Năm 1896 Béc-cơ-ren [Becquerel] tìm ra hiện tượng muối urani phát ra những tia có thể tác dụng lên kính ảnh và chứng minh được rằng đó không phải là hiện tượng phát tia Rơn-ghen hay hiện tượng lân quang. Ông đặt tên hiện tượng này là Phóng xạ.
Bạn đang xem: Công thức chu kì bán rã
Trong bài viết này chúng ta cùng tìm hiểu hiện tượng phóng xạ xảy ra như thế nào? nó chứng minh điều gì? Định luật phóng xạ phát biểu ra sao, Công thức tính Định luật phóng xạ và Chu kỳ bán rã được viết thế nào?
Từ phát hiện phóng xạ của Béc-cơ-ren, hai ông bà Pi-e Quy-ri [Curie] và Ma-ri Quy-ri lại tìm thêm được hai chất phóng xạ là pôlôni và rađi, trong đó rađi có tính phóng xạ mạnh hơn nhiều so với urani, sau đó người ta tìm ra hiện tượng phóng xạ nhân tạo.
I. Hiện tượng phóng xạ
1. Hiện tượng phóng xạ là gì?
- Định nghĩa: Phóng xạ là quá trình phân rã tự phát của một hạt nhân không bền vững [tự nhiên hay nhân tạo]. Quá trình phân rã này kèm theo sự tạo ra các hạt và có thể kèm theo sự phát ra các bức xạ điện từ. Hạt nhân tự phân rã gọi là hạt nhân mẹ, hạt nhân được tạo thành sau phân rã gọi là hạt nhân con.
2. Các dạng phóng xạ
a] Phóng xạ anpha α:
- Phản ứng phóng xạ α:
- Tia α là dòng hạt nhân
b] Phóng xạ beta trừ β-:
- Phản ứng phóng xạ β-:
- Phóng xạ β- là quá trình phát ra tia β-. Tia β- là dòng các electron []
c] Phóng xạ beta cộng β+:
- Phản ứng phóng xạ β+:
- Phóng xạ β+ là quá trình phát ra tia β+. Tia β+ là dòng các pôzitron []. Pô zitron có điện tích +e và khối lượng bằng khói lượng electron. Nó là phản hạt của electron.
- Các hạt và chuyển động với tốc độ xấp xỉ tốc độ ánh sáng, tạo thành các tia β- và β+. Các tia này có thể truyền được vài mét trong không khí và vài milimét trong kim loại.
d] Phóng xạ gamma γ:
- Một số hạt nhân con sau quá trình phóng xạ α hay β+, β- được tạo ra ở trạng thái kích thích chuyển về trạng thái có mức năng lượng thấp hơn và phát ra bức xạ γ, gọi là tia γ.
- Các tia γ đi được vài mét trong bêtông và vài xentimét trong chì.
II. Định luật phóng xạ
1. Đặc tính của quá trình phóng xạ
- Có bản chất là một quá trình biến đổi hạt nhân.
- Có tính tự phát và không điều khiển được [không phụ thuộc nhiệt độ, áp suất,...]
- Là một quá trình ngẫu nhiên [không có thời gian phân rã xác định].
2. Định luật phóng xạ
- Phát biểu định luật phóng xạ: Đặc trưng cho mỗi chất phóng xạ là thời gian T, gọi là chu kỳ bán rã. Cứ sau khoảng thời gian 1 chu kỳ bán rã T thì một nửa lượng chất phóng xạ đã bị phân rã biến thành chất khác.
- Công thức định luật phân rã phóng xạ: N = N0e-λt
Với
Suy ra số hạt nhân phân rã:
3. Chu kì bán rã
- Định nghĩa: Chu kì bán rã là thời gian qua đó số lượng các hạt nhân còn lại 50% [nghĩa là phân rã 50%].
Xem thêm: Soạn Hóa Học Lớp 8 Bài 2 Chất
- Công thức chu kỳ bán rã T:
- Dưới đây là bảng chu kỳ bán rã của một số chất phóng xạ:
III. Đồng vị phóng xạ nhân tạo
- Ngoài các đồng vị phóng xạ có sẵn trong tự nhiên, người ta cũng chế tạo được nhiều đồng vị phóng xạ, gọi là đồng vị phóng xạ nhân tạo.
1. Phóng xạ nhân tạo và phương pháp nguyên tử đánh dấu
- Người ta tạo ra các hạt nhân phóng xạ của các nguyên tố X bình thường không phải là chất phóng xạ theo sơ đồ tổng quát sau :
-
- Phương pháp nguyên tử đánh dấu có nhiều ứng dụng quan trọng trong sinh học, hóa học, y học,... Trong y học người ta đưa các đồng vị khác nhau vào cơ thể để theo dõi sự xâm nhập và di chuyển của nguyên tố nhất định trong cơ thể người để theo dõi tình trạng bệnh lý.
2. Đồng vị 14C , đồng hồ của Trái Đất
-
- Bằng cách so sánh độ phóng xạ của mẫu cây tươi và mẫu cây đã chết cùng loại và cùng khối lượng ta có thể xác định được thời gian từ lúc cây ấy chết cho đến nay. Điều này được ứng dụng trong ngành khảo cổ học để xác định niên đại của các cổ vật.
- Đơn vị của độ phóng xạ là becơren [Bq] và curi [Ci]: 1Bq = 1 phân rã/s.
IV. Bài tập vận dụng định luật phóng xạ và chu kỳ bán rã
* Bài 1 trang 194 SGK Vật Lý 12: Một hạt nhân
° Lời giải bài 1 trang 194 SGK Vật Lý 12:
- Ta có bảng sau:
| Phóng xạ | Z | A | ||
| Thay đổi | Không đổi | Thay đổi | Không đổi | |
| α | Giảm 2 | Giảm 4 | ||
| β- | Tăng 1 | x | ||
| β+ | Giảm 1 | x | ||
| γ | x | x |
* Bài 2 trang 194 SGK Vật Lý 12: Chọn câu đúng. Quá trình phóng xạ hạt nhân.
A. thu năng lượng
B. tỏa năng lượng
C. không thu, không tỏa năng lượng
D. có trường hợp thu, có trường hợp tỏa năng lượng.
° Lời giải bài 2 trang 194 SGK Vật Lý 12:
◊ Chọn đáp án: B. tỏa năng lượng
- Quá trình phóng xạ hạt nhân tỏa năng lượng. Trong phản ứng toả năng lượng các hạt sinh ra có độ hụt khối lớn hơn nên bền vững hơn. Các hiện tượng: phóng xạ, phân hạch, nhiệt hạch luôn là phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng.
* Bài 3 trang 194 SGK Vật Lý 12: Trong số các tia: α, β-, β+, γ tia nào đâm xuyên mạnh nhất? Tia nào đâm xuyên yếu nhất?
° Lời giải bài 3 trang 194 SGK Vật Lý 12:
- Khả năng đâm xuyên tia γ là mạnh nhất vì bước sóng ngắn nhất, năng lượng lớn nhất.
- Khả năng đâm xuyên tia α là yếu nhất vì bước sóng dài nhất, năng lượng nhỏ nhất.
Xem thêm: Phân Biệt Sắt Và Thép Khác Nhau Như Thế Nào ? Phân Biệt Sắt Và Thép
* Bài 4 trang 194 SGK Vật Lý 12: Quá trình phóng xạ nào không có sự thay đổi cấu tạo hạt nhân?
A. Phóng xạ α B. Phóng xạ β-
C. Phóng xạ β+ D. Phóng xạ γ
° Lời giải bài 4 trang 194 SGK Vật Lý 12:
◊ Chọn đáp án: D. Phóng xạ γ
a] Phóng xạ α:
- Hạt nhân con ở vị trí lùi hai ô so với hạt nhân mẹ
b] Phóng xạ β-:
- Hạt nhân con ở vị trí tiến một ô so với hạt nhân mẹ
c] Phóng xạ β+:
- Hạt nhân con ở vị trí lùi một ô so với hạt nhân mẹ
d] Phóng xạ γ
- Tia γ có bản chất là sóng điện từ nên không có sự biến đổi hạt nhân.
* Bài 5 trang 194 SGK Vật Lý 12: Hãy chọn câu đúng. Trong quá trình phóng xạ, số lượng hạt phân hủy giảm đi vào thời gian t theo quy luật
Với Công thức, Cách tính chu kì phóng xạ hay, chi tiết Vật Lí lớp 12 gồm đầy đủ phương pháp giải, ví dụ minh họa và bài tập trắc nghiệm có lời giải chi tiết sẽ giúp học sinh ôn tập, biết cách làm dạng bài tập Công thức, Cách tính chu kì phóng xạ từ đó đạt điểm cao trong bài thi môn Vật Lí lớp 12.
Dựa vào định luật phóng xạ để tìm chu kì bán rã
Tương tự với độ phóng xạ thì cũng tìm ra được chu kì bán rã như trên
Câu 1:Một lượng chất phóng xạ sau 12 năm thì còn lại 1/16 khối lượng ban đầu của nó. Chu kì bán rã của chất đó là
A. 3 năm
B. 4,5 năm
C. 9 năm
D. 48 năm
Lời giải:
Hướng dẫn :
Đáp án A
Câu 2:Sau thời gian t, độ phóng xạ của một chất phóng xạ β- giảm 128 lần. Chu kì bán rã của chất phóng xạ đó là
Lời giải:
Hướng dẫn :
Đáp án C
Câu 3:Sau khoảng thời gian 1 ngày đêm 87,5% khối lượng ban đầu của một chất phóng xạ bị phân rã thành chất khác. Chu kì bán rã của chất phóng xạ đó là
A. 12 giờ.
B. 8 giờ.
C. 6 giờ.
D. 4 giờ.
Lời giải:
Hướng dẫn :
Đáp án B
Câu 4:Trong khoảng thời gian 4h có 75% số hạt nhân ban đầu của một đồng vị phóng xạ bị phân rã. Chu kì bán rã của đồng vị đó là:
A. 1h
B. 3h
C. 4h
D. 2h
Lời giải:
Hướng dẫn :
Đáp án D
Câu 5:Đồng vị Cacbon
A. 6000 năm
B. 5600 năm
C. 7200 năm
D. 2600 năm
Lời giải:
Hướng dẫn :
Đáp án B
Câu 6:Ban đầu [t = 0] có một mẫu chất phóng xạ X nguyên chất. Ở thời điểm t1 mẫu chất phóng xạ X còn lại 20% hạt nhân chưa bị phân rã. Đến thời điểm t2 = t1 + 100 [s] số hạt nhân X chưa bị phân rã chỉ còn 5% so với số hạt nhân ban đầu. Chu kì bán rã của chất phóng xạ đó là
A. 50 s.
B. 25 s.
C. 400 s.
D. 200 s.
Lời giải:
Hướng dẫn :
Đáp án A
Câu 7:Ban đầu có một mẫu Po210 nguyên chất có khối lượng 1 [g]. Cứ mỗi hạt khi phân rã tạo thành 1 hạt α. Biết rằng sau 365 ngày nó tạo ra 89,6 [cm3] khí Hêli ở [đktc]. Chu kì bán rã của Po là
A. 138 ngày.
B. 136 ngày.
C. 137 ngày.
D. 139 ngày.
Lời giải:
Hướng dẫn :
Đáp án A
Câu 8:Một mẫu U238 có khối lượng 1 [g] phát ra 12400 hạt anpha trong một giây. Tìm chu kì bán rã của đồng vị này. Coi một năm có 365 ngày, số avogadro là 6,023.1023.
A. 4,4 [tỉ năm].
B. 4,5 [tỉ năm].
C. 4,6 [tỉ năm].
D. 0,45 [tỉ năm].
Lời giải:
Hướng dẫn :
Đáp án B
Câu 9:Một đồng vị phóng xạ A lúc đầu có 2,86.1026 hạt nhân. Trong giờ đầu tiên có 2,29.1025 hạt bị phân rã. Chu kì bán rã đồng vị A là
A. 8 giờ 30 phút
B. 8 giờ 15 phút
C. 8 giờ
D. 8 giờ 18 phút
Lời giải:
Hướng dẫn :
Đáp án D
Câu 10:Ban đầu có một mẫu 210 Po nguyên chất có khối lượng 1[g]. Cứ mỗi hạt khi phân rã tạo thành 1 hạt α. Biết rằng sau 365 ngày nó tạo ra 89,6 cm3 khí Heli ở điều kiện tiêu chuẩn. Chu kì bán rã của Po là
A. 138,3 ngày
B. 138,2 ngày
C. 138,1 ngày
D. 138,0 ngày
Lời giải:
Hướng dẫn :
Đáp án C