Bài 23. Hiện tượng phóng xạ trang 104, 105, 106 Vật lý 12 Kết nối tri thức: Khi gói miếng kim loại hình chữ thập (+) cùng một hòn đá có chứa uranium bằng tấm phim và để trong bóng...

Câu hỏi:

Khi gói miếng kim loại hình chữ thập (+) cùng một hòn đá có chứa uranium bằng tấm phim và để trong bóng tối vài ngày, Becquerel đã phát hiện trên tấm phim có vết sáng giống dấu chữ thập như hình bên. Nguyên nhân nào gây tác dụng lên phim dù nó được để trong bóng tối?

Hướng dẫn giải :

Tìm hiểu qua sách báo, internet

Lời giải chi tiết :

- Tia alpha có thể ion hóa các nguyên tử trong lớp nhũ tương của phim, làm cho chúng trở nên nhạy cảm với ánh sáng.

- Khi phim được tráng, các nguyên tử bị ion hóa sẽ tạo ra các hạt bạc, tạo thành vết sáng.

- Dấu chữ thập trên phim xuất hiện do tia alpha bị chặn bởi các nhánh của miếng kim loại hình chữ thập.

Câu hỏi:

Tìm hiểu thông tin về phát hiện của Becquerel và thí nghiệm trên, cho biết:

1. Hiện tượng phóng xạ xảy ra có tính tự phát hay phụ thuộc vào các yếu tố môi trường như nhiệt độ, áp suất,...?

2. Có thể điều khiển được hiện tượng phóng xạ không? Tại sao?

Hướng dẫn giải :

Tìm hiểu qua sách báo, internet về phát hiện của Becquerel và thí nghiệm

Lời giải chi tiết :

1. Hiện tượng phóng xạ xảy ra tự phát, không phụ thuộc vào các yếu tố môi trường như nhiệt độ, áp suất.

2. Mặc dù hiện tượng phóng xạ tự phát, nhưng chúng ta có thể điều khiển tốc độ của nó vì:

- Hiện tượng phóng xạ là một quá trình biến đổi hạt nhân.

- Quá trình này xảy ra ngẫu nhiên và không thể dự đoán được.

- Chúng ta chỉ có thể tác động đến tốc độ của quá trình này chứ không thể ngăn chặn hoàn toàn.

Câu hỏi:

Sử dụng kết quả thí nghiệm trong Bảng 23.1 hãy thực hiện các yêu cầu sau:

- Nhận xét về số lượng phân rã trong các khoảng thời gian bằng nhau liên tiếp.

- Có thể dự đoán được thời điểm xảy ra và số lượng các phân rã phóng xạ không?

Hướng dẫn giải :

Sử dụng kết quả thí nghiệm trong Bảng 23.1

Lời giải chi tiết :

- Dựa vào Bảng 23.1, số lượng phân rã trong các khoảng thời gian bằng nhau liên tiếp không đồng đều. Số lượng phân rã có thể giảm dần hoặc tăng dần theo thời gian.

- Không thể dự đoán chính xác thời điểm xảy ra và số lượng các phân rã phóng xạ của từng nguyên tử. Chỉ có thể dự đoán xác suất phân rã của một nguyên tử trong một khoảng thời gian nhất định.

Câu hỏi:

1. Hãy nêu các tính chất của tia phóng xạ α

2. Hãy viết phương trình phân rã α của hạt nhân \({}_{92}^{235}U\)

Hướng dẫn giải :

Vận dụng lý thuyết phóng xạ và viết phương trình phóng xạ

Lời giải chi tiết :

1.

- Khả năng ion hóa cao: Tia α có thể ion hóa các nguyên tử trong môi trường của nó, tạo ra các cặp ion.

- Tầm bay ngắn: Tia α chỉ có thể đi được vài cm trong không khí và vài μm trong chất rắn.

- Bị lệch hướng bởi điện trường và từ trường: Do mang điện tích dương, tia α có thể bị lệch hướng bởi điện trường và từ trường.

- Tác dụng sinh học: Tia α có thể gây hại cho tế bào sống, dẫn đến ung thư nếu tiếp xúc với liều lượng cao.

2. Phương trình: \({}_{92}^{235}U \to 4H{e^{2 + }} + {}_{90}^{231}Th\)

Câu hỏi:

1. Hãy nêu các tính chất của phóng xạ β

2. Viết phương trình phân rã β^- và β⁺ tương ứng của các đồng vị \({}_{38}^{90}Sr\) và \({}_9^{18}F\)

Hướng dẫn giải :

Vận dụng lý thuyết phóng xạ và viết phương trình phóng xạ

Lời giải chi tiết :

1.

- Khả năng ion hóa: Tia β có khả năng ion hóa thấp hơn tia α nhưng cao hơn tia γ.

- Tầm bay xa hơn: Tia β có thể đi được vài mét trong không khí và vài mm trong chất rắn.

- Bị lệch hướng bởi điện trường và từ trường: Do mang điện tích, tia β có thể bị lệch hướng bởi điện trường và từ trường.

- Tác dụng sinh học: Tia β có thể gây hại cho tế bào sống, dẫn đến ung thư nếu tiếp xúc với liều lượng cao.

2. Phương trình:

\({}_{38}^{90}Sr \to {}_{39}^{90}Y + {\beta ^ - } + {\overline \upsilon _e}\)

\({}_9^{18}F \to {}_8^{18}O + {\beta ^ + } + {\upsilon _e}\)

Câu hỏi:

1. Hãy nêu các tính chất của phóng xạ γ

2. Technitium (\({}_{43}^{99}Tc\)) là đồng vị phóng xạ γ, được sử dụng rất phổ biến trong y học hạt nhân để chụp ảnh cơ quan bên trong cơ thể người. Viết phương trình phân rã của đồng vị này.

Hướng dẫn giải :

Vận dụng lý thuyết phóng xạ và viết phương trình phóng xạ

Lời giải chi tiết :

1.

- Khả năng ion hóa thấp: Tia γ có khả năng ion hóa thấp nhất trong ba loại tia phóng xạ.

- Tầm bay xa nhất: Tia γ có thể đi qua hàng mét bê tông hoặc hàng chục cm chì.

- Không bị lệch hướng bởi điện trường và từ trường: Do không mang điện tích, tia γ không bị lệch hướng bởi điện trường và từ trường.

- Tác dụng sinh học: Tia γ có thể gây hại cho tế bào sống, dẫn đến ung thư nếu tiếp xúc với liều lượng cao.

2. Phương trình:\({}_{43}^{99}Tc \to {}_{42}^{99}Mo + {e^ - } + \gamma \)

Câu hỏi:

Dựa vào đặc điểm các tia phóng xạ em hãy:

1. Giải thích hướng lệch của từng tia phóng xạ trong điện trường và trong từ trường ở Hình 23.3.

2. Giải thích lý do tại sao các tia α, β và γ có khả năng đâm xuyên khác nhau.

Hướng dẫn giải :

Dựa vào đặc điểm các tia phóng xạ

Lời giải chi tiết :

1. Giải thích hướng lệch:

a. Trong điện trường:

- Tia α: Bị lệch về phía bản âm do mang điện tích dương.

- Tia β-: Bị lệch về phía bản dương do mang điện tích âm.

- Tia β+: Bị lệch về phía bản âm do mang điện tích dương.

- Tia γ: Không bị lệch hướng vì không mang điện tích.

b. Trong từ trường:

- Tia α: Bị lệch theo quỹ đạo tròn do mang điện tích dương và có khối lượng lớn.

- Tia β-: Bị lệch theo quỹ đạo tròn do mang điện tích âm và có khối lượng nhỏ.

- Tia β+: Bị lệch theo quỹ đạo tròn do mang điện tích dương và có khối lượng nhỏ.

- Tia γ: Không bị lệch hướng vì không mang điện tích.

2. Giải thích khả năng đâm xuyên:

- Khả năng đâm xuyên:

+ Tia α: Khả năng đâm xuyên thấp nhất do có khối lượng lớn và điện tích lớn.

+ Tia β: Khả năng đâm xuyên cao hơn tia α do có khối lượng nhỏ và điện tích nhỏ.

+ Tia γ: Khả năng đâm xuyên cao nhất do không mang điện tích và có bước sóng ngắn.

- Lý do:

+ Khối lượng: Tia có khối lượng lớn sẽ tương tác mạnh hơn với môi trường, dẫn đến khả năng đâm xuyên thấp hơn.

+ Điện tích: Tia mang điện tích sẽ tương tác với điện trường của các nguyên tử trong môi trường, dẫn đến khả năng đâm xuyên thấp hơn.

+ Bước sóng: Tia có bước sóng ngắn sẽ ít bị hấp thụ bởi môi trường hơn, dẫn đến khả năng đâm xuyên cao hơn.

Câu hỏi:

1. Phát biểu định nghĩa chu kì bán rã?

2. Đồng vị phóng xạ \({}_8^{15}O\) sau khoảng thời gian 244 s có 75% số hạt nhân ban đầu đã bị phân rã thành hạt nhân khác. Tính chu kì bán rã của \({}_8^{15}O\).

Hướng dẫn giải :

Vận dụng lý thuyết bán rã

Lời giải chi tiết :

1. Chu kì bán rã (ký hiệu: T) là thời gian cần thiết để một nửa số hạt nhân của một mẫu chất phóng xạ ban đầu bị phân rã. Nói cách khác, sau mỗi chu kì bán rã, số lượng hạt nhân còn lại sẽ giảm đi một nửa.

2. 75% số hạt nhân ban đầu bị phân rã nên số hạt nhân còn lại là 25%.

Ta có:

\({2^{^{ - 2}}} = {2^{ - \frac{t}{T}}} \Rightarrow 2 = \frac{t}{T} \Rightarrow T = \frac{t}{2} = \frac{{244}}{2} = 122s\)

Câu hỏi:

1. Nêu ý nghĩa của hằng số phóng xạ.

2. Dược chất phóng xạ Flortaucipir (chứa \({}_9^{18}F\) là đồng vị phóng xạ β⁺) được tiêm vào bệnh nhân nhằm chụp ảnh bên trong cơ thể (chụp ảnh PET - Bài 24). Biết \({}_9^{18}F\) có chu kì bán rã khoảng 110 phút.

a) Sau khi tiêm bao lâu thì lượng \({}_9^{18}F\) giảm còn 10% và 1% so với lúc đầu?

b) Mỗi mL dược chất phóng xạ Flortaucipir có độ phóng xạ ban đầu là 10⁹ Bq. Xác định số lượng hạt đồng vị \({}_9^{18}F\) có trong mỗi mL dược chất tại thời điểm ban đầu và sau đó 1 ngày.

Hướng dẫn giải :

Vận dụng lý thuyết hằng số phóng xạ và ứng dụng trong y học hạt nhân

Lời giải chi tiết :

1. Hằng số phóng xạ cho biết tỉ lệ phần trăm số hạt nhân bị phân rã trong một đơn vị thời gian. Giá trị hằng số phóng xạ càng lớn, tốc độ phân rã của đồng vị càng nhanh.

2.

a) \(N = {N_0}{.2^{ - \frac{t}{T}}} \Rightarrow 0,1 = {2^{ - \frac{t}{{110}}}} \Rightarrow t = 365,4\)phút

\(N = {N_0}{.2^{ - \frac{t}{T}}} \Rightarrow 0,01 = {2^{ - \frac{t}{{110}}}} \Rightarrow t = 730,8\)phút

b) Đối với thời điểm ban đầu (t=0 phút): \(N = {N_0} = {10^9}Bq\)

Đối với thời điểm sau 1 ngày (t=1440 phút): \(N = {N_0}{.2^{ - \frac{t}{T}}} \Rightarrow N = {10^9}{.2^{ - \frac{{1440}}{{110}}}} \Rightarrow N = 114616\)hạt

Câu hỏi:

1. Tìm hiểu qua sách báo, internet về tác hại của phóng xạ đến sức khỏe của con người và cho biết:

a) các loại phơi nhiễm phóng xạ

b) biểu hiện khi bị phơi nhiễm phóng xạ.

c) cách phòng tránh nhiễm phóng xạ.

2. Nêu tên các địa điểm có nguy cơ phóng xạ trong Hình 23.9. Nếu gặp các biển cảnh báo đó em sẽ làm gì?

Hướng dẫn giải :

Tìm hiểu qua sách báo, internet

Lời giải chi tiết :

1. Phơi nhiễm phóng xạ:

a) Các loại phơi nhiễm phóng xạ:

- Phơi nhiễm bên ngoài: Do tiếp xúc với nguồn phóng xạ từ bên ngoài cơ thể, ví dụ như tia X, tia gamma từ các sự cố hạt nhân.

- Phơi nhiễm bên trong: Do hít phải hoặc nuốt phải các chất phóng xạ, ví dụ như bụi phóng xạ, nước bị ô nhiễm.

b) Biểu hiện khi bị phơi nhiễm phóng xạ:

- Mức độ thấp: Buồn nôn, nôn, tiêu chảy, rụng tóc, mệt mỏi.

- Mức độ cao: Phỏng da, hoại tử, suy giảm hệ miễn dịch, ung thư, tử vong.

c) Cách phòng tránh nhiễm phóng xạ:

- Hạn chế tiếp xúc với nguồn phóng xạ.

- Sử dụng các biện pháp bảo hộ khi tiếp xúc với nguồn phóng xạ, ví dụ như quần áo bảo hộ, kính chắn.

- Tuân thủ các quy định về an toàn phóng xạ.

- Sử dụng các thực phẩm sạch, không bị ô nhiễm phóng xạ.

2. Các địa điểm có nguy cơ phóng xạ trong Hình 23.9:

- Nhà máy điện hạt nhân: Nơi sản xuất điện bằng năng lượng hạt nhân.

- Bệnh viện: Nơi sử dụng tia X và các chất phóng xạ để chẩn đoán và điều trị bệnh.

- Phòng thí nghiệm nghiên cứu: Nơi sử dụng các chất phóng xạ cho mục đích nghiên cứu.

- Kho chứa chất thải phóng xạ: Nơi lưu trữ các chất thải phóng xạ.

Biển cảnh báo nguy cơ phóng xạ:

- Biển báo có hình tam giác màu vàng, có biểu tượng cánh quạt màu đen và chữ "☢️”.

- Khi gặp biển cảnh báo này, cần:

+ Dừng lại và không đi vào khu vực nguy hiểm.

+ Thông báo cho người khác về nguy cơ phóng xạ.

+ Tuân thủ các hướng dẫn của cơ quan chức năng.

Câu hỏi:

1. Hãy tìm hiểu và nêu thêm nguyên tắc an toàn phóng xạ. Việc tuân thủ quy tắc an toàn phóng xạ có vai trò gì?

2. Trong y học và công nghiệp, nguồn phóng xạ và chất thải phóng xạ được bảo quản trong các thiết bị lưu trữ (ví dụ như Hình 23.12) hoặc đặt trong các hầm cách li với các nguồn nước (ví dụ Hình 24.2). Người ta đã áp dụng nguyên tắc an toàn phóng xạ nào?

Hướng dẫn giải :

Tìm hiểu qua sách báo, internet

Lời giải chi tiết :

1. Nguyên tắc an toàn phóng xạ:

- Giới hạn liều lượng: Hạn chế liều lượng phơi nhiễm phóng xạ ở mức thấp nhất có thể, phù hợp với mục đích sử dụng.

- Thời gian tiếp xúc: Giảm thiểu thời gian tiếp xúc với nguồn phóng xạ.

- Khoảng cách: Giữ khoảng cách an toàn với nguồn phóng xạ.

- Che chắn: Sử dụng các biện pháp che chắn để giảm thiểu sự lan truyền của tia phóng xạ.

- Giám sát: Thường xuyên kiểm tra và giám sát mức độ phơi nhiễm phóng xạ.

Vai trò:

- Bảo vệ sức khỏe con người và môi trường khỏi tác hại của phóng xạ.

- Đảm bảo an toàn cho các hoạt động sử dụng nguồn phóng xạ.

- Ngăn ngừa các sự cố phóng xạ.

2.

Nguyên tắc an toàn phóng xạ được áp dụng:

- Giới hạn liều lượng: Lượng phóng xạ rò rỉ từ thiết bị lưu trữ và hầm cách li được kiểm soát ở mức thấp nhất có thể.

- Thời gian tiếp xúc: Hạn chế thời gian tiếp xúc với nguồn phóng xạ và chất thải phóng xạ.

- Khoảng cách: Giữ khoảng cách an toàn với thiết bị lưu trữ và hầm cách li.

- Che chắn: Sử dụng các vật liệu che chắn để ngăn chặn tia phóng xạ.

- Giám sát: Thường xuyên kiểm tra và giám sát mức độ phóng xạ.