Định luật phóng xạ, Công thức tính chu kỳ bán rã, hiện tượng phóng xạ, các loại phóng xạ - Lý thuyết Vật lý 12 bài 37

Nội dung bài viết này sẽ giúp các em biết hiện tượng phóng xạ là gì? Định luật phóng xạ cho bởi biểu thức nào? Công thức tính chu kỳ bán rã như thế nào?

Từ phát hiện phóng xạ của Béc-cơ-ren, hai ông bà Pi-e Quy-ri (Curie) và Ma-ri Quy-ri lại tìm thêm được hai chất phóng xạ là pôlôni và rađi, trong đó rađi có tính phóng xạ mạnh hơn nhiều so với urani, sau đó người ta tìm ra hiện tượng phóng xạ nhân tạo.

• Giải bài tập Vật lí 12 bài 37: Giải bài tập 1, 2, 3, 4, 5 trang 194 SGK Vật lý 12 bài 37

I. Hiện tượng phóng xạ

1. Hiện tượng phóng xạ là gì?

- 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 anpha α:

- Phản ứng phóng xạ α:

- Tia α là dòng hạt nhân  chuyển động với tốc độ 20000 km/s. Quãng đường đi được của tia α trong không khí chừng vài xentimét và trong vật rắn chừng vài micromét.

b) Phóng xạ beta trừ β^-:

- Phản ứng phóng xạ β^-:

- Phóng xạ β^- là quá trình phát ra tia β^-. Tia β^- là dòng các electron ()

c) Phóng xạ beta cộng β⁺:

- Phản ứng phóng xạ β⁺:

- Phóng xạ β⁺ là quá trình phát ra tia β⁺. Tia β⁺ là dòng các pôzitron (). Pô zitron có điện tích +e và khối lượng bằng khói lượng electron. Nó là phản hạt của electron.

- Các hạt  và  chuyển động với tốc độ xấp xỉ tốc độ ánh sáng, tạo thành các tia β^- và β⁺. Các tia này có thể truyền được vài mét trong không khí và vài milimét trong kim loại.

d) Phóng xạ gamma γ:

- Một số hạt nhân con sau quá trình phóng xạ α hay β⁺, β^- được tạo ra ở trạng thái kích thích chuyển về trạng thái có mức năng lượng thấp hơn và phát ra bức xạ γ, gọi là tia γ.

- Các tia γ đi được vài mét trong bêtông và vài xentimét 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 (không phụ thuộc nhiệt độ, áp suất,...)

- Là một quá trình ngẫu nhiên (không có thời gian phân rã xác định).

2. Định luật phóng xạ

• Phát biểu định luật phóng xạ: 

- 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.

• Công thức định luật phân rã phóng xạ: N = N₀e^-λt

 Với  là hằng số phóng xạ; 

 Suy ra số hạt nhân phân rã: 

3. Chu kì bán rã

• Định nghĩa:

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

• Công thức chu kỳ bán rã T:

- Dưới đây là bảng chu kỳ bán rã của một số chất phóng xạ:

Bảng chu kỳ bán rã của một số chất phóng xạ

III. Đồng vị phóng xạ nhân tạo

Ngoài các đồng vị phóng xạ có sẵn trong tự nhiên, người ta cũng chế tạo được nhiều đồng vị phóng xạ, gọi là 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 :

•  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.

- Phương pháp nguyên tử đánh dấu có nhiều ứng dụng quan trọng trong sinh học, hóa 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 để theo dõi tình trạng bệnh lý.

2. Đồng vị ¹⁴C , đồng hồ của Trái Đất

•  là một đồng vị phóng xạ β^-, chu kì bán rã 5730 năm. Tỉ lệ C trong cácbon điôxít CO₂ của khí quyển 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. Điều này được ứng dụng trong ngành khảo cổ học để xác định niên đại của các cổ vật.

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