Tài liệu ôn tập về Đồng vị phóng xạ nhân tạo và các ứng dụng của đồng vị phóng xạ

ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ NHÂN TẠO VÀ CÁC ỨNG DỤNG CỦA ĐỒNG VỊ

Ngoài các đồng vị phóng xạ có sẵn trong thiên nhiên, gọi là đồng vị phóng xạ tự nhiên, người ta cũng đã chế tạo được nhiều đồng vị phóng xạ, gọi là đồng vị phóng xạ nhân tạo.

Năm 1934, hai ông bà Giô−li−ô Quy−ri dùng hạt α bắn phá một lá nhôm,  β+

\(\begin{array}{l} _2^4\alpha + _{13}^{27}Al \to _{15}^{30}P + _0^1n;\,\,\\ \,_{15}^{30}P \to _{14}^{30}Si + _1^0e + _0^0v \end{array}\)

Từ đó đến nay, người ta đã tạo ra được hàng nghìn đồng vị phóng xạ nhân tạo nhờ các phản ứng hạt nhân.

Chú ý:

+ Phản ứng hạt nhân phổ biến nhất là phản ứng trong đó có một hạt nhẹ A (gọi là đạn) tương tác với hạt nhân B (gọi là bia) và sản phẩm cũng là một hạt nhẹ D và một hạt nhân C:

A + B→ C + D (3)

Các hạt C và D có thể là nuclôn, phôtôn...

+ Có những phả ứng hạt nhân xảy ra trong thiên nhiên. Chẳng hạn, do tác dụng của các tia vũ trụ, ở các tầng thấp của khí quyển Trái Đất có một lượng nhỏ cacbon phóng xạ 14C được tạo ra ( \(_0^1n + _7^{14}N \to _6^{14}C + _1^1H\) ).

+ Phôtpho trong thiên nhiên là đồng vị bền P31. Phôtpho còn một đồng vị phóng xạ nữa là P32 phóng xạ ( β- ).

+ Bằng phản ứng hạt nhân nhân tạo người ta đã kéo dài bảng tuần hoàn Menđeleep và tạo ra các nguyên tố vượt urani có Z > 92.

Tất cả các nguyên tố này đều là nguyên tố phóng xạ, trong đó quan trọng nhất là chất plutôni, Z = 94, vì là nhiên liệu hạt nhân.

Các đồng vị phóng xạ tự nhiên hoặc nhân tạo có những ứng dụng rất đa dạng,

a. Phương pháp nguyên tử đánh dấu

+ Trước hết, phải kể đến ứng dụng của chúng trong Y học, sinh học, hóa học... Người ta đưa các đồng vị phóng xạ khác nhau vào trong cơ thể để theo dõi sự thâm nhập và di chuyển của các nguyên tố nhất định ở trong cơ thể người chúng được gọi là nguyên tử đánh dấu ; ta sẽ nhận diện được chúng nhờ các thiết bị ghi bức xạ.

Nhờ phương pháp nguyên tử đánh dấu, người ta có thể biết được chính xác nhu cầu với các nguyên tố khác nhau của cơ thể trong từng thời kì phát triển của nó và tình trạng bệnh lí của các bộ phận khác nhau của cơ thể, khi thừa hoặc thiếu những nguyên tố nào đó.

+ Muốn theo dõi sự dịch chuyển của chất lân trong một cái cây, người ta cho một ít lân phóng xạ P32 vào phân lân thường P31.

Về mặt sinh lí thực vật thì hai đồng vị này tương đương vì có vỏ điện tử giống nhau, nhưng đồng vị P32 là chất phóng xạ β- nên ta dễ dàng theo dõi sự dịch chuyển của nó, cũng là của chất lân nói chung. Đó cũng là phương pháp các nguyên tử đánh dấu được dùng rộng rãi trong sinh học.

b. Đồng vị C14, đồng hồ Trái Đất

+ Các nhà khảo cổ học đã sử dụng phương pháp xác định tuổi theo lượng cacbon 14 để xác định niên đại của các cổ vật gốc sinh vật khai quật được.

Cacbon có ba đồng vị chính: C12 (phổ biến nhất) và C13 là bền, C14 là chất phóng xạ . C14 được tạo ra trong khí quyển và thâm nhập vào mọi vật trên Trái Đất. Nó có chu kì bán rã 5730 năm. Sự phân rã này cân bằng với sự tạo ra, nên từ hàng vạn năm nay, mật độ C14 trong khí quyển không đổi: cứ 1012 nguyên tử cacbon thì có một nguyên tử C14.

Một cây còn sống, còn quá trình quang hợp, thì còn giữ tỉ lệ trên trong các thành phần chứ cacbon của nó. Nhưng nếu cây chết, thì nó không trao đổi gì với không khí nữa, C14 vẫn phân rã mà không được bù lại, nên tỉ lệ của nó sẽ giảm, sau 5730 năm chỉ còn một nửa; độ phóng xạ H của nó cũng giảm tương ứng.

Đo độ phóng xạ này thì tính được thời gian đã trôi qua từ khi cây chết. Động vật ăn thực vật nên tỉ lệ C14 : C trong cơ thể cũng giảm như trên sau khi chết. Vì vậy, có thể xác định tuổi các mẫu xương động vật tìm được trong các di chỉ bằng phương pháp này.Phương pháp này cho phép tính được các khoảng thời gian từ 5 đến 55 thế kỉ.

c. Ứng dụng tia gama

+ Chất côban \(_{27}^{60}Co\) phát ra tia  γ có khả năng xuyên sâu lớn nên được dùng để tìm khuyết tật trong các chi tiết máy (phương pháp tương tự như dùng tia X để chụp ánh các bộ phận trong cơ thể), bao quán thực phẩm (vì tia γ diệt các vi khuân), chữa bệnh ung thư v.v...

Trên đây là toàn bộ nội dung Tài liệu ôn tập về Đồng vị phóng xạ nhân tạo và các ứng dụng của đồng vị phóng xạ môn Vật lý 12 năm 2020. Để xem thêm nhiều tài liệu tham khảo hữu ích khác các em chọn chức năng xem online hoặc đăng nhập vào trang Chúng tôi để tải tài liệu về máy tính.

Hy vọng tài liệu này sẽ giúp các em học sinh ôn tập tốt và đạt thành tích cao trong học tập .

Các em quan tâm có thể tham khảo thêm các tài liệu cùng chuyên mục:

• Bài tập trắc nghiệm ôn tập mạch dao động điện từ có đáp án chi tiết năm 2020

• Rèn luyện kỹ năng lập phương trình Dao động điều hòa Vật lý 12

• Bài tập và công thức tính nhanh về Con lắc lò xo, Con lắc đơn trong DĐĐH

Chúc các em học tập tốt !