Giải chi tiết Vât lí 12 CTST bài 17 Hiện tượng phóng xạ

MỞ ĐẦU

Câu hỏi: Năm 1896, nhà vật lí Henri Becquerel (Hen-ri Béc-cơ-ren) (1852 - 1908) đã phát hiện những vết đen xuất hiện trên các kính ảnh được bao bọc kĩ (Hình 17.1) khi chúng vô tình được đặt cạnh những lọ chứa muối uranium. Những nghiên cứu sau đó của Becquerel chỉ ra rằng những vết đen trên kính ảnh được gây ra bởi một bức xạ không nhìn thấy và chưa từng được biết đến trước đó. Becquerel đã đặt tên cho bức xạ này là tia phóng xạ và quá trình phát ra bức xạ là hiện tượng phóng xạ. Vậy hiện tượng phóng xạ có bản chất gì và có những loại phóng xạ nào?

Bài làm chi tiết:

Hiện tượng một hạt nhân không bền vững tự phát phân rã, phát ra các tia phóng xạ và biến đổi thành một hạt nhân khác được gọi là hiện tượng phóng xạ.

Các loại phóng xạ: phóng xạ , phóng xạ , phóng xạ .

1. HIỆN TƯỢNG PHÓNG XẠ

Thảo luận 1: So sánh hiện tượng phóng xạ và phân hạch hạt nhân

Bài làm chi tiết:

* Giống nhau: Quá trình phóng xạ và quá trình phân hạch đều là phản ứng hạt nhân và tỏa năng lượng

* Khác nhau: 

• Quá trình phóng xạ là quá trình phân hủy tự phát của một hạt nhân không bền vững; Quá trình phân hạch tự phát xảy ra với xác suất rất nhỏ, đa số là các phản ứng phân hạch kích thích;
• Phản ứng phân hoạch có thể tạo ra phản ứng dây chuyền còn sự phóng xạ α không thể tạo ra phản ứng dây chuyền.

2. BẢN CHẤT CỦA CÁC TIA PHÓNG XẠ

Thảo luận 2: So sánh tính chất vật lí của hạt electron và hạt positron.

Bài làm chi tiết:

Hạt positron có cùng khối lượng, cùng độ lớn điện tích với electron nhưng mang điện tích nguyên tố dương.

Thảo luận 3: Quan sát Hình 17.3, mô tả và giải thích về sự lệch hướng của các tia phóng xạ khi di chuyển trong điện trường đều. Giải thích vì sao tia ⁺ lệch nhiều hơn tia .

Bài làm chi tiết:

Các tia phóng xạ có sự lệch hướng do điện tích:

• Tia ^- lệch về phái bản dương do mang điện tích âm;
• Tia ⁺ và tia  lệch về phái bản âm do mang điện tích dương;
• Tia  không lệch hướng do không mang điện tích.

Tia ⁺ lệch nhiều hơn tia  vì: tia  là hạt nhân nguyên tử ₂⁴He, có khối lượng năng hơn nhiêu so với hạt ⁺.

Vận dụng: Tìm hiểu và trình bày một số ứng dụng của tia gamma trong đời sống.

Bài làm chi tiết:

* Trong y học: Để có thể phá hủy được các tế bào ung thư não hay các chứng bệnh khác, các bác sĩ đã sử dụng đến “dao mổ Gamma”. Người ta sẽ sử dụng tập trung nhiều chùm tia bức xạ điện tử này vào các tế bào cần phá hủy. Do mỗi chùm tia tương đối nhỏ nên nó ít làm tổn hại đến các mô tế bào khỏe mạnh. Vì não là cơ quan phức tạp nên việc ứng dụng tia Gamma là một phương pháp an toàn, hạn chế các biến chứng. 

Ngoài ra chúng còn được ứng dụng để điều trị các bệnh liên quan đến khối u. Hay dị dạng mạch máu, các bệnh chức năng của não. Nó sẽ giúp các bác sĩ xác định chính xác các vị trí làm thương tổn. Từ đó giúp đem lại hiệu quả cao khi điều trị.

* Trong công nghệ cơ khí: Bên cạnh lĩnh vực y tế, tia Gamma còn được ứng dụng trong lĩnh vực công nghiệp. Nó giúp con người phát hiện các lỗ hổng. Đó chính là phương pháp chụp ảnh phóng xạ bằng việc sử dụng tia Gamma. Hoặc tia X phóng xuyên qua phim. Năng lượng truyền qua tùy theo mật độ sẽ cho ta biết vị trí nào bị khuyết tật bằng hình ảnh rõ ràng với độ chính xác cao. Đây là một phương pháp được sử dụng phổ biến trong lĩnh vực cơ khí.

3. ĐỊNH LUẬT PHÓNG XẠ. ĐỘ PHÓNG XẠ

Thảo luận 4: Quan sát Hình 17.4, xác định những thời điểm mà số hạt của chất phóng xạ đã giảm đi và còn lại một nửa, một phần tư và một phần tám so với số hạt ban đầu.

Bài làm chi tiết:

Thời điểm số hạt giảm còn 1 nửa: T

Thời điểm số hạt giảm còn một phần tư: 2T

Thời điểm số hạt giảm còn một phần tám: 3T

Thảo luận 5: Xác định đơn vị của hằng số phóng xạ  trong hệ SI.

Bài làm chi tiết:

Thảo luận 6: Tính độ phóng xạ của một mẫu ₁₉³⁸K biết khối lượng của mẫu chất đó tại thời điểm đang xét là 10g. Cho chu kì bán rã của ₁₉³⁸K là 7,64 phút.

Bài làm chi tiết:

BÀI TẬP

Bài 1: Hiện tượng phóng xạ là hiện tượng:

A. một hạt nhân biến đổi thành một hạt nhân khác khi hấp thụ một neutron.

B. một hạt nhân không bền vững tự phát phân rã thành các hạt nhân khác và phát ra các tia phóng xạ.

C. có thể được kiểm soát bằng cách đặt hạt nhân phóng xạ vào vùng không gian có điện trường hoặc từ trường.

D. một hạt nhân phát ra các tia phóng xạ khi bị bắn phá bởi các hạt có động năng lớn.

Bài làm chi tiết:

Đáp án B. Hiện tượng một hạt nhân không bền vững tự phát phân rã, phát ra các tia phóng xạ và biến đổi thành một hạt nhân khác được gọi là hiện tượng phóng xạ.

Bài 2: Tia có khả năng đâm xuyên mạnh nhất là

A. tia  B. tia ⁺

C. tia ^- D. tia 

Bài làm chi tiết:

Đáp án D. Tia  có bước sóng rất ngắn, cũng là các hạt photon có năng lượng cao, nên đi được rất xa trong không khí, có khả năng đâm xuyên lớn hơn nhiều lần so với tia  và .

Bài 3: Xác định các hạt nhân _A^ZX trong các phương trình phân rã sau:

a) ₉₂²³⁸U → _Z^AX + ₂⁴He b) ₈₄²¹⁰Po → ₈₂²⁰⁶Pb + _Z^AX

c) ₅₈¹³²Ce → _Z^AX + ₁⁰e + v_e d) ₅₄¹³⁵Xe → _Z^AX + _-1⁰e + ve

Bài làm chi tiết:

a) ₉₂²³⁸U → ₉₀²³⁴Th + ₂⁴He b) ₈₄²¹⁰Po → ₈₂²⁰⁶Pb + ₂⁴He

c) ₅₈¹³²Ce → ₅₇¹³²La + ₁⁰e + v_e                  d) ₅₄¹³⁵Xe → ₅₅¹³⁵Cs + _-1⁰e + ve

4. Một mẫu chất phóng xạ có hằng số phóng xạ  = 0,1 s^-1, ban đầu chứa 5.10¹² hạt nhân chưa phân rã. Hãy xác định số hạt nhân phóng xạ đã phân rã và độ phóng xạ sau 30 giây kể từ lúc ban đầu.

Bài làm chi tiết:

Số hạt nhân phóng xạ còn lại là: N_t = N₀.e-λt= 5.10¹².e-0,1.30= 2,49.10¹¹ (hạt)

Số hạt nhân phóng xạ đã phân rã là: N_t = N₀ - N_t = 5.10¹² - 2,49.10¹¹ = 4,75.10¹² (hạt)

Độ phóng xạ sau 30 giây là: H_t = .N_t = 0,1.2,49.10¹¹ = 2,49.10¹⁰ (Bq)

5. Ta có thể xác định tuổi của các mẫu vật thông qua việc đo hoạt độ phóng xạ của đồng vị ₆¹⁴C bên trong nó. Hãy xác định tuổi của một mẫu gỗ hóa thạch nếu tỉ số hoạt độ phóng xạ của đồng vị ₆¹⁴C trong mẫu gỗ hóa thạch và trong một mẫu gỗ tươi có cùng khối lượng bằng 0,63.

Bài làm chi tiết: