Bai 3 HIỆN TƯỢNG PHÂN rã PHÓNG xạ

+ Nắm được tính chất các loại tia phóng xạ trong quá trình phân rã hạt nhân.. Phương trình phân rã: X → Y + tia phóng xạ X được gọi là hạt nhân mẹ Y được gọi là hạt nhân con Chú ý: Quá t

BÀI 3: HIỆN TƯỢNG PHÂN RÃ PHÓNG XẠ Mục tiêu

 Kiến thức

+ Nêu và nắm được hiện tượng phóng xạ hạt nhân

+ Nêu được các đặc tính cơ bản của quá trình phóng xạ

+ Nắm được tính chất các loại tia phóng xạ trong quá trình phân rã hạt nhân

+ Viết được hệ thức của định luật phóng xạ

+ Định nghĩa được chu kì bán rã và hằng số phân rã

+ Nêu được một số ứng dụng của các đồng vị phóng xạ trong thực tế

 Kĩ năng

+ Viết được các phản ứng phóng xạ tạo ra các tia ,   , 

+ Tính được khối lượng và số hạt nhân còn lại hoặc đã phân rã

+ Tính được tuổi của một mẫu đá, mẫu gỗ có chứa các đồng vị phóng xạ

I LÍ THUYẾT TRỌNG TÂM

1 Khái niệm

- Phóng xạ là hiện tượng một hạt nhân nặng tự phát

phân rã ra tia phóng xạ và biến đổi thành hạt nhân

khác

Phương trình phân rã: X → Y + tia phóng xạ

X được gọi là hạt nhân mẹ

Y được gọi là hạt nhân con

Chú ý: Quá trình phóng xạ là một quá trình tự phát

và không phụ thuộc vào các yếu tố bên ngoài: nhiệt

độ, ánh sáng, độ ẩm

2 Các loại tia phóng xạ   , , 

a Tia :

- Thực chất là hạt nhân 42He bay ra từ hạt nhân với

vận tốc cỡ 7

2.10 m/s

- Tia  chỉ đi được cỡ 8 cm trong không khí và

không thể xuyên qua tấm bia 1 mm

- Tia  là hạt mang điện tích dương nên nó bị lệch về

phía bản âm khi chùm tia bay qua điện trường

b Tia :

- Bức ra từ hạt nhân với vận tốc rất lớn cỡ tốc độ ánh

sáng

- Tia  bay được vài mét trong không khí và có thể

xuyên qua được lá nhôm dày vài mm

- Phân loại:

 0

1



  : thực chất là electron

 0

1



  : thực chất là hạt “electron dương” hay âm gọi

là hạt pozitron là hạt có khối lượng bằng hạt electron

nhưng mang điện tích 19

1, 6.10 C

- Tia 01 và 01 là hạt mang điện nên phương

chuyển động của nó sẽ bị lệch trong điện trường

c Tia gamma ():

Là một bức xạ điện từ có bước sóng ngắn (1011m),

có năng lượng cao nên khả năng đâm xuyên mạnh

Mô hình một phân rã anpha Thông thường, các hạt nhân phóng xạ thường là những hạt nhân có số khối lớn, và những hạt nhân có năng lượng liên kết riêng bé: Pu, U, Th, v.v

Những tia phóng xạ bức ra trong quá trình phóng

xạ

Thực tế, tia phóng xạ còn có thể là các chùm hạt proton, notron thoát ra từ hạt nhân, tuy nhiên các tia phóng xạ chính vẫn là , ,   

LƯU Ý:

- Xét phân rã : AZX A 4Z 2 Y 42

với hạt nhân mẹ trong bảng hệ thống tuần hoàn Mendeleep

- Xét phân rã : AZXZ 1AY 01 

3 Định luật phóng xạ

- Một mẫu chất phóng xạ ban đầu có số hạt nhân là

0

N Sau thời gian t, số hạt nhân còn lại của mẫu chất

phóng xạ trên là

t

NN e N 2 Trong đó: T: chu kì bán rã

 

ln 2

T s

   hằng số phóng xạ

- Vì khối lượng và số hạt nhân liên hệ với nhau bởi

biểu thức: N mNA

A

Do đó khối lượng còn lại của mẫu chất phóng xạ là:

t T 0

mm 2

(Với m là khối lượng ban đầu ứng với số hạt nhân 0

ban đầu N ) 0

- Số hạt nhân đã phân rã:

t T



      

Chú ý: Trong một phân rã hạt nhân, số hạt nhân đã

phân rã của hạt nhân mẹ đúng bằng số hạt nhân con

được sinh ra

nhân mẹ

- Xét phân rã : AZX Z 1AY 01 

Trong phân rã , hạt nhân con tiến 1 ô so với hạt nhân mẹ

SƠ ĐỒ HỆ THỐNG HÓA

PHÓNG XẠ

X → Y + tia phóng xạ

Các tia phóng xạ

Tia Anpha



Tia Bê-ta



Tia gamma



Định luật phóng xạ

Số hạt nhân còn lại

t

NN e N 2

Số hạt nhân đã phân rã

t T



Hằng số phóng xạ

 

ln 2

T s

  Liên hệ giữa số hạt nhân và

khối lượng

A

m

A



II CÁC DẠNG BÀI TẬP

Dạng 1: Hiện tượng phân rã phóng xạ và các loại tia phóng xạ

Phương pháp giải

- Dạng bài tập này tập trung vào xác định cấu tạo

các hạt nhân bằng cách áp dụng định luật bảo toàn

số khối (A) và số điện tích hạt nhân (Z)

- Nắm vững lí thuyết về tính chất các tia phóng xạ

Bước 1: Áp dụng 2 định luật bảo toàn số khối và

bảo toàn điện tích

Bước 2: Thay số và giải

Ví dụ: Phản ứng phân rã uranium có dạng

92U 82Pb   x y  Số x và y trong phương trình trên là

A x6; y6 B x6; y8

C x8; y6 D x8; y8

Hướng dẫn giải

Theo định luật bảo toàn số khối ta có:

238206 4x (1) Theo định luật bảo toàn điện tích ta có:

9282 2x y (2)

Từ đó suy ra x8; y6

Chọn C

Ví dụ mẫu

Ví dụ 1: Cho 4 tia phóng xạ phát ra từ nguồn: tia , tia , tia  và tia 

đi vào một miền không gian có điện trường đều được tạo ra giữa hai bản tụ

điện phẳng không khí Đường sức điện trường có phương vuông góc với

hướng của các tia phóng xạ phát ra Tia phóng xạ không bị lệch khỏi

phương truyền ban đầu là

A Tia  B Tia  C Tia  D Tia 

Hướng dẫn giải

Khi đi vào vùng không gian có điện trường và đường sức vuông góc với

hướng của các tia thì:

- Tia anpha (42He) mang điện tích +2e nên lệch về phía bản âm của tụ điện

- Tia Beta () mang điện tích +e nên lệch về phía bản âm của tụ điện

- Tia Beta () mang điện tích –e nên lệch về phía bản dương của tụ điện

- Tia  là sóng điện từ, không mang điện tích nên không bị lệch trong điện

trường lẫn từ trường

Chọn A

Lưu ý: Các hạt bị lệch

phương truyền khi bay qua điện trường do tác dụng của lực điện trường Tia gamma là sóng điện từ (điện tích bằng 0) nên không chịu tác dụng của lực điện đó

Ví dụ 2: Một nguồn phóng xạ X, phát ra 3 tia

trong 4 tia phóng xạ: tia , tia , tia  và

tia  Các tia phóng xạ này được cho bắn sát

với một tấm kính chứa lớp bột huỳnh quang

và đặt trong từ trường đều có chiều đường sức

từ hướng từ trong ra ngoài Khi các tia phóng

xạ tương tác với tấm kính tạo nên các vệt sáng

trên màn huỳnh quang ứng với các đường (1),

(2), (3) như trên hình vẽ Các tia trong thí

nghiệm trên theo thứ tự 1-2-3 là B

A tia , tia , tia 

B tia , tia , tia 

C tia , tia , tia 

D tia , tia , tia 

Hướng dẫn giải

Trước hết, để ý rằng, theo kiến thức 11, một điện tích chuyển động trong từ

trường sẽ chịu tác dụng của lực Lo-ren-xo làm cho quỹ đạo của hạt điện

tích bị uốn cong

- Tia (2) truyền thẳng, do đó (2) là tia gamma 

- Tia (1) và (3) bị uốn cong quỹ đạo nên hai tia này phải là các chùm hạt

mang điện tích

- Áp dụng quy tắc bàn tay trái, tia (1) phải là chùm hạt mang điện tích

dương (tia , tia ), tia còn lại phải là chùm hạt mang điện tích âm Do

đó, tia (3) là tia beta 

- Lực Lorentz đóng vai trò lực hướng tâm nên ta có

2

(R là bán kính quỹ đạo hạt điện tích trong từ trường chịu tác dụng của lực

Lo-ren-xo)

Nghĩa là bán kính quỹ đạo tỉ lệ nghịch với độ lớn của điện tích, đường (1)

có bán kính nhỏ hơn nên điện tích của hạt lớn hơn điện tích , do đó

đường (1) là chùm hạt Anpha

Chọn D

Ví dụ 3: Hạt nhân 14

6C phóng xạ  Hạt nhân con sinh ra có

Từ trường chỉ tác dụng Lực Lorentz lên hạt điện tích chuyển động và làm quỹ đạo chuyển động của hạt bị uốn cong

Ngay sau khi sinh ra, động năng tỉ lệ nghịch với khối lượng của hạt tương ứng

A 5 proton và 6 notron B 7 proton và 7 notron

C 6 proton và 7 notron D 7 proton và 6 notron

Hướng dẫn giải

Viết phương trình phóng xạ 146C AZX 01 , do đó X là hạt nhân 14

7N Hạt này có 7 proton và 7 notron

Chọn B

Ví dụ 4: Hạt nhân Po đang đứng yên thì phóng xạ anpha Ngay sau đó,

động năng của hạt anpha

A bằng động năng của hạt nhân con

B nhỏ hơn động năng của hạt nhân con

C bằng không

D lớn hơn động năng của hạt nhân con

Hướng dẫn giải

Phương trình phóng xạ: 210 4 206

84Po  2 82X

Áp dụng định luật bảo toàn vecto động lượng ta có:

2 d

P 2mW

0PP PP  m K  m K

X X





Chọn D

Bài tập tự luyện dạng 1

Bài tập cơ bản

Câu 1: Chu kì bán rã T của một chất phóng xạ là khoảng thời gian

A Sau đó, số nguyên tử phóng xạ giảm đi một nửa

B Bằng quãng thời gian không đổi, sau đó, sự phóng xạ lặp lại như ban đầu

C Sau đó, chất ấy mất hoàn toàn tính phóng xạ

D Sau đó, độ phóng xạ của chất giảm đi 4 lần

Câu 2: Bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học, người ta sắp xếp các nguyên tố theo chiều tăng

dần của điện tích hạt nhân Nếu trong phóng xạ , so với hạt nhân mẹ, hạt nhân con sẽ

A tiến 1 ô trong bảng tuần hoàn B tiến 2 ô trong bảng tuần hoàn

C lùi 1 ô trong bảng tuần hoàn D lùi 2 ô trong bảng tuần hoàn

Câu 3: Điều nào sau đây đúng khi nói về tia ?

A Hạt  có cùng khối lượng với electron nhưng mang điện tích nguyên tố dương

B Tia  có tầm bay ngắn hơn so với tia 

C Tia  có khả năng đâm xuyên rất mạnh, giống như tia Ronghen

D Bứt ra từ hạt nhân với tốc độ bằng tốc độ ánh sáng

Câu 4: Điều nào sau đây sai khi nói về tia ?

A Tia  thực chất là hạt nhân nguyên tử heli

B Khi đi qua điện trường giữa hai bản tụ điện, tia  bị lệch về phía bản âm của tụ điện

C Tia  phóng ra từ hạt nhân với vận tốc bằng vận tốc ánh sáng

D Tia  chỉ đi được tối đa 8 cm trong không khí

Câu 5: Trong các loại tia phóng xạ sau, tia đâm xuyên yếu nhất là tia nào?

Câu 6: Trong các loại tia phóng xạ, tia nào không mang điện?

Câu 8: Trong phóng xạ  hạt nhân AZX biến đổi thành hạt nhân AZY thì

A ZZ 1 ; A  A B ZZ 1 ; A  A

C ZZ 1 ; A  A 1  D ZZ 1 ; A  A 1 

Câu 9: Trong phóng xạ  hạt nhân AZX biến đổi thành hạt nhân AZY thì

A ZZ 1 ; A  A B ZZ 1 ; A  A 1 

C ZZ 1 ; A  A D ZZ 1 ; A  A 1 

Câu 10: Đồng vị 23492U sau một chuỗi phóng xạ  và  biến đổi thành 20682Pb Số phóng xạ  và  trong chuỗi là

A 9 phóng xạ , 4 phóng xạ  B 7 phóng xạ , 4 phóng xạ 

C 10 phóng xạ , 8 phóng xạ  D 16 phóng xạ , 12 phóng xạ 

Câu 11: Phát biểu nào sau đây là sai khi nói về hiện tượng phóng xạ?

A Trong phóng xạ , hạt nhân con có số notron nhỏ hơn số notron của hạt nhân mẹ

B Trong phóng xạ , hạt nhân mẹ và hạt nhân con có số khối bằng nhau, số proton khác nhau

C Trong phóng xạ , hạt nhân mẹ và hạt nhân con có số khối bằng nhau, số notron khác nhau

D Trong phóng xạ , hạt nhân mẹ và hạt nhân con có số khối bằng nhau, số notron khác nhau

Câu 12: Tia nào sau đây không phải là tia phóng xạ?

Câu 13: Điều khẳng định nào sau đây là sai khi nói về phóng xạ anpha ()

A Hạt nhân tự động phóng xạ ra hạt nhân heli (42He)

B Trong bảng hệ thống tuần hoàn, hạt nhân con lùi hai ô so với hạt nhân mẹ

C Số khối của hạt nhân con nhỏ hơn số khối hạt nhân mẹ 4 đơn vị

Câu 7: Có thể tăng hằng số phân rã  của đồng vị phóng xạ bằng cách nào?

A Đặt nguồn phóng xạ vào trong từ trường mạnh

B Đặt nguồn phóng xạ đó vào trong điện trường mạnh

C Đốt nóng nguồn phóng xạ đó

D Hiện nay ta không biết cách nào có thể làm thay đổi hằng số phân rã phóng xạ

D Tia anpha có tính đâm xuyên mạnh hơn tia gamma

Câu 14: Điều khẳng định nào sau đây là sai khi nói về phóng xạ ?

A Hạt nhân mẹ phóng xạ ra pozitron

B Trong bảng hệ thống tuần hoàn, hạt nhân con tiến một ô so với hạt nhân mẹ

C Số khối của hạt nhân mẹ và hạt nhân con bằng nhau

D Thực chất là hạt electron

Câu 15: Khi nói về sự phóng xạ, phát biểu nào dưới đây là đúng?

A Sự phóng xạ phụ thuộc vào áp suất tác dụng lên bề mặt của khối chất phóng xạ

B Chu kì phóng xạ của một chất phụ thuộc vào khối lượng của chất đó

C Phóng xạ là phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng

D Sự phóng xạ phụ thuộc vào nhiệt độ của chất phóng xạ

Câu 16: Hạt nhân 22688Ra biến đổi thành hạt nhân 22286Rn do phóng xạ

Câu 17: Khi nói về tia , phát biểu nào sau đây là sai?

A Tia  phóng ra từ hạt nhân với tốc độ bằng 2.10 m/s 6

B Khi đi qua điện trường giữa hai bản tụ điện, tia  bị lệch về phía bản âm của tụ điện

C Khi đi trong không khí, tia  làm ion hóa không khí và mất dần năng lượng

D Tia  là dòng các hạt nhân heli (42He)

Câu 18: Phát biểu nào sau đây không đúng khi nói về hiện tượng phóng xạ

A Hiện tượng phóng xạ là trường hợp riêng của phản ứng hạt nhân (phản ứng hạt nhân tự phát)

B Hiện tượng phóng xạ phụ thuộc vào tác động bên ngoài

C Hiện tượng phóng xạ tuân theo định luật phóng xạ

D Hiện tượng phóng xạ do các nguyên nhân bên trong hạt nhân gây ra

Câu 19: Có thể tăng tốc độ quá trình phóng xạ của đồng vị phóng xạ bằng cách

A đốt nóng nguồn phóng xạ đó

B đặt nguồn phóng xạ đó vào trong từ trường mạnh

C hiện nay chưa có cách nào để thay đổi hằng số phóng xạ

D đặt nguồn phóng xạ đó vào trong điện trường mạnh

Câu 20: Các tia không bị lệch trong điện trường là

A Tia  và tia  B Tia  và tia  C Tia  và tia X D Tia , tia  và tia 

Câu 21: Hạt nhân 23290Th sau nhiều lần phóng xạ  và  cùng loại biến đổi thành hạt nhân 20882Pb Xác định số lần phóng xạ  và ?

A 6 lần phóng xạ  và 4 lần phóng xạ  B 5 lần phóng xạ  và 6 lần phóng xạ 

C 3 lần phóng xạ  và 5 lần phóng xạ  D 2 lần phóng xạ  và 8 lần phóng xạ 

Câu 22: Phóng xạ  là:

A Phản ứng hạt nhân thu năng lượng

B Phản ứng hạt nhân không thu và không tỏa năng lượng

C Sự giải phóng electron (electron) từ lớp electron ngoài cùng của nguyên tử

D Phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng

Câu 23: Khi nói về sự phóng xạ, phát biểu nào sau đây là sai?

A Sự phóng xạ không phụ thuộc vào các tác động bên ngoài như nhiệt độ, áp suất,…

B Tổng khối lượng của các hạt nhân tạo thành lớn hơn khối lượng của hạt nhân mẹ

C Hạt nhân con bền vững hơn hạt nhân mẹ

D Phóng xạ là phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng

Câu 24: Trong không khí, tia phóng xạ nào sau đây có tốc độ nhỏ nhất?

Câu 25: Hạt nhân A đang đứng yên thì phân rã thành hạt nhân B có khối lượng m và hạt B  có khối lượng m Tỉ số giữa động năng của hạt nhân B và động năng của hạt a  ngay sau phân rã bằng

A a

B

m

2 a B

m m

 

 

2 B a

m m

 

 

B a

m

m

Câu 26: Một hạt nhân X, ban đầu đứng yên, phóng xạ  và biến thành hạt nhân Y Biết hạt nhân X có số khối là A, hạt  phát ra tốc độ v Lấy khối lượng của hạt nhân bằng số khối của nó tính theo đơn vị u Tốc độ của hạt nhân Y bằng

A 4v

2v

4v

2v

A4

Câu 27: Một hạt nhân của chất phóng xạ A đang đứng yên thì phân rã tạo ra hai hạt B và C Gọi

m , m , m lần lượt là khối lượng nghỉ của các hạt A, B, C và c là tốc độ ánh sáng trong chân không C Quá trình phóng xạ này tỏa ra năng lượng Q Biểu thức nào sau đây đúng?

c

  

C mA mB mC Q2

c

c

  

Câu 28: Radi 22688Ra là nguyên tố phóng xạ  Một hạt nhân 22688Ra đang đứng yên phóng xạ ra hạt  và biến đổi thành hạt nhân con X Biết động năng của hạt  là 4,8 MeV Lấy khối lượng hạt nhân (tính theo đơn vị u) bằng số khối của nó Giả sử phóng xạ này không kèm theo bức xạ gamma Năng lượng tỏa ra trong phân rã này là

Dạng 2: Bài tập về định luật phóng xạ

Phương pháp giải

Áp dụng các công thức về định luật phóng xạ

Cần chú ý và phân biệt đến 3 đại lượng:

+ Số hạt nhân ban đầu N 0

+ Số hạt nhân còn lại

t

NN e N 2

Ví dụ: Uranium 23892U có chu kì bán rã là 4,5.10 năm 9 Khi phóng xạ , urani biến thành Thori 23490Th Ban đầu có 23,8 g urani

1 Tính số hạt nhân và khối lượng Uranium còn lại sau

+ Số hạt nhân đã phân rã:

t T



 

Bước 1: Xác định các đại lượng đã biết, đổi các

đơn vị về đơn vị cơ bản hoặc là đồng nhất

Bước 2: Từ các đại lượng đã biết sử dụng định

luật phóng xạ để giải

9

9.10 năm

2 Tính tỉ số số hạt nhân Uranium còn lại và hạt nhân Thori sau 4,5.10 năm 9

Hướng dẫn giải

Không cần đổi đơn vị các đại lượng, chú ý thời gian lấy là năm còn khối lượng lấy theo đơn vị gam

9

T4,5.10 năm

0

m 23,8g

1 Số hạt nhân uranium ban đầu:

0

- Số hạt nhân Uranium còn lại sau 9.10 năm: 9

t

T 0

NN 2 6, 02.10 2 3, 7625.10 hạt nhân

- Khối lượng U còn lại

t

2 T

0

mm 2 23,8.2 5, 95 g

2 Tỉ số hạt nhân U còn lại và Th sau 4,5 tỉ năm

Số hạt nhân Thori có được là do U đã phân rã, do đó

t T

Suy ra

t T

t

0

N

N

N 2







Số hạt nhân Th sinh ra bằng số hạt nhân U còn lại

A 5,60 g B 35,84 g C 17,92 g D 8,96 g

Hướng dẫn giải

Vì khối lượng và số hạt nhân tỉ lệ với nhau do đó khối lượng của mẫu

phóng xạ cũng giảm theo định luật phóng xạ

Ví dụ mẫu

Ví dụ 1: Ban đầu, một mẫu chất phóng xạ nguyên chất có khối lượng m0

chu kì bán rã của chất này là 3,8 ngày Sau 15,2 ngày khối lượng của chất

phóng xạ đó còn lại là 2,24 g Khối lượng mẫu chất phóng xạ m0 ban đầu

là