Các chất phóng xạ có nhiều ứng dụng, sau đây chúng ta đưa ra một số ứng dụng trong đời sống và khoa học:
- Dùng đồng vị phóng xạ để xác định niên đại: về nguyên tắc, nếu biết chu kỳ
bán rã của đồng vị phóng xạ đã cho, thì có thể đo tuổi của các khối đá (khoảng thời gian từ khi chúng được tạo thành).Áp dụng tính tuổi các khối đá ờ Trái Đất, ở Mặt Trăng và cả thiên thạch nữa, tất cả các phép đo đều thống nhất khẳng định tuổi khoảng 4,5.109 năm. Chẳng hạn dùng đồng vị bền 40Ar của khí trơ argon do đồng vị phóng xạ 40
K phân rã tạo thành có thể tính được tuổi của quặng, bằng cách đo tỳ lệ của 40Ar so với 40K trong quặng có liên quan: đo tỷ số
K Ar
N N
, ởđây NK là số nguyên tử kim còn lại
ở thời điểm phân tích NK = NKoe-λt, với NKo là số nguyên tử kèm có mặt tại thời điểm tạo ra mẫu đá đó bằng sự hóa rắn từ dạng nóng chảy ; t là tuổi của mẫu đá ; còn NAr là số nguyên tử argon có mặt ở thời điểm phân tích và đối với mỗi nguyên tử khi phân rã, một nguyên tử argon được tạo ra thì
NAr = NKo - NK
hay
Suy ra:
Thay
τ
Kết quả này có thể xem là giá trị gần đúng tốt cho tuổi của hệ Mặt Trời.
- Để có thề xác định niên đại, ta có thể dùng một công cụ tiện lợi là đồng vị
phóng xạ cacbon 14C. Cacbon trong khí quyển trao đổi với cacbon các cơ thể sống trên Trái Đất, sao cho tất cả các cơ thể sống đều chứa 14C này với một tỷ lệ nhỏ nhưng cố định và duy trì sự trao đổi chừng nào cơ thểđó còn sống. Sự trao đổi với khí quyển sẽ
chấm dứt sau khi cơ thể chết và từ đó lượng cacbon phóng xạ có trong cơ thể không
được bổ sung nữa sẽ giảm dần với chu kỳ bán rã là τ = 5 730 năm. Bằng cách đo lượng cacbon phóng xạ có trong mỗi gam vật chất hữu cơ, ta có thể đo được khoảng thời gian kể từ khi cơ thểđó chết.
- Trong y học hạt nhân, người ta sử dụng những lượng nhỏ chất phóng xạ đưa vào cơ thể người như một công cụ chuẩn đoán bệnh. Các bức ảnh của y học hạt nhân cho ta thông tin về sinh lý học đó là lượng dược phẩm phóng xạ đã được trụ lại trong cơ quan mà ta cần quan tâm.
Y học hạt nhân thường sử dụng nhiều nhất hai đồng vị, đó là 99mTc ("tecneti-99- m") và 131I ("iot - 131"). Tecneti sẽ được điêu khiển đi tới các vị trí trong cơ thể bằng cách gắn nó vào một hóa chất có các dược tính mong muốn. Ví dụ, nó có thể được phối hợp với phát pho hữu cơđể giúp cho vợ khám xương, hoặc nó có thể được gắn với các hạt lưu huỳnh ở dạng keo để giúp khám về gan. Đồng vị131
I là một dược phẩm phóng xạ tốt để nghiên cứu tuyến giáp Tuyến này có vị trí ở cơ, nó tiết ra hai loại hoocmôm đều chứa tốt để điều chỉnh tốc độ trao đổi chất của cơ thể.Iôt - 131 phân rã bằng tổ hợp bức xạγ và β với chu kỳ bán rã là 8 ngày.
Đồng vị này của iôt, cũng như 99m
Tc được tạo ra như một sản phẩm phân hạch trong các lò phản ứng hạt nhân.
Trong giai đoạn đầu cua y học hạt nhân, người ta dùng đêtectơ - các máy đếm nhấp nháy (một chất nhấp nhầy - phát ra ánh sáng thấy được, khi có các hạt α, β hoặc phôton đập vào) để quan sát thận và kiểm tra độ phóng xạ trong thận sau khi người bệnh đã uống được phẩm phóng xạ và nó đã được chuyển tới thận.
Ngày nay người ta dùng camêra nhấp nháy cũng hoạt động theo nguyên tắc như
trên nhưng hiệu quả bơn nhiêu. Sau khi được phẩm phóng xạ được tiêm vào người, chất phóng xạ thường được di chuyển tới một số cơ quan, bộ phận tùy thuộc vào dược tính của chất phóng xạ. Có ít trường hợp, dược phẩm phóng xạđược hấp thụ bởi chỗ
tổn thương nhanh hơn so với các mô xung quanh và điều này tạo ra những "điểm nóng" trên hình mà camêra nhấp nháy chụp. Ví dụ, chẩn đoán bệnh ở xương, ruột, thận,... Trong đa số trường hợp, chỗ tổn thương hấp thụ chất phóng xạ ít hơn các mô
xung quanh và điều này dẫn đến các "điểm lạnh" trên ảnh chụp. Ví dụ, ảnh chụp tuyến giáp qua hấp thụ131
I. Ở đây, “điểm lạnh” có thể xuất hiện khi hạch tuyến giáp không tạo ra được hoocmôn tuyến giáp hoặc trong ung thư phát triển nhanh đến mức vượt quá sự cung cấp máu. Ảnh chụp được thực hiện bằng cách gắn 99mTc vào các tiểu cầu anbumin có đường kính hơi lớn hơn một mao mạch. Các tiểu cầu này được tiêm vào tĩnh mạch ở cánh tay, đi qua tim và "cư trứ' trong các mao mạch ở phổi. Bình thường phổi sẽ phóng xạ đều. Nếu có vùng trong phổi bị nghẽn mạch, các tiểu cầu không thể đi tới được vùng đó của phổi, vì vậy sẽ xuất hiện các “điểm lạnh”.
- Tia β-
trong phóng xạ của 32
15P được dùng làm nguyên tố phóng xạđánh dấu để
kiểm tra sự hấp thụ phân bón của cây trồng. - Tia γ trong phóng xạ của 60
27Co có khả năng xuyên thâu lớn dùng diệt khuẩn để
bảo quản nông sản, thực phẩm, v.v...
4-5. PHẢN ỨNG HẠT NHÂN. NĂNG LƯỢNG HẠT NHÂN