Hiện Tượng Phóng Xạ
Hiện tượng phóng xạ, các tia $\alpha$, $\beta$, $\gamma$, định luật phóng xạ, chu kì bán rã, độ phóng xạ và ứng dụng định tuổi bằng carbon-14
▸ Lịch sử phát hiện
Năm 1896, Becquerel phát hiện muối uranium tự phát ra bức xạ. Năm 1898, vợ chồng Curie tìm ra hai nguyên tố phóng xạ mới là Polonium (Po) và Radium (Ra).
| Thuật ngữ | Định nghĩa |
|---|---|
| Phân rã phóng xạ | Quá trình biến đổi hạt nhân trong hiện tượng phóng xạ |
| Hạt nhân mẹ | Hạt nhân không bền vững, tự phân rã |
| Hạt nhân con | Hạt nhân tạo thành sau phân rã, bền vững hơn |
▸ Tính chất của hiện tượng phóng xạ
| Tính chất | Mô tả |
|---|---|
| Tự phát | Xảy ra tự nhiên, không cần kích thích từ bên ngoài |
| Không điều khiển được | Không thể làm tăng, giảm hay dừng quá trình phóng xạ |
| Không phụ thuộc bên ngoài | Nhiệt độ, áp suất, điện trường, từ trường không ảnh hưởng |
| Ngẫu nhiên | Không thể dự đoán chính xác thời điểm và số lượng phân rã |
▸ Phóng xạ alpha (α)
Tia $\alpha$ là hạt nhân $^4_2\text{He}$ phóng ra từ hạt nhân mẹ. Ion hoá mạnh, đâm xuyên yếu (bị chặn bởi tờ giấy dày $1$ mm). Phương trình tổng quát:
VD: $^{238}_{92}\text{U} \rightarrow ^{234}_{90}\text{Th} + ^4_2\text{He}$. Hạt con: số khối giảm $4$, số proton giảm $2$ (lùi $2$ ô).
▸ Phóng xạ beta trừ (β⁻)
Tia $\beta^-$ là electron $^0_{-1}\text{e}$ phóng ra từ hạt nhân (một neutron biến thành proton). Phương trình tổng quát:
VD: $^{90}_{38}\text{Sr} \rightarrow ^{90}_{39}\text{Y} + ^0_{-1}\text{e} + \bar{\nu}_e$. Hạt con: số khối không đổi, số proton tăng $1$ (tiến $1$ ô).
▸ Phóng xạ beta cộng (β⁺)
Tia $\beta^+$ là positron $^0_{+1}\text{e}$ phóng ra từ hạt nhân (một proton biến thành neutron). Phương trình tổng quát:
VD: $^{22}_{11}\text{Na} \rightarrow ^{22}_{10}\text{Ne} + ^0_{+1}\text{e} + \nu_e$. Hạt con: số khối không đổi, số proton giảm $1$ (lùi $1$ ô).
▸ Phóng xạ gamma (γ)
Tia $\gamma$ là sóng điện từ có bước sóng rất ngắn ($\lambda < 10^{-11}$ m), tức photon năng lượng cao. Không mang điện, không làm biến đổi hạt nhân, chỉ đưa hạt nhân từ trạng thái kích thích về cơ bản, thường đi kèm phóng xạ $\alpha$ hoặc $\beta$.
VD: $^{99m}_{43}\text{Tc} \rightarrow ^{99}_{43}\text{Tc} + \gamma$ (chữ "m" = trạng thái kích thích).
▸ Khả năng đâm xuyên
| Tia | Bị chặn bởi |
|---|---|
| $\alpha$ | Tờ giấy dày $1$ mm |
| $\beta$ | Tấm nhôm vài mm |
| $\gamma$ | Tấm chì dày hoặc bê tông |
▸ Sự lệch trong điện trường, từ trường
Tia $\gamma$ không mang điện nên không lệch; tia $\alpha$ ($+$) và $\beta^+$ ($+$) lệch về một phía, tia $\beta^-$ ($-$) lệch về phía ngược lại.
▸ Bảng tổng hợp
| Đặc điểm | $\alpha$ | $\beta^-$ | $\beta^+$ | $\gamma$ |
|---|---|---|---|---|
| Bản chất | $^4_2\text{He}$ | $^0_{-1}\text{e}$ | $^0_{+1}\text{e}$ | Sóng ĐT |
| Điện tích | $+2e$ | $-e$ | $+e$ | $0$ |
| Ion hoá | Mạnh nhất | TB | TB | Yếu nhất |
| Đâm xuyên | Yếu nhất | TB | TB | Mạnh nhất |
| Biến đổi $A$ | $-4$ | $0$ | $0$ | $0$ |
| Biến đổi $Z$ | $-2$ | $+1$ | $-1$ | $0$ |
Trong quá trình phân rã, số hạt nhân chất phóng xạ còn lại giảm theo thời gian theo hàm số mũ.
| Kí hiệu | Ý nghĩa |
|---|---|
| $N_0$ | Số hạt nhân ban đầu (tại $t = 0$) |
| $N$ | Số hạt nhân còn lại tại thời điểm $t$ |
| $\lambda$ | Hằng số phóng xạ (s⁻¹) |
| $T$ | Chu kì bán rã (s) |
| $n = \dfrac{t}{T}$ | Số chu kì bán rã |
▸ Khối lượng & số hạt đã phân rã
▸ Liên hệ với hằng số phóng xạ
▸ Ý nghĩa của chu kì bán rã
| Thời gian | Còn lại | Tỉ lệ |
|---|---|---|
| $t = 0$ | $N_0$ | $100\%$ |
| $t = T$ | $\dfrac{N_0}{2}$ | $50\%$ |
| $t = 2T$ | $\dfrac{N_0}{4}$ | $25\%$ |
| $t = 3T$ | $\dfrac{N_0}{8}$ | $12{,}5\%$ |
| $t = nT$ | $\dfrac{N_0}{2^{\,n}}$ | $\dfrac{100\%}{2^{\,n}}$ |
| Đơn vị | Giá trị |
|---|---|
| Becquerel (Bq) | $1$ Bq $= 1$ phân rã/giây |
| Curie (Ci) | $1$ Ci $= 3{,}7 \times 10^{10}$ Bq |
▸ Định tuổi bằng carbon-14
Đồng vị $^{14}_6\text{C}$ (chu kì bán rã $T = 5730$ năm, phân rã $\beta^-$) có tỉ lệ không đổi trong khí quyển và sinh vật sống. Khi sinh vật chết, lượng $^{14}\text{C}$ giảm dần theo định luật phóng xạ. Đo độ phóng xạ của mẫu vật cho phép xác định tuổi:
▸ Công thức cần nhớ
| Công thức | Ý nghĩa |
|---|---|
| $N = \dfrac{N_0}{2^{\,n}}$, $n = \dfrac{t}{T}$ | Số hạt còn lại |
| $\Delta N = N_0\left(1 - \dfrac{1}{2^{\,n}}\right)$ | Số hạt đã phân rã |
| $\lambda = \dfrac{0{,}693}{T}$ | Hằng số phóng xạ |
| $H = \lambda N$ | Độ phóng xạ |
| $t = \dfrac{T}{\ln 2}\ln\dfrac{H_0}{H}$ | Tuổi mẫu vật |
▸ Ba nguyên tắc an toàn phóng xạ (3K)
| Nguyên tắc | Nội dung |
|---|---|
| Khoảng cách | Giữ khoảng cách đủ xa nguồn (tăng gấp đôi khoảng cách → liều giảm $4$ lần) |
| Khe chắn (che chắn) | Dùng tấm chắn càng dày, khối lượng riêng càng lớn càng tốt |
| Không lâu (thời gian) | Giảm thiểu thời gian phơi nhiễm |
▸ Lỗi sai thường gặp
| ❌ Sai | ✅ Đúng |
|---|---|
| Có thể điều khiển phóng xạ bằng nhiệt độ | Phóng xạ không phụ thuộc yếu tố bên ngoài |
| Tia $\gamma$ ion hoá mạnh nhất | Tia $\alpha$ ion hoá mạnh nhất |
| Tia $\alpha$ đâm xuyên mạnh nhất | Tia $\gamma$ đâm xuyên mạnh nhất |
| Sau $3T$ còn $\dfrac{1}{6}$ số hạt | Sau $3T$ còn $\dfrac{1}{8}$ số hạt |
| $\beta^-$ và $\beta^+$ đều là electron | $\beta^-$ là electron, $\beta^+$ là positron |
| $\lambda = \dfrac{T}{\ln 2}$ | $\lambda = \dfrac{\ln 2}{T}$ |
Sơ đồ tư duy, bảng tóm tắt công thức, các mẹo ghi nhớ và lỗi sai thường gặp.
Đã nắm vững lý thuyết, các em chuyển sang tab Bài Tập để luyện 28 câu bám sát SGK nhé!
Cùng luyện Bài 23 – Hiện tượng phóng xạ!
28 câu: 22 trắc nghiệm · 2 đúng/sai · 4 tự luận
Tuyệt vời!

Thầy Phạm Trần Quốc Anh
(Người kiểm duyệt, ra đề)
Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Vật Lý THPT
Trình độ: Cử nhân Sư phạm Vật lý, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ STEM, Ngoại ngữ B1
Kinh nghiệm: 9+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Lê Quí Đôn
