Phóng xạ

Posted on February 27, 2010

0


Bách khoa toàn thư mở Wikipedia

Phóng xạ là hiện tượng một số hạt nhân nguyên tử không bền tự biến đổi và phát ra các bức xạ hạt nhân (thường được gọi là các tia phóng xạ). Các nguyên tử có tính phóng xạ gọi là các đồng vị phóng xạ, còn các nguyên tử không phóng xạ gọi là các đồng vị bền. Các nguyên tố hóa học chỉ gồm các đồng vị phóng xạ (không có đồng vị bền) gọi là nguyên tố phóng xạ.

Tia phóng xạ có thể là chùm các hạt mang điện dương như hạt anpha, hạt proton; mang điện âm như chùm electron (phóng xạ beta); không mang điện như hạt nơtron, tia gamma (có bản chất giống như ánh sáng nhưng năng lượng lớn hơn nhiều). Sự tự biến đổi như vậy của hạt nhân nguyên tử, thường được gọi là sự phân rã phóng xạ hay phân rã hạt nhân.

Tự phân hạch là quá trình hạt nhân của các nguyên tử phóng xạ có số khối lớn. Ví dụ uranium tự vỡ ra thành các mảnh hạt nhân kèm theo sự thoát ra nơtron và một số hạt cơ bản khác, cũng là một dạng của sự phân rã hạt nhân.

Trong tự phân hạch và phân rã hạt nhân đều có sự hụt khối lượng, tức là tổng khối lượng của các hạt tạo thành nhỏ hơn khối lượng hạt nhân ban đầu. Khối lượng bị hao hụt này chuyển hóa thành năng lượng khổng lồ được tính theo công thức nổi tiếng của Albert Einstein E=mc² trong đó E là năng lượng thoát ra khi phân rã hạt nhân, m là độ hụt khối và c=298 000 000 m/s là vận tốc ánh sáng trong chân không.

Sự phóng xạ tự nhiên

Năm 1896, nhà vật lý người Pháp Henri Becquerel và sau đó là ông bà Pierre Curie và Marie Curie phát hiện ra rằng các hợp chất của uranium có khả năng tự phát ra những tia không không nhìn thấy được, có thể xuyên qua những vật mà tia sáng thường không đi qua được gọi là các tia phóng xạ. Dưới tác dụng của điện trường tia phóng xạ bị tách làm 3 tia:

* Tia anpha lệch về phía cực âm của điện trường, gồm các hạt anpha mang điện tích dương (gấp 2 lần điện tích của proton), có khối lượng bằng khối lượng của nguyên tử heli.
* Tia beta lệch về phía cực dương của điện trường gồm các hạt electron.
* Tia gamma không lệch về cực nào của điện trường, có bản chất như tia sáng.

Những nghiên cứu về bản chất của các hiện tượng phóng xạ chứng tỏ rằng hạt nhân của các nguyên tử phóng xạ không bền, tự phân hủy và phóng ra các hạt vật chất khác nhau như hạt anpha, beta kèm theo bức xạ điện từ như tia gamma. Đồng thời với hiện tượng phóng xạ tự nhiên, người ta cũng phát hiện một số loại nguyên tử của một số nguyên tố nhân tạo cũng có khả năng phóng xạ.

Tia phóng xạ

Dòng tia alpha có thể dễ dàng chặn lại bởi một tờ giấy; tia beta cần miếng kim loại để chặn; còn tia gamma cần một khối vật chất có mật độ dày đặc chặn lại.

Tia phóng xạ theo nghĩa gốc là các dòng hạt chuyển động nhanh phóng ra từ các chất phóng xạ (các chất chứa các hạt nhân nguyên tử không ở trạng thái cân bằng bền). Các hạt phóng ra có thể chuyển động thành dòng định hướng.

Có nhiều loại dòng hạt phát ra từ các chất phóng xạ. Cụ thể:

* Tia alpha: gồm các hạt alpha có điện tích gấp đôi điện tích proton, tốc độ của tia là khoảng 20.000 km/s.
* Tia beta: gồm các electron tự do, tương tự tia âm cực nhưng được phóng ra với vận tốc lớn hơn nhiều, khoảng 100.000 km/s.
* Tia gamma: là dòng các hạt photon, không mang điện tích, có bản chất gần giống ánh sáng nhưng bước sóng nhỏ hơn, chuyển động với tốc độ ánh sáng.
* Dòng các neutron không có điện tích.
* Dòng các hạt neutrino không có điện tích, chuyển động với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng (phát ra cùng với các hạt beta trong phân rã beta).

Ngoài sự phân rã tự nhiên của các chất phóng xạ, tia phóng xạ cũng còn được quan sát từ các nguồn khác như các lò phản ứng hạt nhân, máy gia tốc hay va chạm của các tia vũ trụ trong khí quyển Trái Đất. Các lò phản ứng hạt nhân có thể tạo ra dòng hạt neutron mạnh. Các máy gia tốc có thể sinh ra dòng các hạt tổ hợp có khối lượng cao hơn. Còn tia vũ trụ có thể sản sinh muon và meson. Thuật ngữ tia phóng xạ cũng có thể mở rộng, để bao gồm các dòng hạt chuyển động nhanh phát ra từ các nguồn này.

Tương tác với vật chất

Các hạt alpha có thể dễ dàng chặn lại bởi một tờ giấy. Tia beta cần miếng kim loại để chặn. Trong khi đó, dòng tia gamma có khả năng xuyên qua vật chất cao; cần một khối vật chất có mật độ dày đặc chặn lại.

Các hạt neutrino hầu như không tương tác với vật chất và có thể xuyên qua tất cả và đi ra ngoài vũ trụ.