Giải SGK Vật Lí 12 Chân trời sáng tạo Bài 17: Hiện tượng phóng xạ

Mở đầu: 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 là gì và có những loại phóng xạ nào?

Lời giải:

- Hiện tượng phóng xạ là quá trình tự phát và ngẫu nhiên, không phụ thuộc vào các yếu tố bên ngoài như nhiệt độ, áp suất, … Có các loại phóng xạ như phóng xạ α, β, γ.

1. Hiện tượng phóng xạ

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

Lời giải:

* 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 các tính chất vật lí của hạt electron và positron

Lời giải:

- Hạt electron và positron có cùng khối lượng, cùng độ lớn điện tích nhưng positron mang điện tích 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 β+ lệch nhiều hơn tia α

Lời giải:

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

- Tia β- lệch về phía bản dương do mang điện tích âm;

- Tia β+ và tia α lệch về phía bản âm do mang điện tích dương;

- Tia γ không lệch hướng do không mang điện tích.

- Tia β+ lệch nhiều hơn tia α vì: tia α là hạt nhân nguyên tử ${}_2^{4}He$, có khối lượng nặng hơn nhiều so với hạt β+.

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

Lời giải:

* 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. 

* 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.

Lời giải:

Thời điểm T, số hạt của chất phóng xạ còn một nửa.

Thời điểm 2T, số hạt của chất phóng xạ còn một phần tư.

Thời điểm 3T, số hạt của chất phóng xạ còn một phần tám.

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

Lời giải:

năm-1 (hoặc s-1, phút-1,...)

Thảo luận 6: Tính độ phóng xạ của một mẫu ${}_{19}^{38}K$ biết khối lượng của mẫu chất đó tại thời điểm đang xét là 10 g. Cho chu kì bán rã của ${}_{19}^{38}K$ là 7,64 phút.

Lời giải:

Độ phóng xạ: $H_0=\lambda N_0=\frac{\ln 2}{T}.\frac{m}{M}.N_A=\frac{\ln 2}{7,64.60}.\frac{10}{38}.6,{02.10}^{23}=2,{4.10}^{20}Bq$

Luyện tập: Tính hằng số phóng xạ của các đồng vị phóng xạ trong Bảng 17.1.

Lời giải:

Vận dụng: Trình bày sơ lược về việc ứng dụng định luật phóng xạ để xác định tuổi của mẫu vật

Lời giải:

Việc xác định tuổi của mẫu vật bằng định luật phóng xạ có nhiều ứng dụng quan trọng trong các lĩnh vực như:

- Khảo cổ học: Xác định tuổi của các di vật khảo cổ, such as đồ gốm, công cụ đá, hóa thạch.

- Địa chất học: Xác định tuổi của các loại đá và khoáng chất, nghiên cứu lịch sử địa chất Trái Đất.

- Sinh học: Xác định tuổi của các mẫu vật sinh học, nghiên cứu quá trình tiến hóa.

- Khoa học pháp y: Xác định tuổi của các thi thể, hỗ trợ điều tra phá án.

* Hạn chế:

Việc xác định tuổi của mẫu vật bằng định luật phóng xạ cũng có một số hạn chế

- Độ chính xác của phương pháp phụ thuộc vào độ chính xác của các phép đo lường và sự hiểu biết về hằng số phóng xạ của đồng vị phóng xạ được sử dụng.

- Phương pháp này chỉ áp dụng cho các mẫu vật có chứa đồng vị phóng xạ có chu kỳ bán rã phù hợp.

- Một số yếu tố môi trường có thể ảnh hưởng đến kết quả đo lường, ví dụ sự ô nhiễm phóng xạ.

Bài tập

Bài tập 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.

Lời giải:

Đáp án: B

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

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

A. tia α.

B. tia β+.

C. tia β-.

D. tia γ.

Đáp án: D

Tia có khả năng đâm xuyên mạnh nhất là tia γ.

Bài tập 3: Xác định các hạt nhân ${}_Z^{A}X$ trong các phương trình phân rã sau:

Lời giải: