Lý thuyết về phóng xạ hạt nhân, vật lí 12 Hạt nhân nguyên tử
Từ thế kỉ XIX năm 1896 Béc-cơ-ren (Becquerel) tìm ra hiện tượng muối phát ra những tia có thể tác dụng lên kính ảnh. Ông đã chứng minh được rằng đó không phải là hiện tượng phát tia Rơn-ghen (tia X) và cũng không phải hiện tượng quang phát quang. Ông đã đặt tên cho hiện tượng đó là phóng xạ (radioactive).
HIỆN TƯỢNG PHÓNG XẠ HẠT NHÂN:
- Là hiện tượng hạt nhân không bền vững tự phân rã, phát ra các tia phóng xạ và biến đổi thành các hạt nhân khác.
- Phóng xạ hạt nhân được coi là phản ứng hạt nhân tự phát, không chịu tác động của yếu tố bên ngoài.
- Hạt nhân tự phân hủy được gọi là hạt nhân mẹ, hạt nhân được tạo thành sau khi phân hủy được gọi là hạt nhân con.
PHÓNG XẠ HẠT NHÂN
phóng xạ hạt nhân α:
\[_{Z}^{A}\textrm{X}\rightarrow _{2}^{4}\alpha +_{Z-2}^{A-4}\textrm{Y}\]
- Tia α là dòng các hạt nhân \[_{2}^{4}\textrm{He}\] chuyển động với tốc độ vào khoảng 20000km/s. Tia α đi được trong không khí chừng vài centimét và vài micromét trong vật rắn.
- Sau khi phóng xạ α thu được hạt nhân con lùi 2 ô trong bảng tuần hoàn hóa học so với hạt nhân mẹ.
- Chùm tia α bị lệch về phía bản âm trong điện trường góc lệch nhỏ hơn góc lệch của tia β$^{+}$.
phóng xạ hạt nhân β$^{- }$:
\[_{Z}^{A}\textrm{X}\rightarrow _{-1}^{o}\beta^{-} +_{Z+1}^{A}\textrm{Y}\]
- Tia β$^{-}$ là dòng các hạt electron
- Sau khi phóng xạ thu được hạt nhân con tiến 1 ô trong bảng tuần hoàn hóa học so với hạt nhân mẹ.
- Tia β$^{- }$ bị lệch trong điện trường (lệch về phía bản có điện tích dương) và trong từ trường.
phóng xạ hạt nhân β$^{+ }$:
\[_{Z}^{A}\textrm{X}\rightarrow _{1}^{o}\beta^{+} +_{Z-1}^{A}\textrm{Y}\]
- Tia β$^{+}$ là dòng các hạt pozitron có điện tích +e và khối lượng bằng khối lượng của electron. Pozitron gọi là phản hạt của electron.
- Sau khi phóng xạ thu được hạt nhân con lùi 1 ô trong bảng tuần hoàn hóa học so với hạt nhân mẹ.
- Tia β$^{+ }$bị lệch trong điện trường (lệch về phía bản có điện tích âm) và trong từ trường.
phóng xạ hạt nhân γ (gamma):
Một số hạt nhân con sau quá trình phóng xạ α; Phóng xạ β$^{-}$; Phóng xạ β$^{+ }$được tạo ra trong trạng thái kích thích. Khi đó xảy ra tiếp quá trình hạt nhân đó chuyển từ trạng thái kích thích về trạng thái có mức năng lượng thấp hơn và phát ra bức xạ điện từ γ, còn gọi là tia γ (tia gamma).
Tia γ có thể đi qua được vài mét trong bê tông và vài centimét trong chì (tia gamma khi chiếu vào người sẽ gây bệnh ung thư)
Đặc tính của quá trình phóng xạ hạt nhân:
- Có bản chất là quá trình biến đổi hạt nhân
- Có tính tự phát và không thể điều khiển được, không chịu các yếu tố thuộc môi trường ngoài như nhiệt độ, áp suất …
- Là một quá trình ngẫu nhiên: thời điểm phân hủy của nó là không xác định.
So sánh Bản chất và tính chất của các loại tia phóng xạ
Định luật phóng xạ hạt nhân
Tại thời điểm ban đầu (t =0) số hạt nhân của mẫu phóng xạ là No, sau một khoảng thời gian là t, số hạt nhân của mẫu phóng xạ còn lại là N, quá trình mất đi (No – N) hạt nhân do hiện tượng phóng xạ được gọi là quá trình phân rã hạt nhân.
Công thức định luật phóng xạ xác định số hạt còn lại
\[N=N_{o}e^{-\lambda t}\]
Trong đó:
- N: số hạt nhân còn lại
- N$_{ο}$: số hạt nhân ban đầu
- λ: hằng số phóng xạ
- t: thời gian phóng xạ
- No – N: số hạt nhân bị mất đi (bị phân rã)
- e là hàm số mũ (e ≈ 2,71 ) không phải là electron
Chu kỳ bán rã của phóng xạ hạt nhân
Chu kỳ bán rã: là khoảng thời gian số lượng các hạt nhân còn lại là 50% (nghĩa là đã phân rã mất 50%) => \[\dfrac{N_{o}}{2}=N_{o}e^{-\lambda T}\] =>
Công thức xác định chu kỳ bán rã:
\[T=\dfrac{Ln2}{\lambda }=\dfrac{0,693}{\lambda }\]