Bài giảng Điện nguyên tử - Chương 3: Tia phóng xạ

Bài giảng Điện nguyên tử - Chương 3: Tia phóng xạ trình bày về các loại ta phóng xạ và tính chất của nó, định luật phân rã phóng xạ, tương tác của tia phóng xạ với vật chất, các ứng dụng của tia phóng xạ và an toàn đối với tia phóng xạ.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Điện nguyên tử - Chương 3: Tia phóng xạ Please purchase a personal license. C¸c chÊtphãng x¹ lµc¸c chÊt cãkh¶ n¨ng tùph¸t ra c¸c tiaphãng x¹ lµmét lo¹i bøcx¹ cã g©y rasù ion ho¸. Ch−¬ng 3 Tia phãng x¹ 3.1. C¸c lo¹i tia phãng x¹ vµ tÝnh chÊt cña nã C¸c tia phãng x¹ lµ c¸c tia cã nh÷ng tÝnh chÊt c¬ b¶n sau:- Cã kh¶ n¨ng t¸c dông sinh lý vµ ho¸ häc nh− ph¸ huû tÕbµo, kÝch thÝch mét sè ph¶n øng ho¸ häc...- Cã kh¶ n¨ng ion ho¸ c¸c chÊt khÝ.- Cã kh¶ n¨ng lµm cho mét sè vËt r¾n vµ láng ph¸t huúnhquang- Cã kh¶ n¨ng xuyªn qua mét sè chÊt nh− gç, v¶i, giÊy, miÕngkim lo¹i máng...- To¶ nhiÖt, lµm cho khèi l−îng chÊt phãng x¹ gi¶m dÇn vµlµm cho chÊt ®ã biÕn thµnh chÊt kh¸c. Ch−¬ng 3 Tia phãng x¹ 3.1. C¸c lo¹i tia phãng x¹ vµ tÝnh chÊt cña nã1. Bøc x¹ α: lµ dßng c¸c h¹t nh©n hªli 2He4 tÝch ®iÖn d−¬ng,chuyÓn ®éng víi vËn tèc cì 109cm/s vµ bÞ mét líp nh«mdÇy vµi micr«n hÊp thô (1micron=10-6 m), dÔ dµng bÞ chÆnl¹i bëi mét tê giÊy hoÆc ®iÖn ¸p ng−êi. TÝnh phãng x¹ α lµtÝnh chÊt cña c¸c h¹t nh©n nÆng cã sè khèi l−îng A >200 vµsè ®iÖn tÝch Z> 82. Do lùc h¹t nh©n cã tÝnh b·o hoµ, nªntrong c¸c h¹t nh©n nÆng cã xuÊt hiÖn sù t¹o thµnh c¸c h¹t αbiÖt lËp, mçi h¹t gåm hai proton vµ hai n¬tron. NÕu hÊp thôvµo c¬ thÓ qua ®−êng h« hÊp hay ®−êng tiªu ho¸, tia alphasÏ g©y t¸c h¹i cho c¬ thÓ. Ch−¬ng 3 Tia phãng x¹ 3.1. C¸c lo¹i tia phãng x¹ vµ tÝnh chÊt cña nã2. Bøc x¹ β: ®ã lµ dßng c¸c electron tÝch ®iÖn ©m,chuyÓn ®éng víi vËn tèc gÇn b»ng tèc ®é ¸nh s¸ng vµbÞ mét líp nh«m dÇy trung b×nh 1mm hÊp thô. Cßnmét lo¹i bøc x¹ β n÷a ë ®ã c¸c h¹t ph¸t ra lµ h¹tpositron (e+). Tia beta cã søc xuyªn thÊu m¹nh h¬n sovíi tia alpha nh−ng cã thÓ bÞ chÆn l¹i b»ng tÊm kÝnhmáng hoÆc tÊm kim lo¹i. SÏ nguy hiÓm nÕu hÊp thôvµo c¬ thÓ nh÷ng chÊt ph¸t ra tia beta. Ch−¬ng 3 Tia phãng x¹ 3.1. C¸c lo¹i tia phãng x¹ vµ tÝnh chÊt cña nã3. Bøc x¹ γ. C¸c quan s¸t thùc nghiÖm ®· chøng tá r»ng bøc x¹γ lu«n ®i kÌm theo c¸c bøc x¹ α vµ β. Bøc x¹ γ cã kh¶ n¨ngxuyªn thÊu m¹nh vµ kh«ng bÞ lÖch ®−êng ®i trong ®iÖn tr−êngvµ tõ tr−êng. B¶n chÊt cña bøc x¹ γ lµ bøc x¹ ®iÖn tõ cã b−ícsãng ng¾n kh«ng v−ît qu¸ 10-11m (bøc x¹ cã b−íc sãng cµngng¾n th× n¨ng l−îng cña nã cµng cao). Ng−êi ta x¸c nhËn ®−îcr»ng nguån gèc cña c¶ ba lo¹i bøc x¹ nµy ®Òu lµ tõ h¹t nh©nnguyªn tö. Tia γ vµ tia X t−¬ng tù sãng radio vµ tia s¸ng,nh−ng lµ sãng ®iÖn tõ cã b−íc sãng ng¾n. V× søc xuyªn thÊucña nã rÊt lín nªn chØ cã thÓ chÆn l¹i b»ng vËt liÖu cã nguyªntö l−îng lín nh− ch×, bªt«ng hoÆc n−íc.Søc xuyªn thÊu cña c¸c tia phãng x¹ Ta thÊy hiÖn t−îng ph©n r· β- (ph¸t ra electron) lµ dotrong h¹t nh©n nguyªn tö ®· cã 1 n¬tron tù ph¸t biÕn ®æi thµnh1 proton: n → p + e- + v Cßn hiÖn t−îng ph©n r· β+ (ph¸t ra 1 positron) lµ dotrong h¹t nh©n nguyªn tö ®· cã 1 proton biÕn ®æi thµnh 1n¬tron: p → n + e+ + v Ph©n r· γ lµ do sù chuyÓn møc n¨ng l−îng cña h¹t nh©ncña møc cao xuèng møc thÊp. Ng−îc l¹i, ph©n r· α lµ do sùs¾p xÕp l¹i cÊu h×nh h¹t nh©n gi÷a c¸c nuclon trong h¹t nh©n.3.2. §Þnh luËt ph©n r· phãng x¹ Khi cã sù phãng x¹ th× mËt ®é h¹t nh©n ban®Çu sÏ gi¶m dÇn theo thêi gian. Gi¶ sö ë thêi ®iÓm t,sè h¹t nh©n ch−a bÞ ph©n r· cña chÊt phãng x¹ lµ N.Sau thêi gian dt, sè c¸c h¹t nh©n cña chÊt phãng x¹gi¶m ®i mét l−îng -dN. Râ rµng r»ng ®é gi¶m-dN tû lÖ víi N vµ víi thêi gian dt: -dN = λ N dttrong ®ã λ lµ hÖ sè tû lÖ phô thuéc vµo chÊt phãng x¹vµ ®−îc gäi lµ h»ng sè ph©n r·. HH0H0/2 0 T1/2 2T1/2 3T1/2 tNh− vËy : dN/N= -λdtSau khi lÊy tÝch ph©n ta cã: N ln N = -λt + ln C N 0hay: ln (N/C)= -λt N /2 0 Tõ ®ã: N = Ce-λt tGäi N0 = C lµ sè h¹t nh©n 0 T1/2 2T1/2 3T1/2ch−a ph©n r· ë thêi ®iÓm t = 0. Thay vµo ta cã: N = N0e-λt dNNÕu gäi: H =− lµ ®é dt phãng x¹ (tøc lµ sè H ph©n r· trong mét H0 gi©y) th× ta cã: H0/2 H= λN0e-λt= H0e-λt ttrong ®ã H0= λN0 lµ ®é 0 T1/2 2T1/2 3T1/2 phãng x¹ t¹i t=0 H»ng sè λ cã ý nghÜa là x¸c suÊt chuyÓn tr¹ngth¸i cña h¹t nh©n ®Ó cho ra h¹t nh©n míi.NÕu ta lÊy nghÞch ®¶o cña λ th× ®ã là thêi gian sèngcña h¹t nh©n ë møc n¨ng l−îng cao hay cßn ®−îc gäilà thêi gian sèng trung b×nh c a h¹t nh©n phãng x¹ τ: τ = 1/ λ §Ó ph©n biÖt tèc ®é phãng x¹ nhanh hay chËmng−êi ta ®−a ra mét ¹i l−îng gäi là chu kú b¸n r· làkho¶ng thêi gian T1/2 mà cø sau mét kho¶ng thêi gian®ã mËt ®é h¹t nh©n ban ®Çu chØ cßn l¹i mét nöa.Theo ®Þnh nghÜa chu kú b¸n r·: NT / N0 = 1/2 = e- 1/2 λT1/2 VËy ta tÝnh ®−îc: T1/2= ln2 / λ =0,693/ λ Nãi chung c¸c chÊt phãng x¹ cã chu kú b¸n r·rÊt kh¸c nhau, ch¼ng h¹n urani cã chu kú b¸n r· là4,5.109. Radi cã chu k× b¸n r· là 10-6s nªn võa sinh ralËp tøc biÕn thành chÊt kh¸c ngay. Poloni cã chu kúb¸n r· là 138 ngày.VÝ dô : ChÊt phãng x¹ iot (Z=53, A= 131) dïng trongy tÕ cã chu kú b¸n r· T1/2 lµ 8 ngày ®ªm. NÕu lóc ®Çuta cã 200 g chÊt này, th× sau hai tuÇn lÔ ta cßn l¹i làbao nhiªu gam? Lêi gi¶i: NÕu nh− ta nh©n khèi l−îng tõng h¹t nh©n vàohai vÕ cña ph−¬ng tr×nh: N=N0e-λt th× ta cã: m = m0e-λt = m0e-0,693.t/T =200g.e-(0,693.14)/8=59,47g 1/2ν3.3. T−¬ng t¸c cña tia phãng x¹ víi vËt chÊt Khi tia phãng x¹ ®i qua vËt chÊt, c¸c h¹t cña tiaphãng x¹ ®Òu t− ...