BÀI 23. HIỆN TƯỢNG PHÓNG XẠ

KHỞI ĐỘNG

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 tâm 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?

Giải nhanh:

Nguyên nhân gây tác dụng lên phim dù nó được để trong bóng tối là do tia phóng xạ phát ra từ uranium. Tia phóng xạ có thể ion hóa các nguyên tử trong tấm phim, làm cho chúng trở nên nhạy cảm với ánh sáng. Khi tấm phim được tráng men và rửa, các nguyên tử ion hóa sẽ tạo ra các vết đen trên phim, giống như hình chữ thập được tạo ra bởi miếng kim loại.

I. HIỆN TƯỢNG PHÓNG XẠ

Hoạt động 1: 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?

Giải nhanh:

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

2. Có thể điều khiển được hiện tượng phóng xạ bằng cách:

- Thay đổi tốc độ: Chất xúc tác (Một số chất có thể kích thích hoặc ức chế quá trình phân rã phóng xạ)

- Hướng di chuyển: từ trường ( có thể bẻ cong hướng đi của tia alpha và beta) và điện trường ( có thể làm nhanh hoặc chậm các tia alpha và beta)

Hoạt động 2: 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?

Giải nhanh:

- Nhận xét: số lượng phân rã tăng ở khoảng thời gian 5-10s sau đó khoảng thời gian từ 10-20s nó giảm rồi lại tăng tiếp ở khoảng thời gian 20-25s sau đó lại giảm.

- Không thể dự đoán chính xác thời điểm xảy ra và số lượng các phân rã phóng xạ. Bởi vì phân rã phóng xạ là một quá trình ngẫu nhiên, không theo quy luật nào cả.

Câu hỏi 1:

1. Hãy nếu các tính chất của tia phóng xạ .

2. Hãy viết phương trình phân rã  của hạt nhân

Giải nhanh:

1. Các tính chất của tia phóng xạ :

- Tia  làm ion hoá mạnh môi trường vật chất

- Có thể đi được khoảng vài cm trong không khí

- Dễ dàng bị tờ giấy dày 1mm chặn lại

- Có tốc độ khoảng 2.10⁷ m/s

2. Phương trình phân rã hạt nhân :

Câu hỏi 2: 

1. Hãy nêu các tính chất của phóng xạ 

2. Viết phương trình phân rã + và - tương ứng của các đồng vị và

Giải nhanh:

1. Các tính chất của phóng xạ :

- Gồm hai loại: phóng xạ -và +

- Có bản chất tương ứng là hạt electron và hạt positron phóng ra từ hạt nhân mẹ với tốc độ xấp xỉ tốc độ ánh sáng trong chân không.

- Tia  làm ion hoá môi trường vật chất ở mức trung bình

- Có thể xuyên qua tờ giấy khoảng 1mm

- Có thể bị chặn bởi tấm nhôm dày khoảng 1mm.

2. Phương trình phân rã -và + của :

Phương trình phân rã -:

Phương trình phân rã +:

Câu hỏi 3: 

1. Hãy nêu các tính chất của phóng xạ .

2. Technetium () là đồng vị phóng xạ , 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.

Giải nhanh:

1. Các tính chất của phóng xạ :

- Các tia  có năng lượng cao.

- Dễ dạng xuyên qua các vật liệu thông thường. VD: lớp bê tông dày hàng chục cm.

- Có bước sóng rất ngắn, cỡ nhỏ hơn 10^-11m.

- Có thể cản trở tia  người ta dùng vật liệu có mật độ vật chất lớn và bế dày lớn. VD: tấm chì dày

2. Phương trình phân rã của đồng vị Technetium: 

Hoạt động: 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 lí do tại sao các tia α,β và γ có khả năng đâm xuyên khác nhau.

Giải nhanh:

1. Hướng lệch của từng tia phóng xạ trong điện trường và trong từ trường ở Hình 23.3 vì:

- Trong điện trường: 

+ Tia alpha (α): Lệch về phía bản âm. Bởi vì tia α mang điện tích dương nên bị lực điện hút về phía bản âm. Mức độ lệch nhỏ do khối lượng tia α lớn.

+ Tia beta (β): Lệch về phía bản dương. Bởi vì tia β mang điện tích âm nên bị lực điện hút về phía bản dương. Mức độ lệch lớn hơn tia α do khối lượng tia β nhỏ hơn nhiều.

+ Tia gamma (γ): Không bị lệch. Bởi vì tia γ là sóng điện từ, không mang điện tích nên không bị ảnh hưởng bởi điện trường.

- Trong từ trường: 

+ Tia alpha (α): Lệch theo quỹ đạo tròn theo chiều ngược chiều kim đồng hồ. α lớn.

+ Tia beta (β): Lệch theo quỹ đạo tròn theo chiều cùng chiều kim đồng hồ. 

Tia gamma (γ): Không bị lệch. Bởi vì tia γ là sóng điện từ, không mang điện tích nên không bị ảnh hưởng bởi từ trường.

2. Khả năng đâm xuyên của các tia α,β và γ khác nhau vì: 

- Tia  có khả năng đâm xuyên nhỏ nhất là do khối lượng lớn dẫn đến dễ bị va chạm với các nguyên tử trong vật chất. 

- Tia β có khả năng đâm xuyên lớn hơn tia  là do khối lượng nhỏ dẫn đến ít bị va chạm với các nguyên tử trong vật chất hơn. 

- Tia  có khả năng đâm xuyên mạnh nhất là do không mang điện tích nên không bị tương tác với các điện tích trong vật chất. 

II.  ĐỊNH LUẬT PHÓNG XẠ. ĐỘ PHÓNG XẠ

Câu hỏi 1: 

1. Phát biểu định nghĩa chu kì bán rã?

2. Đồng vị phóng xạ 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 .

Giải nhanh:

1. Chu kì bán rã là thời gian cần thiết để phân rã phóng xạ một chất còn một nửa giá trị ban đầu.

2. Ta có: N là số hạt nhân còn lại sau thời gian t; N₀ là số hạt nhân ban đầu.

Chu kì bán rã của là: s

Câu hỏi 2:

1. Nêu ý nghĩa của hằng số phóng xạ.

2. Dược chất phóng xạ Flortaucipir ( chứa là đồng vị phóng xạ +) được tiêm vào bệnh nhân nhằm chụp ảnh bên trong cơ thể ( chụp ảnh PET – Bài 24). Biết có chu kì bán rã khảong 110 phút).

a) Sau khi tiêm bao lâu thì lượng 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 có trong mỗi mL dược chất tại thời điểm ban đầu và sau đó 1 ngày.

Giải nhanh:

1. Ý nghĩa hằng số phóng xạ là: hằng số phóng xạ là đại lượng đặc trưng cho khả năng phân rã của một đồng vị phóng xạ. Kí hiệu .

2. Sau khi tiêm bao lâu thì lượng giảm còn 10 % so với lúc đầu là:

phút.

Sau khi tiêm bao lâu thì lượng giảm còn 1 % so với lúc đầu là:

phút.

III.  ẢNH HƯỞNG CỦA TIA PHÓNG XẠ. BIỂN CẢNH  BÁO PHÓNG XẠ

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

a) các loại phơi nhiễm phóng xạ

b) biểu hiện khi bị phơi nhiệm phóng xạ.

c) cách phòng tránh nhiễm phóng xạ.

Giải nhanh:

a) Các loại phơi nhiễm phóng xạ là: 

- Phơi nhiễm bên ngoài: Do tiếp xúc với các nguồn phóng xạ bên ngoài cơ thể, như: y tế (X-quang, chụp PET, trị liệu ung thư bằng tia xạ); công nghiệp (Máy X-quang công nghiệp, lò phản ứng hạt nhân); thiên nhiên (Tia vũ trụ).

- Phơi nhiễm bên trong: Do tiếp xúc với các nguồn phóng xạ bên trong cơ thể, như: hít phải hoặc nuốt phải các chất phóng xạ;thực phẩm hoặc nước bị ô nhiễm bởi phóng xạ.

b) Biểu hiện khi bị phơi nhiễm phóng xạ:

- Biểu hiện cấp tính: Buồn nôn, nôn mửa, tiêu chảy, rụng tóc, mệt mỏi, suy nhược, nhiễm trùng, chảy máu, có thể gây tử vong (trong trường hợp phơi nhiễm liều lượng cao).

- Biểu hiện mãn tính: Ung thư, bệnh tim mạch, bệnh về hệ thống miễn dịch, di truyền sang thế hệ sau.

c) Các phòng tránh nhiễm phóng xạ:

- Hạn chế tiếp xúc: tránh xa các nguồn phóng xạ, hạn chế sử dụng các dịch vụ y tế sử dụng tia X, sử dụng các thiết bị bảo hộ khi tiếp xúc với tia phóng xạ.

- Kiểm soát liều lượng: tuân thủ các quy định về an toàn phóng xạ, sử dụng các thiết bị đo liều lượng phóng xạ.

- Thải bỏ an toàn: xử lý các chất thải phóng xạ theo quy định, không sử dụng các vật dụng bị ô nhiễm bởi phóng xạ.

Hoạt động 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?

Giải nhanh:

- Các địa điểm có nguy cơ phóng xạ là: nhà máy điện hạt nhân, phòng thí nghiệm, nghiên cứu, bệnh viện, kho chứa chất thải phóng xạ.

- Nếu gặp các biển cảnh báo đó em cần:  

+ Dừng lại, không tiến vào khu vực nguy hiểm.

+ Phải quan sát thật kĩ, đọc kĩ thông tin trên biển cảnh báo để biết mức độ nguy hiểm và các biện pháp phòng tránh.

+ Cần quay lại và đi theo hướng ngược lại, tránh xa khu vực nguy hiểm.

+ Thông báo cho lực lượng an ninh, cán bộ xã phường để có biện pháp phù hợp.

+ Tuân thủ các hướng dẫn và quy định về an toàn khi tiếp xúc với các khu vực có nguy cơ phóng xạ.

IV. NGUYÊN TẮC AN TOÀN PHÓNG XẠ

Hoạt động 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?

Giải nhanh:

- Nguyên tắc an toàn phóng xạ: 

•  Hạn chế thời gian tiếp xúc với nguồn phóng xạ, tăng khoảng cách với nguồn phóng xạ, sử dụng các thiết bị bảo hộ khi tiếp xúc với nguồn phóng xạ.
•  Kiểm soát liều lượng: theo dõi liều lượng phóng xạ tiếp nhận, giữ liều lượng tiếp nhận dưới mức cho phép, sử dụng các thiết bị đo liều lượng phóng xạ.
• Phòng ngừa sự cố: thiết kế và vận hành các cơ sở sử dụng phóng xạ an toàn, có những biện pháp thích hợp để phòng ngừa sự cố rò rỉ phóng xạ.
• Thải bỏ an toàn: cần phải xử lí chất thải phóng xạ thật cẩn thận và theo quy định, không sử dụng những đồ vật có nguy cơ hay bị nhiễm phóng xạ.
  • Vai trò tuân thủ quy tắc an toàn phóng xạ:
•  Bảo vệ sức khoẻ con người: Giảm thiểu các bệnh liên quan đến phóng xạ, phòng ngừa bệnh do phóng xạ gây ra như ung thư,…
•  Bảo vệ môi trường: xử lí phóng xạ theo quy định giúp ngăn ngừa sự ô nhiễm môi trường do phóng xạ, bảo vệ hệ sinh thái các loài động vật.
•  Đảm bảo an ninh quốc gia: phòng ngừa các hành vi khung bố sử dụng vật liệu phóng xạ làm ảnh hưởng đến cuộc sống con người.

Hoạt động 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?

Giải nhanh:

Người ta đã áp dụng nguyên tắc an toàn phóng xạ là: 

+ Hạn chế tiếp xúc: hầm cách li được xây dựng với các bức tường dày và cửa chắc chắn để ngăn chặn sự di chuyển của tia phóng xạ.

+ Kiểm soát liều lượng: hầm cách li được trang bị các thiết bị đo liều lượng để theo dõi mức độ phóng xạ trong khu vực.

+ Phòng ngừa sự cố: hầm cách li được trang bị các hệ thống an toàn như hệ thống thông gió, hệ thống báo và chữa cháy.

Em có thể: 

- Nêu được cách xác định niên đại của các di vật khảo cổ bằng phóng xạ.

- Biết cách phòng tránh khi thấy biển cảnh báo vị trí có phóng xạ nguy hiểm.

- Giải thích được tại sao chúng ta vẫn có thể tiếp xúc với các nguồn phóng xạ một cách an toàn.

Giải nhanh:

- Cách xác định niên đại của các di vật khảo cổ bằng phóng xạ hiện đại nhất bây giờ là: định tuổi bằng , có chu kì bán rã là 5730 năm. Chúng ta có thể thực hiện như sau: đo lượng có trong di vật cổ sau đó so sánh với lượng trong mẫu vật hiện đại rồi tính toán niên đại dựa vào công thức và chu kì bán rã.

- Biết cách phòng tránh khi thấy biển cảnh báo vị trí có phóng xạ nguy hiểm: +Dừng lại, không tiến vào khu vực nguy hiểm, quan sát thật kĩ, đọc kĩ thông tin trên biển cảnh báo để biết mức độ nguy hiểm và các biện pháp phòng tránh, 

+Tránh  xa khu vực nguy hiểm, thông báo cho lực lượng an ninh, cán bộ xã phường để có biện pháp phù hợp, tuân thủ các hướng dẫn và quy định về an toàn khi tiếp xúc với các khu vực có nguy cơ phóng xạ.

- Chúng ta vẫn có thể tiếp xúc với các nguồn phóng xạ một cách an toàn vì: có các nguyên tắc và quy định an toàn nghiêm ngặt ( Vd: giới hạn mức độ tiếp xúc, sử dụng các biện pháp bảo hộ,..); có nhiều nguồn phóng xạ có mức độ nguy hiểm thấp (Vd: tia X trong y tế, …)