Giải vật lí 12 bài 37: Phóng xạ

I. TÓM TẮT LÝ THUYẾT

I. Hiện tượng phóng xạ

1. Định nghĩa

• Phóng xạ là quá trình phân rã tự phát của một hạt nhân không bền vững ( tự nhiên hay nhân tạo ). 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.

2. Các dạng phóng xạ

a. Phóng xạ $\alpha $ :                                      

• Dạng viết gọn: $_{Z}^{A}\textrm{X}\rightarrow _{Z-2}^{A-4}\textrm{Y}+_{2}^{4}\textrm{He}$                                  
• Tia $\alpha $ là dòng hạt nhân chuyển động với tốc độ 20000 km/s. Đi được chừng vài cm trong không khí và  trong vật rắn chừng vài micromét.

b. Phóng xạ β^-:                                      

• Dạng viết gọn: $_{Z}^{A}\textrm{X}\rightarrow _{Z+1}^{A}\textrm{Y}+_{-1}^{0}\textrm{n}$
• Phóng xạ β^- là quá trình phát ra tia β^-. Tia β^- là dòng các electron ($_{-1}^{0}\textrm{e}$)                               

c. Phóng xạ β⁺:                  

• Dạng viết gọn: $_{Z}^{A}\textrm{X}\rightarrow _{Z+1}^{A}\textrm{Y}+_{1}^{0}\textrm{n}$
• Phóng xạ β⁺ là quá trình phát ra tia β⁺. Tia β⁺ là dòng các electron ($_{1}^{0}\textrm{e}$). Nó là phản hạt của electron.
• Các hạt $_{-1}^{0}\textrm{e}$và $_{1}^{0}\textrm{e}$ chuyển động với tốc độ xấp xĩ tốc độ ánh sáng, Các tia này có thể truyền được vài mét trong không khí và vài milimet trong kim loại.

d. Phóng xạ γ:

• Phóng xạ γ  là phóng xạ đi kèm phóng xạ α hay β⁺, β^-.
• Tia γ đi được vài mét trong bêtông và vài xentimet trong chì.

II. Định luật phóng xạ

1. Đặc tính của quá trình phóng xạ

• Có bản chất là một quá trình biến đổi hạt nhân.
• Có tính tự phát và không điều khiển được.
• Là một quá trình ngẫu nhiên.

2. Định luật  phóng xạ

•  Trong quá trình phân rã, số lượng các hạt nhân (hay khối lượng) của chất phóng xạ giảm theo hàm mũ:

N = N₀e^-λt

•  Với T là chu kì bán rã, λ là hằng số phóng xạ.

3. Chu kì bán rã

• Chu kì bán rã là thời gian qua đó số lượng các hạt nhân còn lại 50% (nghĩa là phân rã 50%).

T =$\frac{ln2}{\lambda }$

III. Đồng vị phóng xạ nhân tạo

1. Phóng xạ nhân tạo và phương pháp nguyên tử đánh dấu

•  Người ta tạo ra các hạt nhân phóng xạ của các nguyên tố X bình thường không phải là chất phóng xạ theo sơ đồ tổng quát sau :
•  $_{Z}^{A+1}\textrm{X}$ là đồng vị phóng xạ của X. Khi trộn lẫn với các hạt nhân bình thường không phóng xạ, các hạt nhân phóng xạ được gọi là các nguyên tử đánh dấu, cho phép ta khảo sát sự tồn tại, sự phân bố, sự chuyển vận của nguyên tố X.

2. Đồng vị$^{14}\textrm{C}$, đồng hồ của Trái Đất

•  $_{6}^{14}\textrm{C}$ là một đồng vị phóng xạ b^-, chu kì bán rã 5730 năm. Tỉ lệ C trong CO₂ của khí quyễn là 10^-6%. Bằng cách so sánh độ phóng xạ của mẫu cây tươi và mẫu cây đã chết cùng loại và cùng khối lượng ta có thể  xác định được thời gian từ lúc cây ấy chết cho đến nay.

3. Độ phóng xạ

•  Đơn vị của độ phóng xạ là becơren (Bq) và curi (Ci): 1Bq = 1 phân rã/s.

II. GIẢI BÀI TẬP