm{Z-2}}^{\mathrm{A-4}}Y{+}_2^4\mathrm{He}$$

b) Phóng xạ β⁻

• Hạt β⁻ là electron:

$${}_{\mathrm{-1}}^{0}e$$

• Phương trình tổng quát:

$${}_Z^{A}X{\to }_{\mathrm{Z+1}}^{A}Y{+}_{\mathrm{-1}}^0\mathrm{e+}\bar{\nu }$$

c) Phóng xạ β⁺

• Hạt β⁺ là positron:

$${}_{\mathrm{+1}}^{0}e$$

• Phương trình tổng quát:

$${}_Z^{A}X{\to }_{\mathrm{Z-1}}^{A}Y{+}_{\mathrm{+1}}^0\mathrm{e+\nu }$$

d) Phóng xạ γ

• Là bức xạ điện từ năng lượng cao.

• Thường phát ra khi hạt nhân chuyển từ trạng thái kích thích về trạng thái cơ bản.

$${}_Z^A{Y}^{*}{\to }_Z^A\mathrm{Y+\gamma }$$

• Khi phóng xạ γ, số khối và điện tích hạt nhân không đổi.

1.3. So sánh các tia phóng xạ

1.4. Định luật phóng xạ

Số hạt nhân chưa phân rã:

$$\mathrm{N=}{N}_0{e}^{\mathrm{-\lambda t}}$$

hoặc

$$\mathrm{N=}{N}_0{\left(\frac{1}{2}\right)}^{t/T}$$

Trong đó:

• $N_0$: số hạt nhân ban đầu.

• $N$: số hạt nhân còn lại sau thời gian $t$.

• $\lambda$: hằng số phóng xạ.

• $T$: chu kì bán rã.

1.5. Chu kì bán rã

• Chu kì bán rã là thời gian để một nửa số hạt nhân ban đầu bị phân rã.

$$\mathrm{\lambda =}\frac{\ln 2}{T}$$

hay

$$\mathrm{T=}\frac{\ln 2}{\lambda }$$

1.6. Độ phóng xạ

• Độ phóng xạ đặc trưng cho mức độ mạnh yếu của nguồn phóng xạ.

$$\mathrm{H=-}\frac{\mathrm{dN}}{\mathrm{dt}}$$

$$\text{H=λN}$$

$$\mathrm{H=}{H}_0{e}^{\mathrm{-\lambda t}}$$

Đơn vị

$$\text{1Bq=1}\mathrm{ph}\hat{a}\text{n r}\tilde{a}\mathrm{/s}$$

$$\text{1Ci=3,7×}{10}^{10}\mathrm{Bq}$$

1.7. Nguyên tắc an toàn phóng xạ

• Giảm thời gian tiếp xúc với nguồn phóng xạ.

• Tăng khoảng cách đến nguồn phóng xạ.

• Sử dụng vật liệu che chắn thích hợp.

2. Hiểu sâu bản chất

💡 Phóng xạ là quá trình biến đổi tự nhiên của các hạt nhân không bền vững.

💡 Chu kì bán rã là đặc trưng riêng của mỗi chất phóng xạ.

💡 Sau mỗi chu kì bán rã, số hạt nhân chưa phân rã giảm đi một nửa.

💡 Tia α ion hóa mạnh nhưng đâm xuyên yếu; tia γ ion hóa yếu nhưng đâm xuyên mạnh.

💡 Độ phóng xạ càng lớn thì số hạt nhân phân rã trong một giây càng nhiều.

3. Ghi nhớ nhanh

• Phóng xạ α: $\text{A→A-4,Z→Z-2}$

• Phóng xạ ${\beta }^{-}$: $A\mathrm{kh}\hat{o}\text{ng đổi}\text{,Z→Z+1}$

• Phóng xạ ${\beta }^{+}$: $A\mathrm{kh}\hat{o}\text{ng đổi}\text{,Z→Z-1}$

• Phóng xạ γ: $\mathrm{A,}Z\mathrm{kh}\hat{o}\text{ng đổi}$

• Định luật phóng xạ: $\mathrm{N=}{N}_0{e}^{\mathrm{-\lambda t}}$; $\mathrm{N=}{N}_0{\left(\frac{1}{2}\right)}^{t/T}$

• Liên hệ: $\mathrm{\lambda =}\frac{\ln 2}{T}$

• Độ phóng xạ: $\text{H=λN}$

4. Lưu ý cho học sinh

• Không nhầm chu kì bán rã là thời gian để toàn bộ chất phóng xạ phân rã hết.

• Sau $n$ chu kì bán rã: $\mathrm{N=}\frac{N_0}{2^n}$; $\mathrm{H=}\frac{H_0}{2^n}$

• Khi phóng xạ α phải giảm đồng thời số khối 4 đơn vị và điện tích 2 đơn vị.

• Khi phóng xạ β⁻ hoặc β⁺, số khối không đổi.

• Phóng xạ γ không làm thay đổi cấu tạo hạt nhân.

• Trong bài toán phóng xạ nên ưu tiên xác định: $\mathrm{n=}\frac{t}{T}$

trước khi tính toán.

• Độ phóng xạ và số hạt nhân chưa phân rã giảm theo cùng quy luật thời gian.