Hiện tượng phóng xạ

Cần nhớ

• ✦Hạt nhân không bền tự phát biến đổi và phát ra tia phóng xạ. Đó là quá trình tự phát, ngẫu nhiên, không phụ thuộc nhiệt độ, áp suất hay hợp chất hoá học: nung nóng hay nén mạnh cũng không làm nó nhanh lên hay chậm đi.
• ✦Không ai đoán được một hạt nhân cụ thể rã lúc nào, nhưng với rất nhiều hạt nhân thì số hạt rã tuân theo quy luật chặt chẽ. Trên sim, bấm "Làm lại": hạt rã trước, rã sau khác nhau mà đường N(t) vẫn bám sát đường lí thuyết.
• ✦Chu kì bán rã T là thời gian để một nửa số hạt nhân ban đầu phân rã. T chỉ phụ thuộc bản chất hạt nhân: I-131 có T = 8,0 ngày, Co-60 là 5,27 năm, C-14 là 5730 năm.
• ✦Định luật phóng xạ: N = N₀·2^(−t/T) = N₀·e^(−λt), trong đó λ = ln 2/T ≈ 0,693/T là hằng số phóng xạ. Sau n chu kì (n = t/T) còn N₀/2ⁿ.
• ✦Số hạt đã phân rã ΔN = N₀ − N = N₀(1 − 2^(−t/T)). Đường N(t) tiến dần về 0 nhưng không bao giờ chạm 0: sau 2T còn ¼, chưa hết.

Cần nhớ

• ✦Độ phóng xạ H là số phân rã trong 1 giây. Đơn vị becquerel (Bq): 1 Bq = 1 phân rã/s (1 MBq = 10⁶ Bq).
• ✦H = λN (λ tính bằng s⁻¹, N là số hạt nhân còn lại). H tỉ lệ với N nên giảm theo cùng quy luật: H = H₀·2^(−t/T).
• ✦Tính λ phải đổi T sang giây. I-131: T = 8,0 ngày = 6,91·10⁵ s ⇒ λ = 0,6936,91·10⁵ ≈ 1,0·10⁻⁶ s⁻¹.
• ✦Số hạt nhân từ khối lượng: N = m·N_A/A, với m (gam), A là khối lượng mol xấp xỉ số khối (g/mol), N_A = 6,02·10²³ mol⁻¹.
• ✦Máy đếm Geiger–Müller đếm xung (xấp xỉ số phân rã tới đầu dò) trong khoảng thời gian đo. Số xung càng ít thì sai số ngẫu nhiên (cỡ √số xung) càng lớn, nên phải đếm đủ lâu.

Cần nhớ

• ✦Phương trình phóng xạ bảo toàn số khối A và điện tích Z: tổng A và tổng Z hai vế bằng nhau.
• ✦α là hạt nhân ${}_2^4\text{He}$: ví dụ ${}_{84}^{210}\text{Po}$ → ${}_2^4\text{He}$ + ${}_{82}^{206}\text{Pb}$ (A: 210 = 4 + 206; Z: 84 = 2 + 82).
• ✦β⁻ do một neutron biến thành proton: ${}_6^{14}\text{C}$ → ${}_7^{14}\text{N}$ + ${}_{-1}^{0}e$ (kèm phản nơtrinô, không mang điện nên bỏ qua khi cân A, Z).
• ✦Ion hoá chất khí: α mạnh nhất, γ yếu nhất; đâm xuyên thì ngược lại. Tia γ thường đi kèm α hoặc β khi hạt nhân con còn ở trạng thái kích thích.
• ✦Độ lệch trong điện trường: β lệch mạnh hơn α nhiều vì electron nhẹ hơn hạt α khoảng 7300 lần; β⁻ và β⁺ lệch ngược nhau.

Cần nhớ

• ✦Sinh vật còn sống luôn trao đổi carbon với môi trường nên tỉ lệ đồng vị phóng xạ C-14 (T = 5730 năm) so với C-12 gần như không đổi. Chết rồi thì ngừng hấp thụ, C-14 trong xác chỉ còn giảm theo định luật phóng xạ.
• ✦So độ phóng xạ C-14 của mẫu cổ H với mẫu sống cùng khối lượng H₀: t = T·log₂(H₀/H) = (T/ln 2)·ln(H₀/H).
• ✦Nếu H = H₀/2ⁿ thì t = n·T. Ví dụ H/H₀ = 25 % ⇒ n = 2 ⇒ t = 11 460 năm.
• ✦Dùng được cho mẫu từ vài trăm đến khoảng 50 000 năm (cỡ 9 chu kì; lâu hơn thì C-14 còn quá ít để đo). Đá hàng triệu năm thì dùng đồng vị có T dài hơn nhiều, như U-238 (4,47·10⁹ năm).
• ✦Phép định tuổi dựa vào việc T không đổi theo điều kiện bên ngoài — đó là lí do phóng xạ làm được "đồng hồ".

• ✦🪵 Định tuổi di vật bằng C-14: gỗ, xương, vải cổ dưới 50 000 năm được đo độ phóng xạ rồi tính tuổi bằng t = T·log₂(H₀/H).
• ✦🩺 Y học hạt nhân chọn đồng vị có T ngắn: Tc-99m (T = 6,0 giờ) tiêm vào cơ thể để chụp ảnh, vài ngày sau gần như hết phóng xạ; I-131 (8,0 ngày) chữa bệnh tuyến giáp.
• ✦🚨 Máy báo khói có một chút Am-241 phát tia α (T = 432 năm): khói che khe không khí ion hoá làm đổi dòng điện và báo động. Tia α yếu nên đặt trong hộp là an toàn.
• ✦☢️ Chất thải phóng xạ phải cất giữ hàng nghìn năm vì T dài: Pu-239 có T = 24 100 năm, nên phải rất lâu mới giảm tới mức đủ an toàn.
• ✦🍌 Chuối, hạt điều chứa K-40 (T = 1,25·10⁹ năm): phóng xạ rất yếu và T cực dài nên ăn vô hại.

📏 Kiểm tra đơn vị và độ lớn

• ✦λ của chất có T cỡ ngày là cỡ 10⁻⁶ s⁻¹; Co-60 (T = 5,27 năm) cỡ 4·10⁻⁹ s⁻¹; C-14 cỡ 4·10⁻¹² s⁻¹. T càng dài thì λ càng nhỏ.
• ✦Tỉ lệ còn lại luôn nằm trong khoảng 0 đến 100 % và giảm khi t tăng; đã phân rã thì tăng.
• ✦1 g radi-226 có H ≈ 3,7·10¹⁰ Bq (1 curie). Mẫu thí nghiệm ở trường học thường chỉ cỡ kBq đến MBq.
• ✦Tổng A hai vế bằng nhau và tổng Z hai vế bằng nhau: kiểm tra trước khi chốt tên hạt nhân con.