Hiện tượng phóng xạ và định luật phóng xạ – HocHay

• Định nghĩa:

Phóng xạ là quá trình phân rã tự phát của một hạt nhân không bền vững. Quá trình phân rã này phóng ra các bức xạ gọi là tia phóng xạ và biến đổi thành hạt nhân khác. Quá trình phân rã phóng xạ chính là quá trình dẫn đến sự biến đổi hạt nhân.

• Các dạng phóng xạ:

Phóng xạ anpha (α):

– Bản chất: là dòng hạt nhân Heli (X24X2224He)

– Phương trình:

XZAX2Z2AX→XZ−2A−4X2Z−22A−4Y+X24X2224He

– Tốc độ: v≈2.107m/s

– Khả năng ion hoá mạnh.

– Khả năng đâm xuyên đi được vài cm trong không khí (Smax=8cm); vài μm trong vật rắn (Smax=1mm)

– Tồn tại trong điện trường lệch.

Phóng xạ bêta: có 2 loại β− và β+

β−: là dòng electron (X−10X2−120e)

β+: là dòng pôzitron (X10X2120e)

– Phương trình:

β−:XZAX2Z2AX→XZ+1AX2Z+12AY+X−10X2−120e

β+:XZAX2Z2AX→XZ−1AX2Z−12AY+X10X2120e

– Tốc độ: v≈3.108m/s

– Khả năng ion hoá mạnh nhưng yếu hơn tia α

– Khả năng đâm xuyên đi được vài m trong không khí; xuyên qua kim loại dày vài mm.

– Tồn tại trong điện trường lệch nhiều hơn tia alpha.

Phóng xạ gamma (γ):

– Tia γ có bản chất là sóng điện từ có bước sóng rất ngắn. 

– Sau phóng xạ α hoặc β xảy ra quá trình chuyển từ trạng thái kích thích về trạng thái cơ bản.

– Tốc độ: v=c=3.108m/s

– Khả năng ion hoá yếu hơn tia α và β

– Khả năng đâm xuyên mạnh hơn tia α và β. Có thể xuyên qua vài m bê tông hoặc vài cm chì.

– Tồn tại trong điện trường không bị lệch.

• Đặc điểm 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 chịu các tác động của bên ngoài.

– Là một quá trình ngẫu nhiên, thời điểm phân huỷ không xác định được.

• Định luật phóng xạ:

– Chu kì bán rã: là khoảng thời gian để ½ số lượng hạt nhân nguyên tử biến đổi thành hạt nhân khác.

T=ln2λ=0,693λ

λ: Hằng số phóng xạ (s−1)

– Định luật phóng xạ: Số hạt nhân (khối lượng) phóng xạ giảm theo qui luật hàm số mũ. 

– Số hạt (N): Trong quá trình phân rã, số hạt nhân phóng xạ giảm theo thời gian tuân theo định luật hàm số mũ.

N=N02t/T=N0.e−λ.t

N0: số hạt nhân phóng xạ ở thời điểm ban đầu.

N(t): số hạt nhân phóng xạ còn lại sau thời gian t.

– Khối lượng (m): Trong quá trình phân rã, khối lượng hạt nhân phóng xạ giảm theo thời gian tuân theo định luật hàm số mũ.

m=m02t/T=m0.e−λ.t

m0: khối lượng phóng xạ ở thời điểm ban đầu.

m(t): khối lượng phóng xạ còn lại sau thời gian t.

Trong đó: 

λ=ln2T=0,693T gọi là hằng số phóng xạ đặc trưng cho từng loại chất phóng xạ.

– Ngoài các đồng vị có sẵn trong thiên nhiên gọi là các đồng vị phóng xạ tự nhiên, người ta còn tạo ra được nhiều đồng vị phóng xạ khác, gọi là các đồng vị phóng xạ nhân tạo.

– Các đồng vị phóng xạ nhân tạo có nhiều ứng dụng trong sinh học, hoá 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. Đây là phương pháp nguyên tử đánh dấu, có thể dùng để theo dõi được tình trạng bệnh lí.