Đáp án Vật lí 12 chân trời Bài 17: Hiện tượng phóng xạ

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?

Hướng dẫn 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.

Hiện tượng phóng xạ có:

+ Tính tự phát

+ Tính ngẫu nhiên

Các loại phóng xạ có 3 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

Hướng dẫn 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 hạch có thể tạo ra phản ứng dây chuyền còn sự phóng xạ α không thể tạo ra phản ứng dây chuyền.

- Năng lượng tạo ra từ phản ứng phân hạch rất lớn so với năng lượng phóng xạ.

- Các hạt tạo ra từ phản ứng phân hạch có cùng một cỡ khối lượng.

2. BẢN CHẤT CỦA CÁC TIA PHÓNG XẠ

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

Hướng dẫn chi tiết:

* Khác nhau:

Hạt positron: 

+ Kí hiệu:  

+ Mang điện tích nguyên tố dương.

Hạt electron:

+ Kí hiệu:

+ Mang điện tích âm

* Giống nhau: có cùng khối lượng, có cùng độ lớn điện tích

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 .

Hướng dẫn chi tiết:

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

- Tia mang điện tích dương nên bị lệch về phía bản âm của điện trường

- 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 nặng hơn nhiêu so với hạt ⁺.

+ Điện tích của hạt alpha bằng hai lần điện tích của hạt electron. Vì vậy tia alpha bị lực điện tác dụng mạnh hơn so với tia beta

+ Vận tốc của tia alpha nhỏ hơn vận tốc của tia beta

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

Hướng dẫn 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.

* Trong khoa học: Dùng để tia nghiên cứu hoa học, gôm nghiên cứu vật lí hạt nhân, hoá học, sinh học và y học. Tia gamma được sử dụng để xác định niên đại của các đồ tạo tác khảo cổ.

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.

Hướng dẫn 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.

Hướng dẫn chi tiết:

Đơn vị của hằng số phóng xạ trong hệ SI là:

năm^-1 (hoặc s^-1, phút^-1,...)

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.

Hướng dẫn chi tiết:

Theo đề bài ta có: m = 10g, T = 7,64 phút

Độ phóng xạ của ₁₉³⁸K là: 

H =

= 2,4.10²⁰ (Bq)

Vậy độ phóng xạ của một mẫu ₁₉³⁸K là 2,4.10²⁰ Bq

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.

Hướng dẫn chi tiết:

Đáp án B là chính xác.

Bởi vì: 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.

2. Tia có khả năng đâm xuyên mạnh nhất là

A. tia                                              B. tia ⁺

C. tia ^-                                             D. tia

Hướng dẫn chi tiết:

Đáp án D là chính xác.

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 .

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 +

Hướng dẫn chi tiết:

a) ₉₂²³⁸U → ₉₀²³⁴Th + ₂⁴He

Vậy hạt nhân cần xác định là ₉₀²³⁴Th

b) ₈₄²¹⁰Po → ₈₂²⁰⁶Pb + ₂⁴He

Vậy hạt nhân cần xác định là ₈₂²⁰⁶Pb

c) ₅₈¹³²Ce → ₅₇¹³²La + ₁⁰e + v_e   

Vậy hạt nhân cần xác định là ₅₇¹³²La   

d) ₅₄¹³⁵Xe → ₅₅¹³⁵Cs + _-1⁰e +

Vậy hạt nhân cần xác định là ₅₅¹³⁵Cs 

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.

Hướng dẫn chi tiết:

Số hạt nhân phóng xạ còn lại là:

 N_t = N₀. 5.10¹².= 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)

Vậy số hạt nhân phóng xạ đã phân rã là: 4,75.10¹² hạt

Độ phóng xạ sau 30 giây kể từ lúc ban đầu là 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.

Hướng dẫn chi tiết:

Tuổi của một mẫu gỗ hoá thạch là:

Vậy  tuổi của mẫu gỗ trên là 3819,5 năm