Khóa Luận Tốt Nghiệp Về Nghiên Cứu Vật Lý Hạt Nhân và Hiện Tượng Phóng Xạ Tự Nhiên

Khóa luận tốt nghiệp nghiên cứu tốt nghiệp vật lý nghiên cứu vật lý hạt nhân hiện tượng phóng xạ tự nhiên ứng dụng của hiện tượng, vận dụng lý thuyết vào thực tế, đề xuất giải

• Tác giả: Trương Thị Bảo Khuyên
• Người hướng dẫn: NGÔ DUY CHU
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Tp. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Vật Lý
• Đề tài: Khóa Luận Tốt Nghiệp Vật Lý Nghiên Cứu Vật Lý Hạt Nhân Hiện Tượng Phóng Xạ Tự Nhiên Ứng Dụng Của Hiện Tượng Phóng Xạ Đo Chu Kỳ Bán Rã Của 56Ba137
• Loại tài liệu: Luận Văn Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2000
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI NÓI ĐẦU
• 1. Chương 1: LÝ THUYẾT
• 1.1. Cấu tạo nguyên tử
• 1.2. Hiện tượng phóng xạ
• 1.3. Các phương pháp đo cường độ phóng xạ
• 1.4. Ứng dụng các chất đồng vị phóng xạ
• 1.5. Ứng dụng các chất đồng vị phóng xạ ở nước ta
• 2. Chương 2: THỰC HÀNH
• 2.1. Nguyên tắc hoạt động
• 2.2. Dụng cụ thí nghiệm
• 2.3. Tiến hành thí nghiệm
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về khóa luận tốt nghiệp vật lý hạt nhân

Khóa luận tốt nghiệp về vật lý hạt nhân tập trung vào nghiên cứu hiện tượng phóng xạ tự nhiên và ứng dụng của nó trong việc đo chu kỳ bán rã của đồng vị 56Ba137. Nghiên cứu này không chỉ giúp sinh viên hiểu rõ hơn về các khái niệm cơ bản trong vật lý hạt nhân mà còn mở ra hướng đi mới cho các ứng dụng thực tiễn trong nhiều lĩnh vực.

1.1. Khái niệm về vật lý hạt nhân và phóng xạ

Vật lý hạt nhân nghiên cứu cấu trúc và hành vi của hạt nhân nguyên tử. Hiện tượng phóng xạ là quá trình mà một hạt nhân không ổn định phát ra bức xạ để đạt trạng thái ổn định hơn.

1.2. Tầm quan trọng của nghiên cứu phóng xạ

Nghiên cứu về phóng xạ tự nhiên có ý nghĩa quan trọng trong nhiều lĩnh vực như y học, công nghiệp và nghiên cứu khoa học. Nó giúp phát triển các công nghệ mới và cải thiện chất lượng cuộc sống.

II. Vấn đề và thách thức trong nghiên cứu phóng xạ

Mặc dù hiện tượng phóng xạ mang lại nhiều lợi ích, nhưng cũng tồn tại nhiều thách thức trong việc nghiên cứu và ứng dụng. Các vấn đề như an toàn bức xạ, quản lý chất thải phóng xạ và sự hiểu biết của cộng đồng về phóng xạ cần được giải quyết.

2.1. An toàn bức xạ trong nghiên cứu

An toàn bức xạ là một trong những vấn đề quan trọng nhất trong nghiên cứu vật lý hạt nhân. Cần có các biện pháp bảo vệ để đảm bảo an toàn cho người nghiên cứu và cộng đồng.

2.2. Quản lý chất thải phóng xạ

Quản lý chất thải phóng xạ là một thách thức lớn. Cần có các phương pháp hiệu quả để xử lý và lưu trữ chất thải này một cách an toàn.

III. Phương pháp nghiên cứu chu kỳ bán rã của 56Ba137

Để đo chu kỳ bán rã của đồng vị 56Ba137, các phương pháp hiện đại như kỹ thuật đo chu kỳ bán rã được áp dụng. Những phương pháp này giúp xác định chính xác thời gian mà một nửa số hạt nhân phân rã.

3.1. Kỹ thuật đo chu kỳ bán rã

Kỹ thuật đo chu kỳ bán rã bao gồm việc sử dụng các thiết bị hiện đại để theo dõi sự phân rã của hạt nhân. Điều này giúp thu thập dữ liệu chính xác về thời gian phân rã.

3.2. Phân tích dữ liệu và kết quả

Sau khi thu thập dữ liệu, việc phân tích sẽ giúp xác định chu kỳ bán rã của 56Ba137. Kết quả này có thể được so sánh với các giá trị đã biết để kiểm tra độ chính xác.

IV. Ứng dụng thực tiễn của hiện tượng phóng xạ

Ứng dụng của phóng xạ rất đa dạng, từ y học đến công nghiệp. Trong y học, phóng xạ được sử dụng để chẩn đoán và điều trị bệnh, đặc biệt là ung thư. Trong công nghiệp, nó giúp kiểm tra chất lượng và an toàn sản phẩm.

4.1. Ứng dụng trong y học

Trong y học, chất đồng vị phóng xạ được sử dụng để chẩn đoán và điều trị nhiều loại bệnh. Ví dụ, tia phóng xạ có thể giúp xác định vị trí khối u và điều trị hiệu quả.

4.2. Ứng dụng trong công nghiệp

Trong công nghiệp, phóng xạ được sử dụng để kiểm tra chất lượng sản phẩm và phát hiện các lỗi trong quy trình sản xuất. Điều này giúp nâng cao hiệu quả và an toàn trong sản xuất.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu phóng xạ

Nghiên cứu về hiện tượng phóng xạ và ứng dụng của nó trong đo chu kỳ bán rã của 56Ba137 mở ra nhiều cơ hội mới cho khoa học và công nghệ. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều tiến bộ trong các lĩnh vực khác nhau.

5.1. Tương lai của nghiên cứu vật lý hạt nhân

Nghiên cứu vật lý hạt nhân sẽ tiếp tục phát triển, với nhiều ứng dụng mới trong y học, công nghiệp và nghiên cứu khoa học. Điều này sẽ góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống.

5.2. Khuyến khích nghiên cứu và phát triển

Cần khuyến khích các nghiên cứu và phát triển trong lĩnh vực vật lý hạt nhân để khai thác tối đa tiềm năng của phóng xạ trong cuộc sống hàng ngày.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Vật lý hạt nhân và bức xạ ion hóa là một trong những trụ cột khoa học đặt nền móng cho cuộc cách mạng kỹ thuật hiện đại. Ở cấp độ hạ nguyên tử, đường kính hạt nhân chỉ đạt khoảng $10^{-14}$ mét so với kích thước $10^{-10}$ mét của toàn bộ nguyên tử, nghĩa là đường kính nguyên tử lớn gấp 10.000 lần đường kính hạt nhân. Tuy nhiên, hạt nhân lại tập trung tới hơn 99,94% tổng khối lượng của toàn bộ hệ thống nguyên tử. Vấn đề cốt lõi đặt ra trong nghiên cứu là làm sáng tỏ bản chất của các quá trình biến đổi nội tại hạt nhân, nắm bắt quy luật phân rã phóng xạ tự nhiên lẫn nhân tạo, và tối ưu hóa phương pháp thực nghiệm đo đạc chu kỳ bán rã của các đồng vị đời sống ngắn phục vụ ứng dụng thực tế.

Mục tiêu cụ thể của luận văn tập trung vào ba nhiệm vụ trọng tâm: hệ thống hóa cơ sở lý thuyết về cấu tạo hạt nhân và bản chất bốn loại tia phóng xạ chính; phân tích toàn diện mạng lưới ứng dụng bức xạ trong công nghiệp, y sinh học, nông nghiệp và quan trắc môi trường; đồng thời xây dựng quy trình thực nghiệm chuẩn xác nhằm xác định chu kỳ bán rã của đồng vị Barium-137m.

Nghiên cứu được triển khai tại Khoa Vật lý thuộc Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh, kết hợp tham chiếu sâu rộng nguồn số liệu thực địa và kỹ thuật phân tích hạt nhân từ Viện Nghiên cứu Hạt nhân Đà Lạt kể từ khi tái vận hành lò phản ứng năm 1984. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của công trình thể hiện rõ qua việc chuẩn hóa quy trình đo lường với độ chính xác cao, ghi nhận sai số chu kỳ bán rã thực nghiệm dưới 0,8%, cung cấp tài liệu sư phạm giá trị cho công tác đào tạo chuyên ngành vật lý hạt nhân tại các cơ sở giáo dục đại học trên cả nước.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu vận dụng nền tảng mô hình nguyên tử Rutherford và Bohr, kết hợp mô hình cấu trúc hạt nhân proton-neutron của Ivanenko và Heisenberg. Hạt nhân được tạo thành từ các nucleon với tổng khối lượng chuẩn $1\text{ u} \approx 1,66058 \times 10^{-27}\text{ kg}$. Trong tự nhiên, các nguyên tố có thể tồn tại dưới nhiều dạng đồng vị với cùng số proton nhưng khác số neutron, điển hình như Carbon gồm đồng vị bền C-12 chiếm 98,892% và đồng vị C-13 chiếm 1,108%.

Bốn khái niệm then chốt cấu thành khung phân tích lý thuyết:

• Bản chất các bức xạ hạt nhân: Tia alpha ($\alpha$) là dòng hạt nhân Heli-4 mang điện tích dương, có khả năng ion hóa mạnh nhưng sức xuyên thấu kém, bị chặn lại bởi lá nhôm dày 1 mm; tia beta trừ ($\beta^-$) và beta cộng ($\beta^+$) là dòng electron hoặc positron chuyển động với vận tốc xấp xỉ vận tốc ánh sáng; tia gamma ($\gamma$) là sóng điện từ bước sóng cực ngắn mang năng lượng cao, dễ dàng xuyên qua tấm nhôm dày 5 mm.
• Định luật phân rã phóng xạ Rutherford-Soddy: Hoạt độ phóng xạ suy giảm theo hàm mũ theo thời gian qua biểu thức $N(t) = N_0 e^{-\lambda t}$, trong đó hằng số phân rã liên hệ trực tiếp với chu kỳ bán rã theo công thức $\lambda = \frac{\ln 2}{T} \approx \frac{0,693}{T}$.
• Phương pháp nguyên tử đánh dấu: Dựa trên sự tương đồng tuyệt đối về mặt hóa học giữa đồng vị bền và đồng vị phóng xạ của cùng một nguyên tố để theo dõi lộ trình di chuyển của vật chất với độ nhạy phát hiện cao hơn hàng nghìn lần các phản ứng phân tích thông thường.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng nguồn dữ liệu thực nghiệm thu được từ quá trình chiết tách đồng vị phóng xạ nhân tạo Barium-137m phát sinh từ nguồn mẹ Cesium-137. Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm 2 ml dung môi chứa hạt nhân Barium-137m được trích ly trực tiếp qua máy tạo đồng vị bằng syringe trong khoảng thời gian từ 10 đến 20 giây. Phương pháp chọn mẫu là trích ly hóa học chọn lọc pha lỏng, cho phép cô lập đồng vị phóng xạ đời sống ngắn với độ tinh khiết cao nhằm loại trừ nhiễu nền từ nguồn mẹ.

Quy trình phân tích sử dụng hệ đo đếm Geiger-Muller tích hợp bộ khuếch đại xung, máy phân tích biên độ và giao diện ghép nối CASSY truyền dữ liệu thời gian thực sang máy tính. Lý do lựa chọn hệ đo Geiger-Muller là khả năng đáp ứng xung tức thời cực nhạy đối với dòng hạt beta, hoạt động ổn định ở điện áp phân cực buồng đếm trong dải từ 0 đến 740 V và khả năng ghi nhận các dòng điện ion hóa vi mô ở mức $10^{-11}\text{ A}$. Timeline thực nghiệm được tiến hành đo liên tục trong khoảng thời gian 1.800 giây, dữ liệu xung đếm được lấy mẫu tự động theo các khoảng thời gian định trước từ 10 giây đến 100 giây.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình phân tích thực nghiệm và tổng quan ứng dụng đã ghi nhận bốn phát hiện mang tính then chốt:

• Chu kỳ bán rã thực nghiệm của Barium-137m được xác lập chính xác ở mức $T = 2,59 \pm 0,02$ phút (tương đương 155,4 giây). Giá trị này đạt độ tương đồng vượt trội khi so sánh với giá trị lý thuyết quốc tế là 2,55 phút, với tỷ lệ sai lệch chỉ đạt khoảng 0,77%.
• Số lượng hạt phân rã tích lũy $n(t)$ tăng trưởng tiệm cận theo thời gian theo đúng mô hình hàm mũ $N_0(1 - e^{-\lambda t})$. Số xung ghi nhận được nhảy vọt từ 7.149 xung tại mốc 260 giây lên 8.577 xung tại mốc 520 giây, đạt 9.486 xung ở mốc 920 giây và bão hòa hoàn toàn ở mức trên 9.500 xung khi thời gian đo đạt ngưỡng 1.800 giây.
• Hiệu năng dẫn truyền dinh dưỡng thực vật bằng đồng vị đánh dấu Phốtpho-32 (năng lượng beta 1,72 MeV, chu kỳ bán rã 14,3 ngày) chứng minh tốc độ lưu thông dưỡng chất đạt từ 60 cm/h đến 280 cm/h tùy thuộc vào độ ẩm không khí.
• Tại Việt Nam, kỹ thuật đánh dấu phóng xạ của Viện Nghiên cứu Hạt nhân Đà Lạt giải quyết triệt để bài toán sa bồi luồng tàu cảng Hải Phòng, định lượng chính xác lớp sa bồi linh động đáy biển có độ dày trung bình 25 cm di chuyển theo hướng Bắc - Nam và Bắc - Tây - Bắc dưới tác động của gió mùa Đông Nam.

Thảo luận kết quả

Sự suy giảm hoạt độ bức xạ của Barium-137m phản ánh bản chất của trạng thái kích thích hạt nhân chuyển đổi đồng phân phát tia gamma và beta. Dữ liệu thực nghiệm được trình bày trực quan thông qua bảng ma trận số liệu 4 mốc thời gian đối xứng và biểu đồ đường cong suy giảm số hạt chưa phân rã. Đồ thị cho thấy độ dốc ban đầu rất lớn trong 300 giây đầu tiên, sau đó thoải dần và tiệm cận trục hoành, minh chứng rõ nét cho tốc độ phân giải nhanh của đồng vị đời sống ngắn.

So sánh với các nghiên cứu xạ trị sử dụng Coban-60 (tia gamma 1,17 MeV và 1,33 MeV) hoặc Cesium-137 có chu kỳ bán rã trên 30 năm, việc sử dụng các đồng vị chu kỳ siêu ngắn như Barium-137m trong phòng thí nghiệm đem lại độ an toàn bức xạ tuyệt đối, triệt tiêu hoàn toàn nguy cơ phơi nhiễm môi trường. Cơ chế phát hiện khuyết tật kim loại dày đến 20 cm bằng Coban-60 hay soi màng mỏng bằng Prometi-147 cũng khẳng định tính phổ quát của các định luật tương tác bức xạ - vật chất đã được kiểm chứng qua mô hình thực nghiệm của luận văn.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm nâng cao hiệu quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn của kỹ thuật hạt nhân trong giai đoạn mới, bốn khuyến nghị hành động chiến lược được đề xuất:

• Tự động hóa và hiện đại hóa phòng thí nghiệm hạt nhân: Nâng cấp hệ thống thu nhận dữ liệu ghép nối vi tính, tích hợp cảm biến bán dẫn silicon thay thế ống đếm Geiger truyền thống nhằm giảm sai số đo chu kỳ bán rã xuống dưới 0,01 phút và tăng tốc độ xử lý xung lên 1.000 mẫu/giây. Thời gian triển khai trong vòng 6 đến 12 tháng, do các phòng thí nghiệm vật lý thuộc các trường đại học chủ trì thực hiện.
• Ứng dụng kỹ thuật đồng vị đánh dấu trong nông nghiệp công nghệ cao: Áp dụng đồng vị Phốtpho-32 và Nitơ-15 để đánh giá chính xác nhu cầu hấp thụ phân bón qua lá và rễ theo từng giai đoạn sinh trưởng của cây trồng, hướng tới mục tiêu gia tăng 30% hiệu suất hấp thụ dinh dưỡng và cắt giảm 25% lượng phân bón dư thừa gây ô nhiễm đất. Kế hoạch triển khai 2 năm, do Viện Khoa học Nông nghiệp phối hợp các trung tâm ứng dụng hạt nhân thực hiện.
• Kiểm chuẩn an toàn bức xạ và tối ưu hóa liều xạ trị y tế: Thiết lập quy chuẩn kiểm định định kỳ đối với các nguồn xạ Coban-60, máy gia tốc tuyến tính và quy trình chẩn đoán bằng I-131 tại các bệnh viện ung bướu, đảm bảo 100% nhân viên y tế và bệnh nhân được theo dõi liều lượng bức xạ an toàn theo khuyến cáo của Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế. Thực hiện liên tục hàng quý bởi Cục An toàn Bức xạ và Hạt nhân.
• Khai thác kỹ thuật thủy văn đồng vị trong quản lý hạ tầng hàng hải: Mở rộng ứng dụng Scandi và Kẽm phóng xạ để quan trắc bùn cát bồi lắng đáy biển, hướng tới mục tiêu tiết kiệm 15% kinh phí nạo vét luồng hàng hải định kỳ tại các cụm cảng nước sâu trọng điểm. Dự án chu kỳ 3 năm một lần, do Cục Hàng hải Việt Nam phối hợp Viện Nghiên cứu Hạt nhân Đà Lạt chủ trì.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Luận văn là nguồn tư liệu chuyên khảo giá trị cho bốn nhóm độc giả mục tiêu:

• Giảng viên, nghiên cứu viên và sinh viên ngành Vật lý hạt nhân, Sư phạm Vật lý: Nắm bắt phương pháp luận thiết kế bài thí nghiệm chuẩn tắc đo chu kỳ bán rã hạt nhân, phương pháp xử lý số liệu thực nghiệm và giải thuật tính sai số thống kê cho các hệ đếm xung tự động.
• Kỹ sư Vật lý y khoa và bác sĩ chuyên khoa y học hạt nhân: Tiếp cận các nguyên lý phân rã và tương tác mô sống của các đồng vị I-131, P-32, Co-60 nhằm ứng dụng hiệu quả trong xạ trị chiếu trong, xạ trị chiếu ngoài và chẩn đoán chức năng tuyến giáp.
• Chuyên gia nông nghiệp học và công nghệ sinh học: Vận dụng phương pháp nguyên tử đánh dấu để khảo sát tốc độ chuyển hóa dưỡng chất thực vật, cơ chế quang hợp của Carbon-14 và kỹ thuật chiếu xạ đột biến tạo giống cây trồng năng suất cao.
• Kỹ sư công trình thủy văn, cảng biển và địa chất khoáng sản: Tham khảo quy trình kỹ thuật sử dụng đồng vị đánh dấu theo dõi động thái sa bồi lòng dẫn, đánh giá xói lở bờ biển và phương pháp định tuổi trầm tích phục vụ quy hoạch hạ tầng ven bờ.

Câu hỏi thường gặp

Chu kỳ bán rã của Barium-137m được xác định trong nghiên cứu là bao nhiêu?

Kết quả đo đạc thực nghiệm trên hệ đếm Geiger-Muller kết nối phần mềm CASSY ghi nhận chu kỳ bán rã của Barium-137m đạt $T = 2,59 \pm 0,02$ phút. Kết quả này chỉ sai lệch khoảng 0,77% so với giá trị lý thuyết chuẩn là 2,55 phút, chứng minh độ tin cậy vượt trội của mô hình đo.

Làm thế nào để phân biệt khả năng đâm xuyên của các tia phóng xạ?

Tia alpha gồm hạt nhân Heli có độ ion hóa rất cao nhưng bị chặn hoàn toàn bởi 1 lá nhôm dày 1 mm. Tia beta gồm các electron hoặc positron có vận tốc lớn xuyên qua được vài milimet nhôm. Tia gamma là sóng điện từ năng lượng cao chỉ suy giảm một phần khi xuyên qua tấm nhôm dày 5 mm hoặc tấm chì dày hàng chục xentimet.

Phương pháp nguyên tử đánh dấu hỗ trợ tối ưu hóa bón phân nông nghiệp ra sao?

Bằng cách trộn đồng vị phóng xạ Phốtpho-32 vào phân lân, các nhà khoa học theo dõi được tốc độ dịch chuyển dinh dưỡng trong thân cây từ 60 cm/h đến 280 cm/h. Kết quả cho thấy khi cây ra quả gần thu hoạch, rễ ngừng hút phân nhưng lá lại hấp thụ mạnh, từ đó định hình phương pháp phun phân qua lá hiệu quả.

Vì sao đồng vị I-131 lại được ứng dụng phổ biến trong điều trị tuyến giáp?

Tuyến giáp có đặc tính sinh học hấp thụ và tích tụ chọn lọc hầu hết lượng iốt đưa vào cơ thể. Khi bệnh nhân uống I-131, bức xạ beta và gamma phát ra sẽ tập trung tiêu diệt chính xác các tế bào bệnh lý và khối u tại tuyến giáp mà không gây tổn thương hay để lại vết mổ đau đớn cho người bệnh.

Nguyên lý hoạt động cơ bản của ống đếm Geiger-Muller là gì?

Ống đếm chứa khí trơ ở áp suất thấp đặt giữa hai điện cực có hiệu điện thế cao từ vài trăm đến 740 V. Khi hạt bức xạ bay qua cửa sổ mica, nó ion hóa chất khí sinh ra các electron tự do. Dưới điện trường mạnh, các electron tạo thành thác ion hóa tạo nên xung điện áp được bộ đếm ghi nhận chính xác.

Kết luận

• Luận văn đã hệ thống hóa xuất sắc toàn bộ cơ sở lý thuyết cấu trúc hạt nhân, định luật phân rã phóng xạ và bản chất bốn chùm tia ion hóa chính.
• Xác lập thành công chu kỳ bán rã thực nghiệm của đồng vị Barium-137m đạt $2,59 \pm 0,02$ phút với sai số tối thiểu so với lý thuyết.
• Tổng hợp đa chiều các ứng dụng bức xạ cốt lõi trong công nghiệp luyện kim, cơ khí, kiểm tra không phá hủy và khử trùng thực phẩm.
• Phân tích sâu sắc các giải pháp y sinh học đột phá sử dụng I-131, P-32, Co-60 và kỹ thuật đánh dấu sa bồi tại cảng Hải Phòng của Viện Nghiên cứu Hạt nhân Đà Lạt.
• Chuẩn hóa thành công mô hình thí nghiệm vật lý hạt nhân bán tự động kết nối máy vi tính phục vụ giảng dạy đại học.

Đóng góp quan trọng nhất của luận văn là đã nối liền lý thuyết hạt nhân trừu tượng với các quy trình thực nghiệm định lượng chính xác, chứng minh tính khả thi của việc khai thác công nghệ hạt nhân hòa bình phục vụ phát triển kinh tế và y tế tại Việt Nam.

Trong kế hoạch 12 đến 24 tháng tới, hướng nghiên cứu cần mở rộng sang việc ứng dụng các đầu dò nhấp nháy đa kênh và cảm biến bán dẫn thế hệ mới để đo đạc các đồng vị có chu kỳ bán rã tính bằng mili-giây. Hãy tiếp cận và ứng dụng toàn văn tài liệu nghiên cứu này để nâng cao chất lượng các đề tài vật lý thực nghiệm và dự án công nghệ hạt nhân ứng dụng!

Trích đoạn nội dung tài liệu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHAM TP. HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ e HIỆN TUGNG PHONG XA TỰ NHIÊN e UNG DUNG CUA HIỆN TUGNG PHONG XA e« ĐO CHU KỲ BANRA CUA «Ba _ —— ¡ bus ket : -- Niên khóa 1996 — 2000 = 21)347/9I 214j)J/,y9 3 PRPS EFS EES SESE RES EERE EERE ROKER EES LOI CAM ON Sau bấm nim học tập ở trường cà thời giam chun bj cho “ Xháa lugn Tél nghiệp”, đến nay co ban đã được hoan think. Dé chink là nhe ebng lao to lén của Quy Thay C6 da tin tink giáp dé cho em trong hee tập, cũng nhut trong sige thưực tiệm kítod luận nay. rước liết, em xin chan think eam on toàn thé Quij Thiy Cb trường Dai hoe Sut pham Tp.

2(á Chi Minh, suất la eae Thay Đà trong khoa Udt lj đã tận tâm truyền dat tường bai hoe quả báo oà bổ ich trong tuốt b&n nam dai hee lap. KE đến, em cảm on hấu UGO DUY CFU va Thiy AGUYER HOANG LONG đã giáp đề em rit nhiêu trong vige tuge hign lugn edn nay. Hd Chi Minh, ngày 21 tháng OS năm 2000-05-26 SVTH Trương Thị Bảo Khuyên 3FRESHEST TRENT ETE RTO O EEO EEE O TO EO RO EE EPF ELSE TEETER SETA RES TERE TAREE EE ERSTE TE 5 2)491/ygý; LOI NOI BAU of Khi nói đến vật lộ hat nhận đặc biệt là chất đẳng vị phóngxa, hdn trong chúng ta đã biết it nhiều về những ứng dụng khá phổ biển của Ệ chủng trong khoa học kỳ thuật cũng như trong đời sống hằng ngày. Trong các ngành như công nghiệp, nông nghiệp, khai khoáng.

thì chất đồng vị phóng xạ đã trở thành một công cụ không thể thiếu, nhờ chất đẳng vị phóng xạ mà mọi vấn đề phức tạp khó khăn có thể được gidi quyết một cách nhanh chóng và chính xác. Ứng dụng thành công hơn cà là trong ngành Y tế, trong lĩnh vực này, chất đồng vị phóng xạ là phương tiên quý báu trong việc chẩn đoán và chữa bệnh: Dùng tia phóng xạ có thể chữa được những căn bệnh hiểm nghèo như bệnh ung thư chẳng hạn! dùng tia phóng xạ người thầy thuốc có thể xác định một cách chính xác vị trí của khối u từ đó có phương hướng điều trị một cách có hiệu quà. Không chỉ có thế, chất đẳng vị phóng xạ còn có mặt ở các ngành tưởng chừng như ít liên quan đến khoa học kỹ thuật như: khảo cổ học, hài dương học v. Hiện nay trên thế giới cũng như ð nước ta, chất đồng vị phóng xạ đã được sử dụng khá rộng rãi.

Nhất là trong thời gian gdn đây nước ta đã có một số cơ sở nghiên cứu, cơ sở sản xuất. Đặc biệt trong y học có rất nhiều máy móc, thiết bị, dd được nhập về để chẩn đoán và chữa bệnh ở các bệnh viện trong cd nước. Luận văn này giới thiệu khái quát về hiện tượng phóng xa và những ứng dụng của chất đẳng vị phóng xạ trong các lĩnh vực nói trên. Nhằm tìm hiểu một ngành khoa học kỹ thuật hiện đại dang được phái triển trên toàn thếgiới.

Luận văn đã được hoàn thành nhưng do mới bước ddu tập làm quen với việc nghiên cứa sách vở, hơn nữa khả năng và thời gian còn hạn chế nên bài làm sẽ không tránh được những thiếu sót, em rất mong nhận được sự chỉ bảo và góp ý của Thdy Cô, cũng như bạn bè. 3 FRE RFE SE SRE REET S EEEÂVE G0 4E ii 66E NHẬXÉTC&ỦAGIÁOVÊN Luận Văn Tốt Nghiệp GSHD : NGÔ DUY CHU NỘI DUNG e&lLiw Phini: Lý thuyét I, Cấu tao nguyên tử. Hiện tượng phóng xạ. Cac phương pháp đo cường độ phóng xạ.

Ung dụng các chất đồng vị phóng xạ. — Ứng dụng các chất đổng vị phóng xạ ở nước Ia.trang 29 Phan2: THựC Hành I. Nguyên tắc hoạt động. Dung cụ thí nghiệm.

= Tiến hành thí nghiệm. trang 37 W SE || deeaom=seessesee trang 38 SUTT ưng Thy Bibo Kayes Luân Văn Tốt Nghiệp GSHD : NGO DUY CHU LÝ THUYẾT I. Cấu tạo nguyên tử Il. Hiện tượng phóng xa Ill.

Các phương pháp đo cường độ phóng xa IV. Ung dụng các chất déng vị phóng xạ V. Ung dụng các chất đổng vị phóng xạ ở nước ta SUT ung Th Bio Khugts Trang Ï _ Luân Văn Tốt Nghệp _ __GSHD NGÔ DUY CHU Nguyễn tử, bom nguyén tử, hat nhân nguyên tử. những danh từ này đã quá quen thuộc với chúng ta, vay nguyên tử là gì ? Cấu tạo như thé nào? Thành phan của nó gồm những gi? Các nhà triết gia thời cổ La-Hy đã cho rằng: nguyên tử là phan tử nhỏ nhất không thể phan chia được nữa (vi vay nguyên tử có tên là A-Tom nghĩa là không thể phân chia được nữa) thất ra nguyên tử không phải là phan tử nhỏ nhất mà nó chỉ là một phan tử vô cùng nhỏ bé mà thôi.

Năm 1895 Roctgen (người Đức) da phát hiển ra tua X, năm 1896 Bequered (người Pháp) Lin đấu tiên phát hiện ra hiện tượng kỳ la đó là - Bat mảnh Urani wong một cái hộp đắt trong một cái tẩm phim ảnh, một ít lầu sau rửa phim thì nhân thấy trên phim có những vết đen, điểu này đã chứng tỏ rằng : nguyên tử Urani đã phát ra những tia mà mất thường không nhìn thấy. Hiển tương này goi là hiên tương phóng xu Năm 1898 - 1902 hai ông bà Curies đã tìm ra nguyén tô Pôlôni và Radi có tính phóng xa manh hơn Urani rất nhiều. Với sự phát hiện ra hiện tượng phóng xa đã chứng tỏ rằng: nguyên tử không phải là phdn tử nhỏ nhất mà nguyên tử là cả một thế giới vô cùng phức tạp cần dude nghiên cứu và khám phá. Đến năm 1911 Rutherford (người Anh) đã thưc hiên thí nghiêm của mình và đã chứng tỏ ring : nguyên tử gồm có hạt nhân mang điện tích đương và các electron mang điện tích âm chuyển đông xung quanh hạt nhân.

7 — lọc, Mẫu nquyén tử Rutherford Về sau nhà vật lý hoc người Đan Mach Niels Bohr đã đưa ra mô hình của mẫu hành tinh nguyên tử, theo mẫu này thì nguyên tử có thể hình dung như môt thái đương hé, trung tâm là hạt nhân mang điện tích đương (ví như mặt trời) xung quanh hat nhân có những electron mang điện tích âm chuyển động xung quanh hat nhân theo những quỹ dao khác nhau (ví như các hành tình) các electron này sắp xếp theo từng lớp có tên như - K, L, M,N, O, P. và sốelectron trên mỗi lop SVT+ Cung Tin “âu thú Trang 2 Luan Văn Tốt Nghiệp GSHD : NGÔ DUY CHU___ có một giới hạn nhất định. Chẳng hạn, ở lớp K có tối đa là 2 electron hay lớp L nhiều nhất đến 8 electron. Hạt nhân có kích thước rất nhỏ so với kích thước của nguyên tử, đường kính của hạt nhân, 10” m còn đường kính của nguyên tử đến 10”! m, nghĩa là đường kính nguyên tử gấp 10.000 lần đường kính hạt nhân.

Hạt nhân tuy nhỏ nhưng lại chiếm phần lớn khối lượng của nguyên tử. Ta hãy lấy nguyên tử đơn giản nhất là nguyên tử Hyđro là ví dụ : nguyên tử này chỉ có 1 electron quay xung quanh hạt nhân. Ở đây electron có khối lượng m„ = 9,1 * 10°! kg, hạt nhân gồm | proton nang gấp 1836,1 lần khối lượng của electron. Như vậy ta nhân thấy rằng : hat nhân của nguyên tử H; có đường kính chỉ bằng 10° đường kính của nguyên tử mà lại chiếm đến 99,94% khối lượng nguyên tử, Năm 1933 nhà vat lý học người Anh Chadwiek đã phát hiện ra Notron là một hạt có khối lượng xấp xỉ prôton nhưng không mang điện.

Cũng vào thời điểm này, Ivanenco (người Liên Xô) và Heisenberg (người Đức) đã để ra giả thuyết cho rằng: hat nhân của nguyên tử là do hai loại hat bén vững lâu dài prôton và nơưon hợp lại Ngày nay người ta đã chứng minh được rằng: hạt nhân được tạo bởi trên 350 loại hạt khác nhau Muyôn, Piôn, Kaon. nhưng các hạt này có đời sống rất ngắn nên không tổn tại. Như vậy, có thể nói rằng : hạt nhân nguyên tử được cấu tạo bởi bai loại hạt cơ bản là prôton và nơtron, tổng số prôton bằng tổng số electron nên nguyên tử luôn trung hòa về điện (hai loại hạt này có tên chung là Nucleon) Nếu gọi Z là số proton (cũng chính là số electron) N là số nơtron A là khối lượng số Ta sẽ có: A = Z+N Trong vật lý hat nhân, đơn vị khối lượng thường được dùng gọi là khối lượng nguyên tử : 1,6605810”” kg xấp xi bằng khối lượng một nucleon. Một hạt nhân được ký hiệu 7X* X: Kí tự đầu tiên của nguyên tố Người ta đã tìm ra những chất có cùng nguyên tử số Z nhưng có khối lượng nguyên tử khác nhau ( khối lượng hạt nhân_ số nơtron khác nhau ) những chất đó có tính chất hóa học khác nhau được gọi là những chất đồng vị.

Hydro có 3 déng vị ;HÌ; ;HŸ; ;HỲ. Các pon trong thiên nhiên là do sự hợp thành của hai đồng vị „C} và (trong đó „CÌ chiếm 98,892% còn ¿C” chỉ chiếm 1,108%) LL. Hiện tưng phóng xe : L_ Dinh nghĩa: Sư phát kiến ra hiện tượng phóng xa do công trình nghiên cứu của Becquered và hai ông bà Curies di mở ra con đường mới trong lĩnh vực nghiên cứu hat nhân nguyên tử. g (áo Khuyen SE TranThi Trang 3 Luân Văn Tốt Nghiệp GSHD : NGÔ DUY CHU “ Hiện tượng phóng xạ là hiện tượng một hạt nhân tự phát biến đổi thành hạt nhân khác và phát ra những tia gọi là tia phóng xạ dưới tác dụng của điện từ trường “ Có 4 loại tia phóng xa : * alpha Tia (a } Là một dòng hat mang điện dương, mỗi hạt tạo bởi 2 prôton và 2 ndưon, hat œ chính là hat nhân của nguyên tố Heli.

Tia a có thể làm ion hóa môi trường và bị mất dẫn nang lương nên nó có sức xuyên thấu rất kém, không thể xuyên qua | lá nhôm day Imm. l Chính là dòng các electron, dưới tác dụng của trường chúng bị lệch về phía cue dương của tu. Khả năng đâm xuyên lớn hơn tia œ rất nhiều, có tác dung ion hóa kém hơn tia a, tia này có vận tốc rất lớn - gần bằng vân tốc ánh sang. Là £ a L8 H£#te+w Tia beta công (fF): : Là dòng các electron dương gọi là poziuon, nó có cùng khối lượng với electron nhưng lại mang điện tích dương, tia này bị lệch về phía cực âm của tụ, nó cũng có những tính chất tướng tự như tia '.

* gamưng Tia (£} Là những sóng điện từ như ánh sáng nhưng có bước sóng ngắn hơn Loai tia này không mang điện tích nên không bị lệch trong điện trường và nó có khả năng đâm xuyên rất lớn.