Bài 37: Phóng Xạ

I. Phóng xạ là gì?

Định nghĩa: Phóng xạ là hiện tượng một hạt nhân tự phân rã, phóng ra tia phóng xạ và biến đổi thành hạt nhân khác.

Quá trình phân rã phóng xạ là quá trình dẫn đến sự biến đổi hạt nhân.

II. Bản chất của tia phóng xạ:

* Cho tia phóng xạ đi qua điện trường giữa hai bản tụ điện, ta thấy có 3 loại tia phóng xạ.

1. Tia anpha (α):

a) Bản chất: Tia anpha (α) là dòng các hạt nhân của nguyên tử Hêli .

b) Đặc điểm:

+ Mỗi hạt anpha mang hai điện tích dương (+2e).

+ Bị lệch trong điện trường; 

+ Có vận tốc khoảng 2.10⁷ m/s;

+ Làm iôn hóa các nguyên tử trên đường đi nên mất năng lượng nhanh và chỉ đi được tối đa 8 cm trong không khí;

+ Có tính đâm xuyên yếu.

+ Phương trình:

2. Tia bêta (β): gồm tia b^- và tia β⁺

a) Bản chất:

+ Tia β^- là dòng các êlectron mang điện tích âm.

+ Tia b⁺ (hiếm hơn) là dòng các êlectron dương hay pôzitron.

b) Đặc điểm:

+ Bị lệch nhiều trong điện trường hơn tia a;

+ Có vận tốc gần bằng vận tốc ánh sáng;

+ Làm ion hóa môi trường yếu hơn tia a nên đi được quãng đường dài hơn (vài mét) trong không khí;

+ Có tính đâm xuyên mạnh hơn tia a.

+ Phương trình:

Theo Pao-li, trong phân rã b còn xuất hiện hạt nơtrinô (n) và phản hạt nơtrinô (): các hạt này không mang điện, khối lượng nghỉ bằng 0 và có tốc độ cỡ tốc độ ánh sáng.  

3. Tia gamma (γ):

a) Bản chất: Tia gamma (γ) là sóng điện từ có bước sóng rất ngắn (l < 10^-11m) hay là dòng các hạt phôtôn có năng lượng cao.

b) Đặc điểm:

+ Phóng xạ gamma xảy ra khi hạt nhân con trong phóng xạ a hoặc b ở trạng thái năng lượng kích thích chuyển về trạng thái năng lượng cơ bản;

+ Phóng xạ g thường xảy ra trong phản ứng hạt nhân;

+ Tia g không bị lệch trong điện trường, có tính đâm xuyên rất mạnh;

+ Trong thang sóng điện từ, tia g làm iôn hoá không khí mạnh nhất.

III. Định luật phóng xạ:

1. Đặc điểm quá trình phóng xạ:

 + có bản chất là một quá trình biến đổi hạt nhân;

+ có tính tự phát và không điều khiển được, hoàn toàn không phụ thuộc vào tác động bên ngoài;

+ là một quá trình ngẫu nhiên. Với một hạt nhân phóng xạ cho trước, ta không thể xác định thời điểm phân rã của nó.

2. Định luật phóng xạ:

a) Định luật:

"Mỗi chất phóng xạ được đặc trưng bởi một thời gian T gọi là chu kỳ bán rã, cứ sau mỗi chu kỳ này thì một nửa số nguyên tử của chất ấy đã biến đổi thành chất khác".

b) Công thức của định luật:

+ Gọi:  N_o là số hạt nhân ban đầu 

            N là số hạt nhân còn lại sau thời gian t  

(  được gọi là hằng số phóng xạ)

⇒ Trong quá trình phân rã, số hạt nhân phóng xạ giảm theo thời gian theo định luật hàm số mũ.

* Tương tự, khối lượng m của chất phóng xạ còn lại sau thời gian t  là:

(m_0: khối lượng chất phóng xạ lúc ban đầu)

IV. Ứng dụng của các đồng vị phóng xạ:

* Các đồng vị phóng xạ của một nguyên tố hoá học có cùng tính chất hoá học như đồng vị bền của nguyên tố đó.

+ Đồng vị Côban60 phát ra tia g có khả năng xuyên sâu lớn được dùng để tìm khuyết tật trong chi tiết máy (phương pháp tương tự như dùng tia X chụp ảnh các bộ phận trong cơ thể), bảo quản thực phẩm, chữa bệnh ung thư.......

+ Đo tuổi các vật cổ bằng phương pháp Cacbon14.

V. Bài tập luyện tập Phóng xạ của trường Nguyễn Khuyến

Câu 1: Tia nào sau đây không phải là tia phóng xạ?

A. Tia γ.

B. Tia β⁺.                    

C. Tia α.                     

D. Tia X.

Câu 2: Tia α

A. có vận tốc bằng vận tốc ánh sáng trong chân không.

B. là dòng các hạt nhân .

C. không bị lệch khi đi qua điện trường và từ trường.

D. là dòng các hạt nhân nguyên tử hiđrô.

Câu 3: Phóng xạ β^- là

A. phản ứng hạt nhân thu năng lượng.

B. phản ứng hạt nhân không thu và không toả năng lượng.

C. sự giải phóng êlectrôn (êlectron) từ lớp êlectrôn ngoài cùng của nguyên tử.

D. phản ứng hạt nhân toả năng lượng.

Câu 4: Trong các tia phóng xạ, tia ion hóa không khí mạnh nhất là

A. tia α.

B. tia γ.                       

C. tia β⁺.                    

D. tia β^-.

Câu 5: Hạt nhân biến đổi thành hạt nhân do phóng xạ

A. α và β^-.

B. β^-.                          

C. α.                           

D. β⁺.

Câu 6: Đồng vị phóng xạ Coban phát ra tia β^- và tia γ với chu kỳ bán rã 71,3 ngày. Trong một năm 365 ngày, bao nhiêu phần trăm khối lượng chất này đã phân rã?

A. 97,12%.                

B.  2,88%.                  

C. 48,56%.                 

D. 51,44%.

Câu 7: Một mẫu phóng xạ nguyên chất ban đầu có 2.10¹⁰ hạt nhân. Chu kì bán rã chất này là 2 ngày. Sau thời gian 3 ngày, kể từ thời điểm ban đầu, số hạt nhân chưa bị phân rã của mẫu chất phóng xạ này là

A. 8.10⁹ hạt.

B. hạt.               

C. hạt.             

D. hạt.

Câu 8: Hạt nhân poloni phóng xạ α tạo thành hạt nhân chì . Ban đầu có một mẫu poloni nguyên chất nặng 50 g. Lấy khối lượng mol của poloni và chì lần lượt là 210 g/mol và 206 g/mol. Khối lượng chì tạo thành sau 4 chu kì bán rã bằng

A. 46,875 g.

B. 45,98 g.                 

C. 46,72 g.                 

D. 45,88 g.

Câu 9: Một chất phóng xạ α có chu kì bán rã T. Khảo sát một mẫu chất phóng xạ này ta thấy: ở lần đo thứ nhất, trong 1 phút mẫu chất phóng xạ này phát ra 8n hạt α. Sau 414 ngày kể từ lần đo thứ nhất, trong 1 phút mẫu chất phóng xạ chỉ phát ra n hạt α. Giá trị của T là

A. 3,8 ngày.

B. 138 ngày.               

C. 12,3 năm.              

D. 2,6 năm.

Câu 10: Một mẫu chất chứa là chất phóng xạ với chu kì bán rã 5,27 năm, được sử dụng trong điều trị ung thư. Gọi ΔN₀ là số hạt nhân phân rã trong một phút khi nó mới được sản xuất. Mẫu được coi là “hết hạn sử dụng” khi số hạt nhân phân rã trong một phút nhỏ hơn 0,7ΔN₀. Nếu mẫu được sản suất vào tuần đầu tiên của tháng 7 năm 2021 thì “hạn sử dụng” của nó đến

A. tháng 3 năm 2024.

B. tháng 3 năm 2023.

C. tháng 5 năm 2025.

D. tháng 5 năm 2024.

Giáo viên biên soạn : Bùi Trần Đức Anh Thái

Đơn vị: Trường THCS - THPT Nguyễn Khuyến