Hóa học phóng xạ Phần 1: Giáo trình của tác giả Bùi Duy Cam

Khám phá kiến thức về hóa học phóng xạ trong phần 1 của bài viết của Bùi Duy Cam, cung cấp thông tin chi tiết và hữu ích cho người đọc.

• Đề tài: Hóa Học Phóng Xạ Phần 1 Bùi Duy Cam

Mục lục chi tiết

• Lời nói đầu
• 1. Chương 1: Phóng xạ và đồng vị phóng xạ
• 1.1. Hiện tượng phóng xạ tự nhiên
• 1.1.1. Lịch sử phát hiện ra hiện tượng phóng xạ
• 1.1.2. Một số khái niệm cơ bản
• 1.1.3. Đồng vị phóng xạ và nguyên tố phóng xạ
• 1.1.4. Khối lượng và năng lượng hạt nhân nguyên tử
• 1.2. Định luật phân rã phóng xạ
• 1.2.1. Biểu thức toán học của định luật phân rã phóng xạ
• 1.2.2. Hằng số phân rã phóng xạ
• 1.2.3. Chu kỳ bán rã và thời gian sống trung bình
• 1.2.4. Hoạt độ phóng xạ
• 1.3. Cân bằng phóng xạ
• 1.3.1. Khái niệm về cân bằng phóng xạ
• 1.3.2. Cân bằng phóng xạ thế kỷ
• 1.3.3. Cân bằng phóng xạ tạm thời
• 1.4. Các dạng phân rã phóng xạ
• 1.4.1. Phân rã anpha (α)
• 1.4.2. Phân rã beta (β)
• 1.4.3. Phân rã gamma (γ)
• 2. Chương 2: Tương tác của bức xạ hạt nhân với vật chất
• 2.1. Đặc điểm của quá trình hấp thụ năng lượng
• 2.2. Tương tác của hạt α và các hạt mang điện nặng với vật chất
• 2.3. Tương tác của bức xạ beta với vật chất
• 2.4. Tương tác của tia γ với vật chất
• 2.5. Tương tác của nơtron với vật chất
• 2.5.1. Lịch sử phát hiện ra nơtron
• 2.5.2. Tương tác của nơtron với vật chất
• 2.6. Tác dụng hóa học của bức xạ hạt nhân với vật chất
• 2.6.1. Những biến đổi hóa học cơ bản
• 2.6.2. Đặc trưng định lượng của biến đổi hóa học dưới tác dụng của bức xạ hạt nhân
• 2.6.3. Tác dụng của bức xạ hạt nhân với kim loại
• 2.6.4. Tương tác của bức xạ hạt nhân với hợp chất vô cơ không kim loại
• 2.6.5. Tương tác của bức xạ hạt nhân với nước
• 2.6.6. Tương tác của bức xạ hạt nhân với dung dịch nước
• 2.6.7. Tác dụng của bức xạ hạt nhân với hợp chất hữu cơ
• 2.7. Tác dụng sinh học của bức xạ hạt nhân
• 2.7.1. Một số đại lượng đặc trưng cho tác dụng sinh học của bức xạ hạt nhân
• 2.7.2. Cơ chế tác dụng sinh học của bức xạ
• 2.7.3. Vấn đề an toàn phóng xạ
• 3. Chương 3: Hiệu ứng đồng vị và phản ứng trao đổi đồng vị
• 3.1. Hiệu ứng đồng vị
• 3.1.1. Khái quát về hiệu ứng đồng vị
• 3.1.2. Hiệu ứng đồng vị trong nghiên cứu vật lý
• 3.1.3. Hiệu ứng đồng vị trong nghiên cứu động học phản ứng
• 3.1.4. Hiệu ứng đồng vị trong cân bằng hóa học
• 3.1.5. Ứng dụng hiệu ứng đồng vị để tách các đồng vị
• 3.2. Phản ứng trao đổi đồng vị
• 3.2.1. Trao đổi đồng vị
• 3.2.2. Cơ chế của phản ứng trao đổi đồng vị
• 3.2.3. Trao đổi đồng vị trong các hợp chất khác nhau
• 3.2.4. Nhiệt động học của phản ứng trao đổi đồng vị
• 3.2.5. Hằng số cân bằng, hệ số trao đổi và mức độ trao đổi
• 3.2.6. Nhiệt động học của phản ứng trao đổi đồng vị đồng thể
• 3.2.7. Nhiệt động học của phản ứng trao đổi đồng vị dị thể
• 3.2.8. Ứng dụng của hiện tượng trao đổi đồng vị
• 4. Chương 4: Điều chế và tách các đồng vị phóng xạ
• 4.1. Các phương pháp điều chế các đồng vị phóng xạ
• 4.1.1. Điều chế đồng vị phóng xạ bằng thực hiện phản ứng hạt nhân
• 4.1.1.1. Một số khái niệm về phản ứng hạt nhân
• 4.1.1.2. Lựa chọn thiết bị
• 4.1.1.3. Lựa chọn loại phản ứng hạt nhân
• 4.1.1.4. Hiệu suất chiếu xạ
• 4.1.1.5. Phản ứng bậc hai
• 4.1.2. Bia hạt nhân
• 4.1.3. Tách nguyên tử giật lùi
• 4.1.4. Phản ứng hạt nhân với nơtron
• 4.1.5. Phản ứng hạt nhân với các hạt mang điện
• 4.2. Tách các đồng vị phóng xạ từ sản phẩm phân hạch của urani
• 4.2.1. Sự phân hạch hạt nhân
• 4.2.2. Tách các sản phẩm phân hạch
• 4.3. Tách và làm giàu các đồng vị phóng xạ bằng phương pháp đồng kết tủa
• 4.3.1. Trạng thái của đồng vị phóng xạ trong dung dịch siêu loãng
• 4.3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến trạng thái của đồng vị phóng xạ trong dung dịch
• 4.3.3. Sự phân bố vi lượng các đồng vị phóng xạ giữa dung dịch và pha rắn
• 4.3.4. Định luật đồng kết tủa
• 4.4. Tách các đồng vị phóng xạ bằng phương pháp chiết dung môi
• 4.5. Tách các đồng vị phóng xạ bằng phương pháp hấp phụ
• 5. Chương 5: Hóa học nhiên liệu hạt nhân
• 5.1. Các đồng vị phóng xạ tự nhiên
• 5.1.1. Các nguyên tố phóng xạ tự nhiên
• 5.1.2. Các đồng vị phóng xạ là sản phẩm của phản ứng hạt nhân xảy ra trong tự nhiên
• 5.1.3. Các đồng vị phóng xạ là sản phẩm của các vụ nổ hạt nhân trong tự nhiên
• 5.2. Urani và tính chất của urani
• 5.2.1. Lịch sử phát hiện ra urani
• 5.2.2. Tính chất lý học của urani
• 5.2.3. Đồng vị và tính chất hạt nhân của urani
• 5.2.4. Tính chất hóa học của urani
• 5.2.5. Các hợp chất của urani
• 5.2.6. Ion urani trong dung dịch
• 5.2.7. Sự tạo phức của urani
• 5.2.8. Một số hợp chất khác của urani trong công nghiệp hạt nhân
• 5.2.9. Urani trong chu trình nhiên liệu hạt nhân
• 5.3. Thori và tính chất hóa lý của thori
• 5.3.1. Lịch sử phát hiện và các đồng vị của thori
• 5.3.2. Tính chất vật lý của thori
• 5.3.3. Tính chất hóa học của thori
• 5.3.4. Các hợp chất của thori
• 5.3.5. Thori trong dung dịch và các muối của thori
• 5.3.6. Phức chất của thori
• 5.3.7. Ứng dụng của thori
• 5.4. Plutoni và tính chất hóa lý của plutoni
• 5.4.1. Lịch sử phát hiện ra plutoni
• 5.4.2. Các đồng vị plutoni và plutoni trong tự nhiên
• 5.4.3. Tính chất vật lý của plutoni
• 5.4.4. Tính chất hóa học của plutoni
• 5.4.5. Các hợp chất của plutoni
• 5.4.6. Plutoni trong dung dịch
• 5.4.7. Ứng dụng và điều chế plutoni
• 5.5. Chu trình nhiên liệu hạt nhân
• 5.5.1. Tách urani từ quặng
• 5.5.2. Xử lý quặng urani và thu hồi urani
• 5.5.3. Xử lý quặng thori và tách thori
• 5.5.4. Xử lý thanh nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng
• 5.5.4.1. Hòa tan thanh nhiên liệu
• 5.5.4.2. Thu hồi urani và plutoni
• 5.5.4.3. Thu hồi thori và tách Pa, 233U, các sản phẩm phân hạch
• 5.6. Xử lý chất thải phóng xạ
• 5.6.1. Xử lý khí thải phóng xạ
• 5.6.2. Xử lý chất thải phóng xạ ở dạng lỏng
• 5.6.3. Xử lý chất thải phóng xạ dạng rắn
• 6. Chương 6: Ứng dụng các đồng vị phóng xạ
• 6.1. Tổng hợp các hợp chất đánh dấu bằng đồng vị phóng xạ
• 6.1.1. Lịch sử về phương pháp đánh dấu phóng xạ
• 6.1.2. Chỉ thị phóng xạ và hợp chất đánh dấu
• 6.1.3. Phương pháp lựa chọn đồng vị làm chỉ thị phóng xạ
• 6.1.4. Phương pháp tổng hợp các hợp chất đánh dấu
• 6.1.5. Vị trí gắn các nguyên tử phóng xạ trong phân tử
• 6.1.6. Phương pháp điều chế một số đồng vị được dùng làm chỉ thị phóng xạ
• 6.1.7. Tách các đồng vị phóng xạ từ các dãy phóng xạ
• 6.1.8. Điều chế các đồng vị phóng xạ nhân tạo
• 6.2. Ứng dụng đồng vị phóng xạ trong nghiên cứu hóa học
• 6.2.1. Quan niệm nhiệt động học về phân loại các phương pháp chỉ thị phóng xạ
• 6.2.2. Phân loại các phương pháp chỉ thị phóng xạ
• 6.2.3. Xác định diện tích bề mặt của chất rắn
• 6.2.4. Xác định độ tan của các chất khó tan
• 6.2.5. Phương pháp chuẩn độ phóng xạ
• 6.2.6. Phương pháp phân tích pha loãng đồng vị phóng xạ
• 6.3. Phương pháp phân tích phóng xạ dựa trên tương tác của bức xạ với vật chất
• 6.3.1. Nguyên tắc chung
• 6.3.2. Phương pháp phân tích kích hoạt nơtron
• 6.4. Ứng dụng đồng vị phóng xạ trong công nghiệp
• 6.4.1. Nguyên tắc, phân loại và độ nhạy của kỹ thuật chỉ thị phóng xạ
• 6.4.2. Đồng vị phóng xạ dùng làm chất đánh dấu trong nghiên cứu lượng vết công nghiệp
• 6.4.3. Phương pháp phát hiện lỗ thủng
• 6.4.4. Phương pháp xác định tốc độ dòng chảy
• Tài liệu tham khảo

Tóm tắt

I. Hướng dẫn toàn tập Hóa học phóng xạ phần 1 Bùi Duy Cam

Giáo trình Hóa học phóng xạ của tác giả Bùi Duy Cam là một tài liệu học thuật nền tảng, được biên soạn chuyên sâu cho sinh viên và học viên sau đại học ngành Hóa học tại Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội. Cuốn sách này không chỉ cung cấp kiến thức lý thuyết vững chắc mà còn là nguồn tham khảo quan trọng cho việc ôn thi học sinh giỏi quốc gia. Phần đầu của tài liệu tập trung vào các khái niệm cơ bản nhất, mở đầu bằng lịch sử phát hiện hiện tượng phóng xạ, từ tia X của Röntgen đến các công trình của Becquerel và vợ chồng Curie. Đây là nền móng của hai ngành khoa học song sinh: Vật lý hạt nhân và Hóa học hạt nhân. Nội dung giới thiệu các định nghĩa cốt lõi như đồng vị phóng xạ, nguyên tố phóng xạ, hạt nhân đồng vị, đồng lượng và đồng phân. Một điểm nhấn quan trọng là việc làm rõ sự khác biệt giữa các tính chất hóa học của hệ vĩ mô và hệ vi lượng chứa các đồng vị phóng xạ, vốn thường tồn tại ở nồng độ siêu loãng. Điều này đòi hỏi những phương pháp nghiên cứu đặc thù mà giáo trình Bùi Duy Cam trình bày rất chi tiết. Tổng quan chương đầu tiên đặt nền móng cho việc tìm hiểu các định luật chi phối sự biến đổi hạt nhân, bao gồm định luật phân rã phóng xạ và các khái niệm liên quan như chu kỳ bán rã, hoạt độ phóng xạ. Đây là những kiến thức không thể thiếu để giải quyết các bài tập hóa phóng xạ từ cơ bản đến nâng cao. Giáo trình được cấu trúc logic, giúp người đọc hệ thống hóa kiến thức một cách hiệu quả, chuẩn bị cho các chương phức tạp hơn về tương tác bức xạ và ứng dụng thực tiễn.

1.1. Lịch sử và vai trò của ngành hóa học hạt nhân

Ngành hóa học hạt nhân ra đời sau phát hiện tình cờ của Henri Becquerel vào năm 1896 về bức xạ phát ra từ quặng Urani. Công trình nghiên cứu của Marie Curie và Pierre Curie sau đó đã khẳng định rằng khả năng phát xạ là đặc tính nội tại của nguyên tố, không phụ thuộc vào trạng thái hóa học. Bà kết luận: “Cường độ bức xạ được phát ra tỷ lệ với nồng độ của nguyên tố trong khoáng vật”. Khám phá này đã dẫn đến việc tìm ra hai nguyên tố mới là Poloni và Radi. Năm 1903, Rutherford và Soddy đưa ra kết luận then chốt: “Sự phóng xạ là quá trình các nguyên tử của một nguyên tố phóng xạ tự biến đổi thành các nguyên tử của một nguyên tố khác kèm theo phát ra các tia phóng xạ”. Sự kiện này được xem là một cuộc cách mạng khoa học, khai sinh ra hai lĩnh vực mới là Vật lý hạt nhân và Hóa học phóng xạ. Hóa học phóng xạ tập trung nghiên cứu bản chất, đặc tính hóa lý của các nguyên tố và đồng vị phóng xạ, các quá trình hóa học liên quan đến chuyển dịch hạt nhân và ứng dụng của chúng.

1.2. Giới thiệu giáo trình Bùi Duy Cam từ ĐHKHTN Hà Nội

Cuốn giáo trình Bùi Duy Cam về Hóa học phóng xạ được biên soạn theo chương trình đào tạo cao học của Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội. Môn học này bắt đầu được giảng dạy chính quy từ năm 1979 tại đây, đánh dấu một bước tiến quan trọng trong đào tạo chuyên ngành Hóa học ở Việt Nam. Tài liệu này được xem là một tài liệu chuyên hóa kinh điển, cung cấp kiến thức từ cơ bản đến chuyên sâu. Nội dung không chỉ gói gọn trong lý thuyết mà còn đề cập đến các hướng phát triển hiện đại của ngành như hóa dược phóng xạ, xử lý chất thải hạt nhân và hóa phóng xạ môi trường. Tác giả Bùi Duy Cam đã kết hợp kinh nghiệm giảng dạy lâu năm cùng các tài liệu tham khảo cập nhật, tạo nên một giáo trình toàn diện, đáp ứng nhu cầu của cả sinh viên, học viên sau đại học và các nhà khoa học làm việc trong lĩnh vực liên quan.

1.3. Các khái niệm cốt lõi đồng vị phóng xạ và nguyên tố

Một khái niệm nền tảng trong hóa học phóng xạ là đồng vị phóng xạ. Đây là những hạt nhân có cùng số hiệu nguyên tử Z nhưng khác nhau về số neutron, dẫn đến khác nhau về số khối A. Chúng có tính chất hóa học gần như tương tự nhau nhưng lại không bền và tự phân rã. Ngược lại, nguyên tố phóng xạ là nguyên tố mà tất cả các đồng vị của nó đều có tính phóng xạ, ví dụ như Urani, Radi. Chì (Pb) không phải là nguyên tố phóng xạ dù có đồng vị ²¹⁰Pb phóng xạ, vì nó cũng có các đồng vị bền khác. Giáo trình cũng làm rõ các khái niệm liên quan như hạt nhân đồng lượng (cùng số khối A), hạt nhân đồng phân (cùng A và Z nhưng ở các trạng thái kích thích khác nhau). Việc nắm vững các định nghĩa này là bước đầu tiên và quan trọng nhất để tiếp cận các vấn đề phức tạp hơn như các dãy phân rã và phản ứng hạt nhân.

II. Cách hiểu đúng định luật phân rã trong hóa học phóng xạ

Định luật phân rã phóng xạ là quy luật động học cơ bản mô tả quá trình biến đổi tự phát của các hạt nhân không bền. Đây là một hiện tượng ngẫu nhiên ở cấp độ hạt nhân đơn lẻ nhưng tuân theo quy luật thống kê chặt chẽ khi xét trên một tập hợp lớn các hạt nhân. Theo định luật này, tốc độ phân rã tại một thời điểm bất kỳ luôn tỷ lệ thuận với số lượng hạt nhân phóng xạ còn lại tại thời điểm đó. Mối quan hệ này được biểu diễn qua phương trình vi phân và dạng tích phân N = N₀e⁻λt, trong đó N₀ là số hạt nhân ban đầu, N là số hạt nhân còn lại sau thời gian t, và λ là hằng số phân rã. Việc hiểu sâu sắc định luật này là chìa khóa để giải quyết phần lớn các bài tập hóa phóng xạ. Các khái niệm phát sinh trực tiếp từ định luật này, như chu kỳ bán rã và hoạt độ phóng xạ, là những đại lượng đặc trưng quan trọng cho mỗi loại đồng vị phóng xạ. Chúng không chỉ có ý nghĩa lý thuyết mà còn được ứng dụng rộng rãi trong định tuổi vật chất, y học hạt nhân và an toàn bức xạ. Giáo trình Bùi Duy Cam trình bày định luật này một cách rõ ràng, từ việc xây dựng công thức toán học đến việc giải thích ý nghĩa vật lý của từng đại lượng, tạo nền tảng vững chắc cho người học.

2.1. Biểu thức toán học của định luật phân rã phóng xạ

Biểu thức toán học của định luật phân rã phóng xạ mô tả sự suy giảm số lượng hạt nhân phóng xạ theo thời gian. Quá trình này được thể hiện qua phương trình vi phân: dN/dt = -λN, trong đó dN là số hạt nhân phân rã trong khoảng thời gian dt, N là số hạt nhân hiện có, và λ là hằng số phân rã. Dấu âm cho thấy số lượng hạt nhân N giảm dần. Bằng cách lấy tích phân phương trình này với điều kiện ban đầu tại t=0 có N₀ hạt nhân, ta thu được biểu thức quen thuộc: N = N₀e⁻λt. Phương trình này cho thấy sự phân rã phóng xạ tuân theo quy luật hàm mũ. Nó là công cụ cơ bản để tính toán lượng chất phóng xạ còn lại, lượng đã phân rã, và thời gian cần thiết cho một quá trình phân rã nhất định. Đây là công thức nền tảng trong mọi bài toán liên quan đến động học phản ứng hạt nhân bậc một.

2.2. Ý nghĩa của chu kỳ bán rã và hằng số phân rã

Chu kỳ bán rã (T hoặc T₁/₂) là đại lượng đặc trưng cho độ bền của một hạt nhân phóng xạ. Nó được định nghĩa là khoảng thời gian cần thiết để một nửa số lượng hạt nhân phóng xạ ban đầu bị phân rã. Chu kỳ bán rã có mối liên hệ nghịch đảo với hằng số phân rã λ qua công thức: T = ln(2)/λ ≈ 0.693/λ. Hằng số phân rã λ đại diện cho xác suất một hạt nhân bị phân rã trong một đơn vị thời gian. Một giá trị λ lớn tương ứng với một chu kỳ bán rã ngắn, cho thấy hạt nhân đó kém bền và phân rã nhanh chóng. Ngược lại, λ nhỏ tương ứng với T lớn, chỉ hạt nhân bền vững hơn. Mỗi đồng vị phóng xạ có một giá trị chu kỳ bán rã không đổi, không phụ thuộc vào các điều kiện vật lý và hóa học bên ngoài như nhiệt độ, áp suất.

2.3. Khái niệm hoạt độ phóng xạ và các đơn vị đo lường

Hoạt độ phóng xạ (A) là một đại lượng đo lường tốc độ phân rã của một mẫu phóng xạ, được định nghĩa là số phân rã xảy ra trong một đơn vị thời gian. Hoạt độ được tính bằng công thức A = -dN/dt = λN. Vì N giảm theo thời gian, hoạt độ A cũng giảm theo quy luật hàm mũ: A = A₀e⁻λt. Đơn vị đo hoạt độ trong hệ SI là Becquerel (Bq), với 1 Bq tương đương một phân rã mỗi giây. Tuy nhiên, trong thực tế, đơn vị Curi (Ci) vẫn được sử dụng phổ biến, đặc biệt trong các tài liệu cũ, với 1 Ci = 3.7 x 10¹⁰ Bq. Hoạt độ là một thông số cực kỳ quan trọng trong các ứng dụng thực tiễn của hóa học phóng xạ, từ việc xác định liều lượng trong y tế đến việc đánh giá mức độ ô nhiễm môi trường. Khái niệm hoạt độ riêng (hoạt độ trên một đơn vị khối lượng) cũng rất hữu ích để mô tả nồng độ chất phóng xạ.

III. Phương pháp tính năng lượng liên kết hạt nhân độ hụt khối

Một trong những khái niệm trung tâm của hóa học hạt nhân là mối quan hệ giữa khối lượng và năng lượng, được thể hiện qua năng lượng liên kết hạt nhân. Thực nghiệm cho thấy khối lượng của một hạt nhân nguyên tử luôn nhỏ hơn tổng khối lượng của các nucleon (proton và neutron) riêng lẻ tạo thành nó. Sự chênh lệch khối lượng này được gọi là độ hụt khối (Δm). Theo thuyết tương đối của Einstein, khối lượng bị hụt này đã được chuyển hóa thành năng lượng để liên kết các nucleon lại với nhau, tạo thành một hạt nhân bền vững. Năng lượng này, E = Δm.c², chính là năng lượng liên kết hạt nhân. Đây là năng lượng cần thiết để phá vỡ hạt nhân thành các nucleon riêng biệt. Để so sánh độ bền vững giữa các hạt nhân khác nhau, người ta sử dụng đại lượng năng lượng liên kết riêng, tức năng lượng liên kết tính trên mỗi nucleon. Hạt nhân có năng lượng liên kết riêng càng lớn thì càng bền vững. Việc hiểu rõ các khái niệm này không chỉ giúp giải thích tính ổn định của vật chất mà còn là cơ sở để tìm hiểu các phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng như phân hạch và nhiệt hạch. Giáo trình Bùi Duy Cam cung cấp các công thức và ví dụ tính toán cụ thể, giúp người học áp dụng lý thuyết vào giải quyết bài tập hóa phóng xạ liên quan.

3.1. Giải thích hiện tượng độ hụt khối trong hạt nhân nguyên tử

Hiện tượng độ hụt khối là một bằng chứng thực nghiệm quan trọng của thuyết tương đối hẹp. Nó được định nghĩa là sự chênh lệch giữa tổng khối lượng của các proton và neutron tự do so với khối lượng thực tế của hạt nhân được tạo thành từ chúng. Công thức tính độ hụt khối là: Δm = [Z.mp + (A-Z)mn] - M_hạtnhân, trong đó Z là số proton, A là số khối, mp và mn là khối lượng của proton và neutron, còn M_hạtnhân là khối lượng của hạt nhân. Sự hụt khối này xảy ra do khi các nucleon kết hợp với nhau dưới tác dụng của lực hạt nhân mạnh, một phần khối lượng của chúng được giải phóng dưới dạng năng lượng, chính là năng lượng liên kết hạt nhân. Do đó, hạt nhân bền vững luôn có khối lượng nhỏ hơn tổng khối lượng các thành phần cấu tạo nên nó.

3.2. Công thức tính năng lượng liên kết hạt nhân và ý nghĩa

Năng lượng liên kết hạt nhân (Elk) được tính trực tiếp từ độ hụt khối (Δm) thông qua hệ thức Einstein: Elk = Δm.c². Trong vật lý hạt nhân, đơn vị khối lượng thường dùng là đơn vị khối lượng nguyên tử (u) và năng lượng là Mega-electron Volt (MeV). Mối quan hệ quy đổi là 1u ≈ 931.5 MeV/c². Do đó, công thức tính trở nên đơn giản hơn: Elk (MeV) = Δm (u) × 931.5. Ý nghĩa của năng lượng liên kết hạt nhân rất lớn: nó đại diện cho mức độ bền vững của hạt nhân. Một hạt nhân có năng lượng liên kết càng lớn thì càng khó bị phá vỡ. Đây cũng chính là nguồn năng lượng khổng lồ được giải phóng trong các phản ứng hạt nhân như phân hạch và nhiệt hạch, nơi các sản phẩm tạo thành có tổng năng lượng liên kết lớn hơn các chất phản ứng ban đầu.

3.3. So sánh độ bền vững của các hạt nhân nguyên tử

Để so sánh độ bền vững một cách khách quan giữa các hạt nhân có số khối khác nhau, người ta sử dụng đại lượng năng lượng liên kết riêng (ε), được định nghĩa là năng lượng liên kết hạt nhân chia cho tổng số nucleon (số khối A): ε = Elk / A. Năng lượng liên kết riêng biểu thị năng lượng trung bình cần để tách một nucleon ra khỏi hạt nhân. Hạt nhân có ε càng lớn thì càng bền vững. Đồ thị của năng lượng liên kết riêng theo số khối A cho thấy các hạt nhân có số khối trung bình (khoảng A từ 50 đến 80, đặc biệt là Sắt-56) có độ bền vững cao nhất. Các hạt nhân nhẹ có xu hướng tham gia phản ứng nhiệt hạch để tạo thành hạt nhân nặng hơn và bền hơn, trong khi các hạt nhân rất nặng (như Urani) có xu hướng phân hạch để tạo thành các hạt nhân nhẹ hơn và bền hơn. Cả hai quá trình này đều giải phóng năng lượng.

IV. Bí quyết phân biệt các dạng phân rã Alpha Beta Gamma

Quá trình phân rã phóng xạ xảy ra dưới nhiều hình thức khác nhau, trong đó ba dạng phổ biến nhất là phân rã alpha, phân rã beta, và bức xạ tia gamma. Mỗi dạng phân rã có những đặc điểm riêng về bản chất hạt phát ra, sự thay đổi của hạt nhân, và phổ năng lượng. Việc phân biệt rõ ràng các dạng phân rã này là kỹ năng cốt lõi trong hóa học phóng xạ. Phân rã alpha (α) là sự phát ra hạt nhân Heli, làm giảm số khối đi 4 đơn vị và số hiệu nguyên tử đi 2 đơn vị. Phân rã beta (β) phức tạp hơn, bao gồm phân rã β⁻ (phát electron), β⁺ (phát positron) và bắt electron, làm thay đổi số hiệu nguyên tử đi 1 đơn vị nhưng giữ nguyên số khối. Bức xạ gamma (γ) không làm thay đổi cấu trúc hạt nhân (A và Z không đổi) mà chỉ là quá trình hạt nhân giải phóng năng lượng dư thừa sau một phân rã khác. Giáo trình Bùi Duy Cam mô tả chi tiết từng cơ chế, giúp người đọc nắm vững đặc tính của từng loại đồng vị phóng xạ và dự đoán sản phẩm của các phản ứng hạt nhân. Nắm vững các quy tắc dịch chuyển và đặc điểm phổ năng lượng là bí quyết để giải quyết các bài tập hóa phóng xạ liên quan đến chuỗi phân rã.

4.1. Đặc điểm của quá trình phân rã alpha và sản phẩm tạo thành

Phân rã alpha (α) là quá trình một hạt nhân không bền (thường là các hạt nhân nặng có Z > 82) phát ra một hạt alpha, chính là hạt nhân của nguyên tử Heli (⁴₂He). Quá trình này tuân theo quy tắc dịch chuyển: ᴬzX → ᴬ⁻⁴z₋₂Y + ⁴₂He. Kết quả là hạt nhân con có số khối giảm 4 đơn vị và số hiệu nguyên tử giảm 2 đơn vị so với hạt nhân mẹ. Một đặc điểm quan trọng của phân rã alpha là phổ năng lượng của các hạt α phát ra là phổ vạch (gián đoạn). Mỗi đồng vị phát α có một hoặc một vài đỉnh năng lượng đặc trưng. Do có khối lượng lớn và điện tích +2e, hạt alpha tương tác mạnh với vật chất, khả năng đâm xuyên yếu (có thể bị chặn bởi một tờ giấy) nhưng khả năng ion hóa rất cao.

4.2. Tìm hiểu sâu về phân rã beta β β và bắt electron

Phân rã beta (β) là quá trình biến đổi một nucleon trong hạt nhân, giữ nguyên số khối A nhưng thay đổi số hiệu nguyên tử Z. Có ba loại chính:

1. Phân rã β⁻: Xảy ra ở các hạt nhân có thừa neutron. Một neutron biến đổi thành một proton, đồng thời phát ra một electron (e⁻) và một phản neutrino electron (ν̅e). ¹₀n → ¹₁p + ⁰₋₁e + ν̅e. Z tăng 1 đơn vị.
2. Phân rã β⁺: Xảy ra ở các hạt nhân có thừa proton. Một proton biến đổi thành một neutron, phát ra một positron (e⁺) và một neutrino electron (νe). ¹₁p → ¹₀n + ⁰₊₁e + νe. Z giảm 1 đơn vị.
3. Bắt electron (EC): Hạt nhân bắt một electron từ lớp vỏ nguyên tử (thường là lớp K) để một proton chuyển thành neutron, phát ra một neutrino. ¹₁p + ⁰₋₁e → ¹₀n + νe. Z giảm 1 đơn vị. Khác với phân rã alpha, phổ năng lượng của hạt beta là phổ liên tục, do năng lượng phân rã được chia sẻ ngẫu nhiên giữa hạt beta và hạt neutrino/phản neutrino.

4.3. Bản chất của bức xạ tia gamma và biến đổi nội

Bức xạ tia gamma (γ) không phải là một quá trình phân rã làm thay đổi bản chất nguyên tố. Nó là sóng điện từ có năng lượng rất cao (photon), được phát ra khi một hạt nhân ở trạng thái kích thích chuyển về trạng thái có mức năng lượng thấp hơn hoặc trạng thái cơ bản. Trạng thái kích thích này thường là kết quả của một quá trình phân rã alpha hoặc beta trước đó. Do đó, phân rã gamma thường đi kèm với các phân rã khác: ᴬzX* → ᴬzX + γ. Vì chỉ là sự thay đổi mức năng lượng, cả số khối A và số hiệu Z của hạt nhân đều không thay đổi. Phổ năng lượng của tia gamma là phổ vạch, tương ứng với hiệu các mức năng lượng của hạt nhân. Một quá trình cạnh tranh với phát xạ gamma là biến đổi nội, trong đó năng lượng kích thích của hạt nhân được truyền trực tiếp cho một electron trên vỏ nguyên tử, làm electron này bị bật ra.

V. Ứng dụng cân bằng phóng xạ giải bài tập hóa phóng xạ khó

Cân bằng phóng xạ là một trạng thái đặc biệt xảy ra trong các chuỗi phân rã liên tiếp, khi một đồng vị phóng xạ mẹ (1) phân rã thành đồng vị con (2), và đồng vị con này cũng có tính phóng xạ. Trạng thái cân bằng được thiết lập khi tỷ số hoạt độ (hoặc số lượng nguyên tử) của đồng vị con so với đồng vị mẹ đạt một giá trị không đổi theo thời gian. Đây không phải là cân bằng hóa học thuận nghịch mà là một trạng thái cân bằng động học. Hiểu rõ về cân bằng phóng xạ là yếu tố then chốt để giải quyết các bài tập hóa phóng xạ phức tạp, đặc biệt là các bài toán liên quan đến các họ phóng xạ tự nhiên. Có hai loại cân bằng chính: cân bằng thế kỷ (khi chu kỳ bán rã của mẹ rất lớn so với con) và cân bằng tạm thời (khi chu kỳ bán rã của mẹ lớn hơn của con, nhưng không quá nhiều). Các công thức liên quan đến cân bằng phóng xạ cho phép xác định chu kỳ bán rã của các đồng vị sống rất lâu hoặc tính toán hàm lượng các nguyên tố trong quặng. Giáo trình Bùi Duy Cam dành một phần quan trọng để phân tích các trường hợp cân bằng này, cung cấp công cụ lý thuyết vững chắc cho các ứng dụng phân tích và nghiên cứu.

5.1. Phân biệt cân bằng phóng xạ thế kỷ và cân bằng tạm thời

Cân bằng phóng xạ được phân thành hai loại chính dựa trên mối tương quan giữa chu kỳ bán rã của đồng vị mẹ (T₁) và đồng vị con (T₂). Cân bằng thế kỷ: Xảy ra khi T₁ >> T₂ (ví dụ, T₁ lớn hơn T₂ hàng nghìn lần trở lên). Trong trường hợp này, hoạt độ của đồng vị mẹ gần như không đổi trong khoảng thời gian quan sát. Sau một thời gian đủ dài, hoạt độ của con sẽ tiến tới bằng hoạt độ của mẹ (A₁ ≈ A₂). Tỷ số số nguyên tử N₂/N₁ là một hằng số. Ví dụ điển hình là sự phân rã của ²²⁶Ra (T = 1600 năm) thành ²²²Rn (T = 3.8 ngày). Cân bằng tạm thời: Xảy ra khi T₁ > T₂ nhưng không quá chênh lệch. Ở trạng thái cân bằng, hoạt độ của con luôn lớn hơn hoạt độ của mẹ (A₂ > A₁) và tỷ số A₂/A₁ là một hằng số. Cả hai hoạt độ cùng suy giảm theo chu kỳ bán rã của đồng vị mẹ. Phân biệt hai loại cân bằng này rất quan trọng trong việc áp dụng công thức tính toán chính xác.

5.2. Giải quyết bài tập về các dãy phân rã phóng xạ tự nhiên

Trong tự nhiên, các đồng vị phóng xạ nặng thường tồn tại dưới dạng các dãy (họ) phân rã, bắt đầu từ một đồng vị mẹ có chu kỳ bán rã rất dài và kết thúc ở một đồng vị bền của chì. Có ba dãy chính: dãy Urani-Radi (bắt đầu từ ²³⁸U), dãy Actini (từ ²³⁵U), và dãy Thori (từ ²³²Th). Trong các quặng urani hoặc thori lâu năm, các sản phẩm trung gian trong chuỗi phân rã sẽ đạt được trạng thái cân bằng phóng xạ thế kỷ với đồng vị mẹ đầu dãy. Kiến thức này cho phép giải quyết các bài tập hóa phóng xạ dạng xác định tuổi của quặng hoặc tính hàm lượng một nguyên tố trong quặng dựa vào việc đo hoạt độ của một nguyên tố khác trong cùng dãy. Ví dụ, hàm lượng ²³⁸U có thể được xác định bằng cách đo hoạt độ của sản phẩm phân rã của nó là ²²⁶Ra.

5.3. Vai trò của đồng vị phóng xạ trong nghiên cứu khoa học

Các đồng vị phóng xạ là công cụ vô giá trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu khoa học. Trong hóa học, chúng được sử dụng làm chất đánh dấu (tracer) để nghiên cứu cơ chế các phản ứng hạt nhân và phản ứng hóa học phức tạp, xác định tốc độ phản ứng, và nghiên cứu các quá trình khuếch tán. Trong địa chất học, sự phân rã của các đồng vị như ¹⁴C, ²³⁸U, ⁴⁰K là cơ sở của phương pháp định tuổi bằng đồng vị phóng xạ, giúp xác định tuổi của các mẫu vật cổ, hóa thạch và các lớp đá. Trong y học, các đồng vị như ⁹⁹mTc, ¹³¹I, ¹⁸F được dùng trong chẩn đoán hình ảnh (SPECT, PET) và điều trị ung thư. Sự hiểu biết về chu kỳ bán rã, loại bức xạ và hoạt độ là nền tảng để lựa chọn và sử dụng hiệu quả các đồng vị này trong từng ứng dụng cụ thể.

VI. Top tài liệu ôn thi học sinh giỏi từ Hóa học phóng xạ

Hóa học phóng xạ là một chuyên đề quan trọng và thường xuất hiện trong các kỳ thi học sinh giỏi cấp quốc gia và quốc tế. Để chinh phục được mảng kiến thức này, việc sở hữu một tài liệu chuyên hóa uy tín và hệ thống là điều kiện tiên quyết. Cuốn giáo trình Bùi Duy Cam được công nhận rộng rãi là một trong những tài liệu hàng đầu cho mục tiêu ôn thi học sinh giỏi quốc gia. Sách cung cấp một cái nhìn toàn diện và sâu sắc về hóa học hạt nhân, từ những nguyên lý cơ bản như định luật phân rã phóng xạ, năng lượng liên kết hạt nhân, đến các chủ đề nâng cao như động học phản ứng hạt nhân, các phương pháp tách và điều chế đồng vị. Điểm mạnh của giáo trình là sự trình bày logic, chặt chẽ, đi kèm với các cơ sở lý thuyết vững chắc, giúp học sinh không chỉ học thuộc công thức mà còn hiểu rõ bản chất vấn đề. Việc nắm vững kiến thức từ tài liệu này sẽ tạo ra lợi thế cạnh tranh lớn, giúp học sinh tự tin giải quyết các bài toán khó và đạt kết quả cao trong các kỳ thi đỉnh cao.

6.1. Tầm quan trọng của Hóa học phóng xạ Bùi Duy Cam

Tầm quan trọng của cuốn Hóa học phóng xạ Bùi Duy Cam nằm ở tính hệ thống, hàn lâm và chuyên sâu. Đây không phải là một tài liệu tóm tắt công thức mà là một công trình khoa học giải thích cặn kẽ các hiện tượng. Đối với học sinh chuyên, sách giúp xây dựng một nền tảng kiến thức vững chắc, kết nối hóa học hạt nhân với các lĩnh vực khác của hóa học và vật lý. Nội dung bao quát từ lý thuyết cơ bản đến các ứng dụng hiện đại, phản ánh chương trình đào tạo chuẩn mực tại các trường đại học hàng đầu như Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội. Vì vậy, đây là nguồn tài liệu không thể thiếu cho những ai muốn đi sâu vào chuyên ngành và đặc biệt là trong quá trình ôn thi học sinh giỏi quốc gia.

6.2. Hướng phát triển chuyên ngành hóa học hạt nhân hiện nay

Ngành hóa học hạt nhân không ngừng phát triển với nhiều hướng nghiên cứu và ứng dụng mới. Theo lời nói đầu trong giáo trình Bùi Duy Cam, các lĩnh vực trọng tâm hiện nay bao gồm: (1) Chu trình nhiên liệu hạt nhân và xử lý chất thải phóng xạ, nhằm phát triển năng lượng hạt nhân an toàn và bền vững. (2) Hóa dược phóng xạ, tổng hợp các hợp chất đánh dấu để chẩn đoán và điều trị bệnh, đặc biệt là ung thư. (3) Hóa học các nguyên tố siêu nặng, nghiên cứu tính chất của các nguyên tố mới được tạo ra trong máy gia tốc. (4) Hóa phóng xạ môi trường, quan trắc và xử lý ô nhiễm phóng xạ. Việc học tập các kiến thức nền tảng từ giáo trình này sẽ mở ra nhiều cơ hội nghề nghiệp và nghiên cứu trong tương lai.

6.3. Lộ trình ôn thi chuyên sâu với tài liệu chuyên hóa này

Để sử dụng hiệu quả cuốn tài liệu chuyên hóa này cho việc ôn thi học sinh giỏi quốc gia, người học nên tuân theo một lộ trình rõ ràng. Giai đoạn đầu, cần tập trung nắm vững các khái niệm và định luật cơ bản trong chương 1 và 2: định luật phân rã phóng xạ, chu kỳ bán rã, các dạng phân rã alpha, beta, gamma, và năng lượng liên kết hạt nhân. Giai đoạn tiếp theo, đi sâu vào các chủ đề ứng dụng và tính toán phức tạp hơn như cân bằng phóng xạ, động học phản ứng hạt nhân, và các bài toán về chuỗi phân rã. Việc kết hợp đọc lý thuyết trong giáo trình Bùi Duy Cam với việc giải các dạng bài tập hóa phóng xạ từ các đề thi các năm sẽ giúp củng cố kiến thức và rèn luyện kỹ năng giải toán một cách hiệu quả nhất.

Nội dung chính

Giáo trình Hóa học phóng xạ (Phần 1): Lý thuyết & ứng dụng

Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Hóa học phóng xạ (Phần 1): Lý thuyết & ứng dụng do tác giả Bùi Duy Cam biên soạn, được Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Hà Nội ấn hành. Môn học Hóa học phóng xạ lần đầu tiên được đưa vào chương trình đào tạo đại học chính quy tại Khoa Hóa học, Trường Đại học Tổng hợp Hà Nội vào năm 1979 (nay là Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội). Giáo trình này được xây dựng bám sát khung chương trình đào tạo cao học ngành Hóa học, đồng thời cung cấp tư liệu chuyên khảo cho học viên sau đại học, sinh viên năm cuối và cán bộ nghiên cứu trong các ngành khoa học liên quan.

Mục tiêu học tập của giáo trình nhằm trang bị cho người học hệ thống lý thuyết nền tảng về tính chất hóa lý của các nguyên tố và đồng vị phóng xạ, cơ chế tương tác giữa bức xạ hạt nhân với vật chất, động học và nhiệt động học của quá trình trao đổi đồng vị, cũng như công nghệ điều chế, phân tách hạt nhân và chu trình nhiên liệu hạt nhân.

Giáo trình tiếp cận vấn đề theo cấu trúc logic 6 chương, phân chia từ lý thuyết hạt nhân vi mô đến quy trình công nghệ vĩ mô và kỹ thuật phân tích ứng dụng. Điểm đặc thù của tài liệu là tập trung khảo sát các hệ hóa học ở trạng thái nồng độ siêu loãng (từ $10^{-10}%$ đến $10^{-12}%$) – một trạng thái có đặc tính hóa lý khác biệt hoàn toàn so với các hệ nồng độ thông thường – cùng các phản ứng của "nguyên tử nóng" sinh ra từ quá trình chuyển dịch hạt nhân.

+-------------------------------------------------------------------------------+
|                             HÓA HỌC PHÓNG XẠ                                  |
+-------------------------------------------------------------------------------+
        |                     |                     |                    |
        v                     v                     v                    v
 [Hóa phóng xạ        [Hóa học chuyển       [Hóa học nguyên      [Hóa học phóng xạ
   đại cương]          dịch hạt nhân]        tố phóng xạ]           ứng dụng]
 - Dung dịch           - "Nguyên tử nóng"    - Tc, Pm, At,        - Hợp chất
   siêu loãng          - Tách hạt nhân         U, Th, Pu            đánh dấu
 - Cân bằng phóng xạ     giật lùi            - Nhiên liệu         - Phân tích vết &
 - Định luật phân rã   - Chiếu xạ              hạt nhân             kích hoạt nơtron

---

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương và chủ đề chính

Giáo trình bao gồm 6 chương trọng tâm, xây dựng theo lộ trình phát triển kiến thức liên tục:

• Chương 1: Phóng xạ và đồng vị phóng xạ
  Trình bày lịch sử phát hiện phóng xạ (từ thí nghiệm tia X của Roentgen năm 1895, hiện tượng phát xạ muối urani của Henri Becquerel năm 1896, công trình chiết tách Poloni và Radi của Marie Curie và Pierre Curie giai đoạn 1898–1902, đến mô hình hạt nhân của Rutherford năm 1911). Khái quát 4 phân ngành: hóa phóng xạ đại cương, hóa học các chuyển dịch hạt nhân, hóa học các nguyên tố phóng xạ và hóa học phóng xạ ứng dụng. Phân loại 2800 nuclit (khoảng 340 nuclit tự nhiên), định luật Mattauch về đồng lượng bền, các họ phóng xạ tự nhiên ($4n, 4n+1, 4n+2, 4n+3$). Xác lập biểu thức toán học của định luật phân rã phóng xạ: $$N = N_0 e^{-\lambda t}$$ Mối quan hệ giữa chu kỳ bán rã $T_{1/2} = \frac{\ln 2}{\lambda} = \frac{0{,}693}{\lambda}$, thời gian sống trung bình $\tau = \frac{1}{\lambda}$, hoạt độ phóng xạ $A$ (đơn vị Bq, Ci), hoạt độ riêng $A_s$. Trình bày chi tiết toán học về cân bằng phóng xạ thế kỷ ($\lambda_2 \gg \lambda_1$, hoạt độ $A_1 = A_2$) và cân bằng phóng xạ tạm thời ($\lambda_2 > \lambda_1$), cùng cơ chế các dạng phân rã: $\alpha$, $\beta^-$ (thuyết nơtrino của Pauli – Fermi), $\beta^+$, hiện tượng bắt electron K (Alvarez 1938), phân rã $\gamma$, chuyển đổi nội sinh điện tử Auger, phân rã proton và phân rã nơtron.

• Chương 2: Tương tác của bức xạ hạt nhân với vật chất
  Phân tích bản chất của bức xạ ion hóa khi truyền năng lượng qua môi trường vật chất. Trình bày đại lượng độ ion hóa riêng và độ truyền năng lượng tuyến tính LET ($LET = -\frac{dE}{dx}$). Phương trình Bethe-Bloch cho hạt mang điện nặng ($\alpha$, proton) và phương trình Bethe cho electron ($\beta$). Quãng chạy hạt $\alpha$ theo công thức Bragg-Kleeman và quy luật Geiger-Nuttall: $$\lg \lambda = a + b \lg R$$ Khảo sát cơ chế tương tác của tia $\gamma$ gồm: tán xạ kết hợp, tán xạ Compton, hiệu ứng quang điện, hiệu ứng tạo cặp electron-positron ($E_\gamma \ge 1{,}02\text{ MeV}$) và hiệu ứng Mössbauer. Đánh giá tác dụng hóa học của bức xạ lên kim loại, hợp chất vô cơ, nước (sự phóng xạ phân giải tạo gốc tự do), dung dịch và hợp chất hữu cơ; tác dụng sinh học và nguyên lý an toàn bức xạ.

• Chương 3: Hiệu ứng đồng vị và phản ứng trao đổi đồng vị
  Nghiên cứu sự sai khác về tính chất vật lý, động học phản ứng và cân bằng hóa học giữa các đồng vị của cùng một nguyên tố; phương pháp ứng dụng hiệu ứng đồng vị trong phân tách làm giàu. Khảo sát động học, cơ chế và nhiệt động học phản ứng trao đổi đồng vị ở cả hệ đồng thể và dị thể thông qua hằng số cân bằng, hệ số trao đổi và mức độ trao đổi đồng vị.

• Chương 4: Điều chế và tách các đồng vị phóng xạ
  Phương pháp thực hiện phản ứng hạt nhân bằng nơtron và hạt mang điện; kỹ thuật lựa chọn bia chiếu xạ và tính toán hiệu suất; hiệu ứng Szilard-Chalmers nhằm tách các nguyên tử giật lùi. Nghiên cứu trạng thái của đồng vị phóng xạ trong dung dịch siêu loãng; các quy luật phân bố vi lượng và định luật đồng kết tủa; kỹ thuật chiết dung môi và hấp phụ để tách các sản phẩm phân hạch của urani.

• Chương 5: Hóa học nhiên liệu hạt nhân
  Khảo sát tính chất hóa lý, khả năng tạo phức và trạng thái ion trong dung dịch của Urani ($U$), Thori ($Th$) và Plutoni ($Pu$). Quy trình công nghệ chu trình nhiên liệu: tuyển khoáng, hòa tan thanh nhiên liệu đã qua sử dụng, quy trình chiết PUREX thu hồi $U$ và $Pu$, quy trình DIAMEX (dùng phối tử diamit, malonamit, diglycolamit) và quy trình SANEX để tách actinit hóa trị 3 ($Np, Am, Cm$) khỏi lanthanit. Phương pháp xử lý chất thải phóng xạ dạng khí, lỏng và rắn.

• Chương 6: Ứng dụng các đồng vị phóng xạ
  Quy trình tổng hợp các hợp chất đánh dấu bằng đồng vị phóng xạ. Ứng dụng trong nghiên cứu hóa học cơ bản: xác định diện tích bề mặt chất rắn, đo độ tan chất khó tan, chuẩn độ phóng xạ, phân tích pha loãng đồng vị và phân tích kích hoạt nơtron (NAA). Ứng dụng công nghiệp trong khảo sát lượng vết, kiểm tra khuyết tật đường ống (phát hiện rò rỉ, lỗ thủng) và đo tốc độ dòng chảy.

---

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình thiết lập hệ thống lý thuyết dựa trên các nguyên lý khoa học hạt nhân:

[Thuyết Cấu tạo Hạt nhân]  -->  Ivanenko - Haizenbec (1932): Hạt nhân gồm Proton + Nơtron
[Thuyết Phân rã Beta]       -->  Pauli - Fermi (1934): Giải thích phổ liên tục qua phản hạt Nơtrino
[Quy tắc Đồng lượng Bền]   -->  Định luật Mattauch: Hạt nhân đồng lượng liền kề không cùng bền
[Cơ chế Hấp thụ Năng lượng] -->  Bethe-Bloch & Bethe: Mất mát năng lượng do kích thích & ion hóa

Hệ thống kiến thức được chuẩn hóa thông qua các đại lượng vật lý hạt nhân xác định: đơn vị khối lượng nguyên tử ($u$ hay $ME$), năng lượng electron-vôn ($1\text{ eV} = 1{,}602 \times 10^{-19}\text{ J}$), độ hụt khối $\Delta m$ và năng lượng liên kết hạt nhân $E_{lk} = \Delta m \cdot c^2$.

---

Kỹ năng phát triển

Nội dung giáo trình trang bị cho người học ba nhóm kỹ năng chuyên môn:

• Kỹ năng kỹ thuật và tính toán định lượng: Năng lực tính toán chu kỳ bán rã, hoạt độ phân rã, nồng độ đồng vị theo thời gian; tính toán thời điểm xác lập trạng thái cân bằng phóng xạ thế kỷ và tạm thời; xác định tổn hao năng lượng tuyến tính ($LET$) và quãng chạy bức xạ ($R$) trong các môi trường hấp thụ khác nhau.
• Kỹ năng phân tích phổ và nhận diện hạt nhân: Đọc và giải đoán phổ năng lượng gián đoạn của hạt $\alpha$ ($^{210}\text{Po}, ^{239}\text{Pu}, ^{241}\text{Am}$), phổ vạch bức xạ $\gamma$ ($^{60}\text{Co}$), phổ liên tục của hạt $\beta^-$ và phổ vạch của electron biến đổi nội kèm tia bức xạ Auger.
• Kỹ năng công nghệ và an toàn thực nghiệm: Thiết kế quy trình tách chiết nguyên tố siêu loãng bằng kỹ thuật đồng kết tủa, chiết phân bố lỏng-lỏng (PUREX, DIAMEX, SANEX); vận dụng kỹ thuật đánh dấu đồng vị trong phân tích kích hoạt nơtron và quan trắc môi trường.

---

Phương pháp giảng dạy và học tập

Phương pháp tiếp cận sư phạm

Giáo trình sử dụng phương pháp diễn dịch kết hợp minh chứng thực nghiệm định lượng. Mỗi chủ đề lý thuyết đều được thiết lập bằng các mô hình toán học giải tích, sau đó làm sáng tỏ bằng số liệu đo đạc thực nghiệm:

  [Phương trình vi phân phân rã]
   dN₂/dt = λ₁N₁ - λ₂N₂
  [Nghiệm giải tích N₂(t)]
  [Điều kiện biên: λ₂ >> λ₁ hoặc λ₂ > λ₁]
  [Ứng dụng: Xác định tuổi khoáng vật quặng Urani/Thori]

Bài tập và bài toán định lượng thực nghiệm

Tài liệu tích hợp các dạng bài toán tính toán cụ thể nhằm kiểm chứng lý thuyết:

• Bài toán chuyển đổi khối lượng – hoạt độ: Chuyển đổi giữa hoạt độ phóng xạ tính bằng Curie ($1\text{ Ci} = 3{,}7 \times 10^{10}\text{ Bq}$) và khối lượng chất phân rã (ví dụ: bài toán xác định khối lượng $^{32}\text{P}$ cần thiết để đạt hoạt độ $1\text{ Ci}$ với chu kỳ bán rã $T_{1/2} = 14{,}3\text{ ngày}$).
• Bài toán ứng dụng cân bằng phóng xạ: Phương pháp xác định hàm lượng $^{238}\text{U}$ trong mẫu khoáng vật tự nhiên thông qua phép đo hoạt độ phóng xạ của các sản phẩm con cháu như $^{234}\text{Th}$ hoặc $^{234}\text{Pa}$; định lượng $^{226}\text{Ra}$ qua việc đo hoạt độ cân bằng của khí $^{222}\text{Rn}$.
• Bài toán suy giảm chùm tia và quãng chạy: Xác định thông lượng hạt $\Phi$ đến detector qua công thức hình học và hệ số suy giảm: $$R_đ = \psi \cdot A, \quad \psi = \psi_{\text{mẫu}} \cdot \psi_{\text{hấp thụ}} \cdot \psi_{\text{detector}} \cdot \psi_{\text{hình học}}$$

Phương pháp tự học và nghiên cứu

Để nghiên cứu giáo trình hiệu quả, người học cần:

1. Rà soát tuần tự nền tảng cơ sở hạt nhân ở Chương 1 và tương tác bức xạ ở Chương 2 trước khi bước vào các kỹ thuật phân tách ở Chương 4 và 5.
2. Tự thiết lập lại các phương trình vi phân chuyển dịch hạt nhân để nắm vững bản chất toán học của các trạng thái cân bằng phóng xạ.
3. Liên hệ kiến thức phân tích hóa học cổ điển (cân bằng tạo phức, chiết dung môi, kết tủa) với điều kiện nồng độ siêu loãng ($10^{-10}% - 10^{-12}%$) để hiểu rõ tính chất dị biệt của các nguyên tố phóng xạ.

---

Điểm nổi bật và cập nhật

Giáo trình phản ánh các bước tiến và xu hướng phát triển của ngành hóa học phóng xạ từ cuối thế kỷ XX sang thế kỷ XXI:

| Lĩnh vực cập nhật         | Nội dung khoa học / Quy trình công nghệ                 |
| Năng lượng hạt nhân       | Xử lý thanh nhiên liệu đã qua sử dụng, thu hồi U và Pu  |
| Công nghệ phân tách mới   | Quy trình DIAMEX & SANEX tách chọn lọc Actinit (III)     |
| Hóa học tính toán         | Mô hình hóa tối ưu hóa hệ chiết dung môi hữu cơ         |
| Hóa dược phóng xạ         | Đồng vị ⁹⁹ᵐTc trong xạ hình SPECT/CT, Gamma Camera      |
| Nguyên tố siêu nặng       | Tổng hợp siêu actinit, kỹ thuật phân tách siêu nhanh    |

• Xử lý chất thải phóng xạ chu kỳ dài: Phân tích bài toán quản lý chất thải hạt nhân sau sự cố Chernobyl. Trình bày chi tiết hai hướng xử lý actinit thứ cấp ($Np, Am, Cm$): chuyển đổi hạt nhân thành đồng vị sống ngắn bằng lò phản ứng nơtron nhanh/máy gia tốc, hoặc cô lập chôn sâu địa chất.
• Cơ chế tách actinit thứ cấp khỏi lanthanit: Đề cập đến khó khăn do tính chất hóa học tương đồng giữa các nguyên tố nhóm f hóa trị 3. Cập nhật các tác nhân chiết hiện đại trong quy trình DIAMEX (phối tử chứa nhóm diamit, malonamit, diglycolamit) và SANEX, đạt hệ số tách chọn lọc từ hàng chục đến hàng trăm lần.
• Ứng dụng hóa dược phóng xạ: Khảo sát vai trò của đồng vị phát tia $\gamma$ đồng năng $^{99m}\text{Tc}$ gắn trên các phân tử chỉ thị sinh học phục vụ chẩn đoán chức năng tim, não, thận thông qua thiết bị ghi hình SPECT, SPECT/CT và Gamma Camera; nguyên lý sử dụng bức xạ hạt nhân phá hủy chọn lọc tế bào khối u.
• Nghiên cứu nguyên tố siêu actinit: Bổ sung phương pháp nghiên cứu các nguyên tố siêu nặng mới được điều chế trong phòng thí nghiệm với chu kỳ bán rã cực ngắn (khoảng 1 phút), đòi hỏi các kỹ thuật chiết tách động học nhanh.

---

Đối tượng sử dụng giáo trình

• Học viên cao học và nghiên cứu sinh: Tài liệu giảng dạy bắt buộc theo chương trình đào tạo sau đại học chuyên ngành Hóa học (Hóa vô cơ, Hóa phân tích, Hóa lý thuyết và Hóa lý).
• Sinh viên đại học năm thứ 3 và năm thứ 4: Tài liệu chuyên khảo chuyên sâu cho sinh viên các ngành Hóa học, Kỹ thuật Hạt nhân, Vật lý Hạt nhân, Khoa học Môi trường và Công nghệ Hóa học.
• Điều kiện tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành khối kiến thức về Hóa học đại cương, Hóa học vô cơ, Vật lý đại cương (phần nguyên tử và bức xạ), cùng kiến thức Toán giải tích (phương trình vi phân tuyến tính).
• Giảng viên và chuyên gia nghiên cứu: Cung cấp tài liệu tham khảo chuẩn mực cho cán bộ nghiên cứu tại các viện hạt nhân, cơ sở y học hạt nhân, trung tâm quan trắc cảnh báo bức xạ môi trường và cơ quan quản lý an toàn bức xạ.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với đối tượng nào?

Giáo trình được biên soạn phục vụ học viên cao học, nghiên cứu sinh ngành Hóa học, sinh viên đại học năm cuối các ngành khoa học tự nhiên – kỹ thuật hạt nhân, cùng các kỹ sư, nghiên cứu viên đang làm việc trong lĩnh vực liên quan đến bức xạ và đồng vị phóng xạ.

2. Người học cần chuẩn bị kiến thức nền tảng gì trước khi đọc?

Cần nắm vững kiến thức hóa học vô cơ (đặc biệt là tính chất nhóm actinit, lanthanit, phản ứng tạo phức và phản ứng trao đổi ion), vật lý nguyên tử cơ bản và kỹ năng giải phương trình vi phân toán học để tiếp thu các bài toán động học phân rã.

3. Giáo trình có điểm gì khác biệt so với các tài liệu vật lý hạt nhân?

Khác với sách vật lý hạt nhân tập trung thuần túy vào cấu trúc hạt nhân và phản ứng tán xạ, giáo trình này tiếp cận theo góc độ Hóa học: tập trung vào trạng thái hóa học của các nguyên tố ở nồng độ siêu loãng ($10^{-10}% - 10^{-12}%$), động học trao đổi đồng vị, phản ứng của nguyên tử nóng, công nghệ phân tách hóa lý (đồng kết tủa, chiết dung môi PUREX/DIAMEX) và hóa dược phóng xạ.

4. Làm thế nào để tự học giáo trình đạt hiệu quả cao?

Nên học tuần tự theo tiến trình 6 chương: nắm chắc định luật phân rã và cân bằng phóng xạ ở Chương 1, cơ chế truyền năng lượng ở Chương 2, trước khi nghiên cứu các hệ phản ứng phức tạp và quy trình công nghệ chiết tách ở Chương 4 và 5. Cần tự giải các ví dụ định lượng về hoạt độ và chu kỳ bán rã đi kèm trong văn bản.

5. Tài liệu có đề cập đến các vấn đề an toàn và môi trường không?

Có. Vấn đề tác dụng sinh học của bức xạ, an toàn phóng xạ, kỹ thuật xử lý chất thải phóng xạ (khí, lỏng, rắn) và phương pháp quan trắc hóa học phóng xạ môi trường được trình bày chi tiết ở Chương 2 và Chương 5.

---

Kết luận

Giáo trình Hóa học phóng xạ (Phần 1): Lý thuyết & ứng dụng của Bùi Duy Cam là tài liệu học thuật hoàn chỉnh, hệ thống hóa toàn diện các nguyên lý từ phân rã hạt nhân, tương tác bức xạ ion hóa đến công nghệ xử lý nhiên liệu và ứng dụng đồng vị trong phân tích, công nghiệp và y tế.

Tài liệu vạch rõ lộ trình học tập khoa học: đi từ bản chất cấu tạo vi mô của hạt nhân, các quy luật biến đổi phóng xạ, cơ chế phân tách dung dịch siêu loãng đến các bài toán công nghệ hạt nhân hiện đại. Để mở rộng kiến thức, người học nên kết hợp tra cứu các bảng số liệu hạt nhân quốc tế, quy chuẩn an toàn bức xạ và các tài liệu chuyên ngành về công nghệ chiết tách actinit tiên tiến.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1. Phóng xạ và đồng vị phóng xạ. Hiện tượng phóng xạ tự nhiên. Lich sur phat hién ra hién tượng phóng Xạ.

Một số khái niệm cơ bản. Đông vị phóng xạ và nguyên tô phóng xạ. Khối lượng và năng lượng hạt nhân nguyên tử. Định luật phân rã phóng xạ.

Biểu thức toán học của định luật phân rã phóng xạ. Hãng số phân rã phóng Xạ. Chu ki bán rã và thời gian sóng trung bình. Hoạt độ phóng XẠ.

cuc nh nh HH n2 2 1x Hye, 26 1. Cân bằng phóng xạ. Khái niệm vẻ cân băng phóng xạ. Cân băng phóng xạ thế kỷ.

Cân bằng phóng xạ tạm thời. Các đạng phân rã phóng xạ.1, Phân rf anpha (0). ccc cece tne seseteneesseeeesseeesipessisseeasaees 31 1. c2 nh HH HH ng 36 1.

n2 1n k1 k1 kêu 39 Chương 2. Tương tác của bức xạ hạt nhân với vật chất. Đặc điểm của quá trình hắp thụ năng lượng. ch H111 10 nà na Hy Hye, 46 2.

Tương tác của hạt ơ và các hạt mang dién nang véi vat chat. Tương tác của bức xạ với vật chất.5, Tương tác của tỉa y với vật chất. Tương tác của nơtron với vật chất. che ưyu 62 4 HOA HOC PHONG XA 2.

Lich sir phat hién ra motron ee HH Hà HH gen 62 2. Tương tác của nơtron với vật chất. Tác dụng hóa học của bức xạ hạt nhân với vật chất. Những biên đổi hóa học cơ bản.

Đặc trưng định lượng của biến đổi hóa học dưới tác dụng của bức xạ hạt nhân. 0n ng TH H4 2 21111153 kkkv cá 67 2. Tác dụng cua bức xạ hạt nhân với kim loại. Tương tác của bức xạ hạt nhân với hợp chất vô cơ không kim loại 73 2.

Tương tác của bức xạ hạt nhân VỚI nưỚc. Tương tác của bức xạ hạt nhân với dung dịch nước. Tác dụng của bức xạ hạt nhân với hợp chất hữu cơ. Tác dụng sinh học của bức xạ hat han ooo eo 85 2.

Một số đại lượng đặc trưng cho tác dụng sinh học của bức xạ hạt nhân. Q22 nh TH nghe kh * nhà cở 85 2. Cơ chế tác dụng sinh học cia bỨc Xạ. etn tent tree terete 87 2.

Vấn để an toàn phóng xạ. reo 89 Chương 3. Hiệu ứng đồng vị và phán ứng trao đổi đồng vị. Higu tg Gbng Vi occ cece ccccccceeceecesceeeeeseseeeeteetesstseetseseneeeeteteveses 93 3.

Khái quát về hiệu ứng đồng vị. Hiệu ứng đông vị trong nghiên cứu vật lý. Hiệu ứng đồng vị trong nghiên cứu động học phản ứng. Hiệu ứng đồng vị trong cân bang hoa hoe.

Ứng dụng hiệu ứng đồng vị đề tách các đồng vị. Phản ứng trao đối đồng vị. Trao đổi đồng vVỊ. Cơ chế của phản ứng trao đổi đồng vị.

Trao đôi đông vị trong các hợp chất khác nhau. Nhiệt động học của phản ứng trao đối đồng vị. Hãng số cân bằng, hệ số trao đôi và mức độ trao đỗi. Nhiệt động học cua phan ứng trao đôi đồng V1 đồng thé.

Nhiệt động học của phản ứng trao đôi đông vị dị thê. Ứng dụng của hiện tượng trao đôi đông vị. sec 117 Chương 4. Điều chế và tách các đồng vị phóng xạ.

Các phương pháp điều chế các đồng vị phóng xạ. Điều chế đồng vị phóng xạ bằng thực hiện phản ứng hạt nhân. Một số khái niệm về phản ứng hạt nhân. Lựa chọn thiết bị.

Lựa chon loại phản ứng hạt nhân. Hiệu suất chiều xạ. Phản ứng bậc hai. LH HH Hàn kệ 130 4.

Bia hạt Whan. ccc cn nh KH nhe 135 4. Tách nguyên tử giật ÏÚI. ch Ha nhe re 140 4.

Phản ứng hạt nhân với nơtTOI. Phán ứng hạt nhân với các hạt mang điện. Tách các đồng vị phóng xạ từ sản phẩm phân hạch của urani. Sự phân hạch hạt nhân.

TS HH HH Ha HH Ha th He, 147 4. Tách các sản phẩm phân hạch. Tách và làm giàu các đồng vị phóng xạ bằng phương pháp đồng kết tủa. Trạng thái của đồng vị phóng xạ trong dung dịch siêu loãng.

Các yêu tô ánh hưởng đến trang thal cua đồng vị phóng xạ trong dung Gich. Sự phân bố vi lượng các đồng vị phóng xạ giữa dung dịch Va Pha ro NHHưc. Dinh luật đồng kết tủa. Tách các đồng vị phóng xạ bằng phương pháp chiết dung môi.

Tách các đồng vị phóng xạ bằng phương pháp hấp phụ. Hóa học nhiên liệu hạt nhân.1, Các đồng vị phóng xạ tự nhiên. Các nguyên tô phóng xạ tự nhiên. Các đồng vị phóng xạ là sản phẩm của phản ứng hạt nhân xảy ra 00130101 0n.

169 6 HOA HQC PHONG XA 5. Các đồng vị phóng xạ là sản phâm của các vụ nỗ hạt nhân trong tự nhIÊN. chen HH HH Hào nhủ 170 5. Urani và tính chất của urani.

Lịch sử phát hiện ra uranLH. ch HH Heo 170 5. Tính chất lý học của urani. Đồng vị và tính chất hạt nhân của urani.

Tính chất hóa học của urani. Các hợp chất của urani. lon urani trong dung địch. Sự tạo phỨc Của UräT1H.

Một số hợp chất khác của urani trong công nghiệp hạt nhân. Urani trong chu trình nhiên liệu hạt nhân. Thori và tính chất hóa lý của thori. Lịch sử phát hiện và các đồng vị của thori.

Tinh chat vat ly của thori. Tính chat hóa học của thori. Các hợp chất của thori. Thori trong dung địch và các muôi của thoïi.

Phức chất của thori. Ứng dụng của thori. Lich str phat na. Cac déng vi plutoni va plutoni trong tự nhiên.

Tinh chất vật lý cla plutomi o. Tính chất hoa hoc ctia plutomin. Các hợp chất của plutoni. Plutoni trong dung dịch.

Ứng dụng và điều chế plutoni. Chu trình nhiên liệu hạt nhân. eee nha nee 219 5. Tách urani từ quặng.

Xử lý quặng urani và thu hồi urani. Xử lý quặng thori và tách thort. che 227 Mục lục 7 5. Xử lý thanh nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng.

Hòa tan thanh nhiên liệu. Thu héi urani va plutonic ccecceccsetessesseesteseessetenesceseeeees 231 5. Thu hdi thori và tach Pa, *°U, cac san pham phan hach. Xử lý chất thái phóng xạ.

Xư lý khí thai phóng Xạ. Xử lý chất thai phóng xạ ở dạng lỏng. Xử lý chất thải phóng xạ dạng TẴN: .22222 22 na ye 242 Chương 6. Ứng dụng các đồng vị phóng xạ.

Tổng hợp các hợp chất đánh dâu bằng đông vị phóng xạ. Lịch sử về phương pháp đánh dấu phóng xạ. Chỉ thị phóng xạ và hợp chất đánh dấu. Phương pháp lựa chọn đồng vị làm chỉ thị phóng xạ.

Phương pháp tổng hợp các hợp chất đánh dấu. Vị trí gắn các nguyên tử phóng xạ trong phân tử. Phương pháp điều chế một số đồng vị được dùng làm chỉ thị phóng xạ. Tách các đồng vị phóng xạ từ các dãy phóng xạ.

Điều chế các đồng vị phóng xạ nhân tạo. Ứng dụng đồng vị phóng xạ trong nghiên cứu hóa học. Quan niệm nhiệt động học vẻ phân loại các phương pháp J08/180:000:-0 11. Phân loại các phương pháp chỉ thị phóng xạ.

Xác định diện tích bề mặt của chất rắn. Xác định độ tan của các chất khó tan. Phương pháp chuân độ phóng xạ. Phương pháp phân tích pha loãng đồng vị phóng xạ.

Phương pháp phân tích phóng xạ dựa trên tương tác của bức xạ với vật chất. Nguyên tắc chung. Phương pháp phân tích kích hoạt nơtron. 282 8 HOA HQC PHONG XA 6.

Ung dụng đồng vị phóng xạ trong công nghiệp. Nguyên tắc, phân loại và độ nhạy của kỹ thuật chỉ thị phóng xạ. Đồng vị phóng xạ dùng làm chất đánh dâu trong nghiên cứu lượng vết công nghiệp. Phương pháp phát hiện lỗ thủng.

Phương pháp xác định tốc độ dòng chảy. 291 Tài liệu tham khảo. nh" Ha HH HH ky 295 LOI NOI DAU Hóa học phóng xạ và vật lý hạt nhân được xem như là hai lĩnh vực khoa học sinh đôi sau khi các nhà khoa học phát hiện ra hiện tượng phân rã phóng xạ tự nhiên vào năm 1896. Kê từ đó, hóa học phóng xạ đã có những bước phát triển mạnh mẽ cả vẻ lý thuyết lẫn ứng dụng thực tiễn.

Cùng với sự phát triển chung của các chuyên ngành hóa học, ở nước ta môn “Hóa học phóng xạ” lần đầu tiên được tô chức giảng dạy cho sinh viên hệ đại học chính quy tại Khoa Hóa học, Trường Đại học Tổng hợp Hà Nội vào năm 1979 (nay là Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội) và tiếp sau đó là ở một số trường đại học khác trên cả nước. Giáo trình “Hóa học phóng xạ” này được biên soạn theo chương trình đào tạo cao học ngành Hóa học của Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, nhằm cung cấp cho người đọc những kiến thức cơ bản về lĩnh vực hóa học phóng xạ, nội dung giáo trình được trình bày trong 6 chương gồm những vấn đẻ chính sau đây: Phóng xạ và đồng vị phóng xạ, tương tác của bức xạ hạt nhân với vật chất, hiệu ứng đồng vị và phản ứng trao đôi đồng vị. điêu chế và tách các đồng vị phóng xạ, hóa học nhiên liệu hạt nhân, ứng dụng các đồng vị phóng xạ. Những điêm đặc biệt của dung dịch phóng xạ, độ độc phóng xạ và hóa phóng xạ môi trường cũng được đề cập ở các phần có liên quan.

Tác giả hy vọng cuốn sách sẽ đáp ứng được yêu câu của học viên sau đại học và sinh viên ngành hóa học cũng như của các cán bộ làm việc trong lĩnh vực khoa học có liên quan. Trong quá trình biên soạn, tác giả đã cô găng kết hợp kiến thức tích lũy được trong thời gian giảng dạy với các tài liệu tham khảo đã xuất bán trong những năm gần đây. Mặc dù vậy, không thể tránh khỏi có những sai sót. Tác giả xin chân thành cảm ơn các nhà khoa học, các đồng nghiệp đã giúp đỡ, góp ý trong quá trình biên soạn và rất mong tiếp tục nhận được ý kiến đóng góp của bạn đọc để cuốn sách ngày cảng hoàn thiện hơn.

Bùi Duy Cam Chuong I PHONG XA VA DONG VI PHONG XA 1. HIEN TUQNG PHONG XA TU NHIEN 1. Lịch sử phát hiện ra hiện tượng phóng xạ Năm 1895, W,. Rocntgen đã phát hiện ra hiện tượng khi electron tương tác với thành phía trong của bình thuy tinh đã hút chân không thì phát ra bức xạ nhìn thấy được (bức xạ huỳnh quang).

Bức xạ này sau đó được gọi là tia X. Năm 1896, trong khi nghiên cứu đề tìm hiểu bản chất của tia X, nhà vật lý người Pháp Henri Becquerel ngẫu nhiên phát hiện ra hiện tượng kính ảnh bị hóa đen khi tiếp xúc với quặng Urani mặc dù kính anh không bị chiếu sáng. Bức xạ này được gọi là tia Urani (hoặc tia Becquerel), sau đó được gọi là tia phóng xạ.