Phóng xạ là quá trình hạt nhân

Ngày 12/9/2014, một sự cố nghiêm trọng xảy ra tại TP.HCM khi Công ty TNHH Apave Châu Á – Thái Bình Dương báo cáo bị thất lạc một thiết bị chứa nguồn phóng xạ Iridium -\({}_{\text{ }\!\!~\!\!\text{ }}^{192}\text{Ir}\) dùng trong kiểm tra mối hàn công nghiệp. Theo hồ sơ ghi nhận vào thời điểm bàn giao thiết bị, nguồn \({}_{\text{ }\!\!~\!\!\text{ }}^{192}\text{Ir}\) có khối lượng ban đầu 5,0 g, được cất giữ trong một thiết bị bọc chì chuyên dụng. Chu kỳ bán rã của \({}_{\text{ }\!\!~\!\!\text{ }}^{192}\text{Ir}\) là khoảng 74 ngày và mỗi phân rã phát ra tia gamma mạnh. Một năm sau sự cố, các nhà chức trách tiến hành rà soát lại các thiết bị còn tồn đọng, đồng thời đo hoạt độ còn lại để xác định mức độ nguy hiểm.

Ước tính rằng 2,42.10²³ phân tử MIC tạo thành một liều lượng nguy hiểm cho con người, số lượng người tối đa có thể bị đe dọa bởi lượng MIC còn lại trong khoang chứa là bao nhiêu?

Một công ty dược phẩm cao cấp sử dụng công nghệ chống hàng giả bằng cách gắn vào tem sản phẩm một lượng cực nhỏ chất phóng xạ có chu kỳ bán rã xác định, không gây nguy hiểm cho người sử dụng. Để kiểm tra nguồn gốc sản phẩm, nhân viên kỹ thuật sử dụng đầu dò chuyên dụng để phát hiện tín hiệu phóng xạ. Mỗi loại tem được thiết kế với một loại đồng vị khác nhau, tạo nên "chữ ký hạt nhân" riêng cho từng dòng sản phẩm.

Giả sử một loại tem sử dụng đồng vị \({}_{\text{ }\!\!~\!\!\text{ }}^{60}\text{Co}\) (phát ra tia gamma, chu kỳ bán rã T = 5,3 năm) với hoạt độ ban đầu là 8,0 kBq.

Sau thời gian bao lâu thì độ phóng xạ của đồng vị \({}_{\text{ }\!\!~\!\!\text{ }}^{60}\text{Co}\) trong tem giảm còn 1,0 kBq?

Một khối chất phóng xạ ban đầu có N₀ hạt nhân mẹ. Chu kỳ bán rã được định nghĩa là khoảng thời gian để khối chất phóng xạ phân rã còn lại

Để xác định máu trong cơ thể một bệnh nhân, bác sĩ tiêm vào máu người đó 10 cm³ một dung dịch chứa \({}_{11}^{24}Na\) có chu kì bán rã 15 giờ với nồng độ 10^-3 mol/lít.

Trong một phòng thí nghiệm hạt nhân, các nhà khoa học sử dụng đồng vị bền \({ }_{25}^{55} \mathrm{Mn}\) để nghiên cứu sự phân rã hạt nhân. Họ tiến hành chiếu một chùm nơtron vào một mẫu mangan \({ }_{25}^{55} \mathrm{Mn}\) để tạo ra đồng vị phóng xạ \({ }_{25}^{56} \mathrm{Mn}\). Sau khi quá trình bắn phá hoàn tất, tỉ lệ giữa số nguyên tử \({ }_{25}^{56} \mathrm{Mn}\) so với \({ }_{25}^{55} \mathrm{Mn} 1 a ̀ ~ 10^{-8}\). Đồng vị \({ }_{25}^{56} \mathrm{Mn}\) có chu kỳ bán rã là 2,5 giờ và phát ra tia \(\beta^{-}\)được ứng dụng trong y học để đo lường liều phóng xạ. Sau 15 giờ kể từ khi quá trình bắn phá kết thúc, tỉ số giữa nguyên tử của hai loại hạt trên là \(\mathrm{x} \cdot 10^{-10}\). Giá trị của x là bao nhiêu? (làm tròn kết quả đến chữ số phần trăm).

. Cobalt-60 là một chất phóng xạ phát ra tia gamma và được ứng dụng để tiêu diệt tế bào ung thư, khử trùng dụng cụ y tế, hoặc kiểm tra chất lượng trong công nghiệp. Hạt Cobalt-60 phân rã phóng xạ theo phương trình \({ }^{27} \mathrm{Co} \rightarrow{ }_{28}^{60} \mathrm{Ni}+\mathrm{X}+{ }_{0}^{0} \mathrm{v}_{\mathrm{e}}\), hạt X được phát ra là

Đồng vị phóng xạ \({ }_{84}^{210} \mathrm{Po}\) có chu kì bán rã là 138,4 ngày. Xét một mẫu chất đang chứa \(\mathrm{N}_{0}\) hạt nhân \({ }_{84}^{210} \mathrm{Po}\) (tại thời điểm ban đầu). Sau bao lâu kể từ thời điểm ban đầu thì tỉ số giữa số hạt nhân \({ }_{84}^{210} \mathrm{Po}\) đã phân rã thành hạt nhân khác và số hạt nhân \({ }_{84}^{210} \mathrm{Po}\) còn lại bằng 3 ?

\({}_{92}^{238}\text{U}\) trong các mẫu đá uraninite là một chất phóng xạ, sau nhiều lần phân rã liên tiếp có thể tạo ra hạt nhân \({}_{82}^{206}\text{Pb}\). Bỏ qua các hạt nhân sản phẩm trung gian do thời gian sống của chúng rất ngắn, phương trình phóng xạ như sau:

                              \({}_{92}^{238}\text{U}\to ~{}_{82}^{206}\text{Pb}+x\alpha +y{{\beta }^{-}}.\)

Khảo sát một mẫu đá uraninite với thành phần ban đầu chỉ gồm \({}_{92}^{238}\text{U}\). Tỉ lệ khối lượng \({}_{92}^{238}\text{U}\) còn lại và khối lượng \({}_{82}^{206}\text{Pb}\) là \(0,0453\). Chu kỳ bán rã của \({}_{92}^{238}\text{U}\) là \(4,{{5592.10}^{9}}~\text{n }\!\!\breve{\mathrm{a}}\!\!\text{ m}\). Khối lượng mol của \({}_{92}^{238}\text{U}\) là \(238\text{ }\!\!~\!\!\text{ g}/\text{mol}\), khối lượng mol của \({}_{82}^{206}\text{Pb}\) là \(206\text{ }\!\!~\!\!\text{ g}/\text{mol}\).

Tính giá trị của \(x+y\).

Đồ thị trong hình bên biểu diễn sự thay đổi độ phóng xạ của một mẫu chất phóng xạ b+ theo thời gian. Ban đầu (tại thời điểm \(\text{t}=0\) s) mẫu chất phóng xạ này nguyên chất.

Poloni \({}_{84}^{210}\text{Po}\) là một chất phóng xạ α có chu kì bán rã 138 ngày và biến đổi thành hạt nhân chì \({}_{82}^{206}\text{Pb}\). Ban đầu \(\left( t~=~0 \right)\), một mẫu có khối lượng 85,0 g, trong đó 40% khối lượng của mẫu là chất phóng xạ \({}_{84}^{210}\text{Po}\), phần còn lại không có tính phóng xạ. Giả sử toàn bộ các hạt α sinh ra trong quá trình phóng xạ đều thoát ra khỏi mẫu.

Độ phóng xạ của mẫu tại thời điểm ban đầu là \(x{{.10}^{14}}\text{Bq}\). Tìm \(x\) (kết quả làm tròn đến hàng đơn vị).  

Máy chiếu xạ sử dụng nguồn phóng xạ \(\beta^{-}\)cobalt \({ }_{27}^{60}\) Co với chu kì bán rã 5,27 năm (1 năm bằng 365 ngày) để điều trị ung thư. Nguồn phóng xạ trong máy sẽ cần được thay mới nếu như độ phóng xạ của nó giảm còn bằng một nửa độ phóng xạ ban đầu. Các phát biểu dưới đây là đúng hay sai?

Đồng vị Iodine ( \({ }_{53}^{131} \mathrm{I}\) ) là chất phóng xạ \(\beta^{-}\)được sử dụng trong y học để điều trị các bệnh liên quan đến tuyến giáp. Chất này có chu kỳ bán rã là 8,04 ngày. Một bệnh nhân được chỉ định sử dụng liều Iodine131 với độ phóng xạ ban đầu là \(\mathrm{H}_{0}=5,20 \cdot 10^{8} \mathrm{~Bq}\). Coi rằng \(85 \%\) lượng Iodine \(\left({ }_{53}^{131} \mathrm{I}\right)\) trong liều đó sẽ tập trung tại tuyến giáp. Bệnh nhân được kiểm tra tuyến giáp lần thứ nhất ngay sau khi dùng liều và lần thứ hai sau 48 giờ. Biết khối lượng mol nguyên tử của Iodine là \(127 \mathrm{~g} / \mathrm{mol}\).

Quy tắc nào sau đây không nên áp dụng khi làm việc với chất phóng xạ?

Trong mỗi ý a), b), c), d) ở mỗi câu, thí sinh chọn đúng hoặc sai.

Trong lĩnh vực y học, đồng vị phóng xạ \({ }_{53}^{131} \mathrm{I}\), với chu kỳ bán rã 8 ngày, được sử dụng rộng rãi trong điều trị các bệnh liên quan đến ung thư tuyến giáp. Giả sử một bệnh nhân trong liệu trình điều trị nhận được liều thuốc chứa \({ }_{53}^{131} \mathrm{I}\) với độ phóng xạ \(\mathrm{H}_{0}=2,5 \cdot 10^{15} \mathrm{~Bq}\) tại thời điểm mẫu thuốc vừa được sản xuất.

Trong thí nghiệm dưới đây, một mẫu phóng xạ M được đặt trong chân không, phát ra ba loại tia phóng xạ α, β^-, và γ, được cho đi qua một điện trường đều tạo ra bởi hai bản kim loại song song tích điện trái dấu. Hình bên minh họa quỹ đạo của các tia này khi chúng đi qua điện trường. Dựa trên hướng lệch của các tia trong điện trường, hãy xác định đặc điểm về điện tích của các tia này.

Chất phóng xạ cobalt \(_{}^{60}Co\) dùng trong y tế có chu kì bán rã 5,33 năm và khối lượng nguyên tử là 58,9 amu. Ban đầu có 500 g \(_{}^{60}Co\).

Khối lượng \(_{}^{60}Co\) còn lại sau 12 năm là

Đồng vị xenon (\(^{133}\)Xe) là chất phóng xạ \(\beta^-\) có chu kì bán rã là 5,24 ngày. Trong y học, hỗn hợp khí chứa xenon được sử dụng để dánh giá độ thông khí của phổi người bệnh. Một người bệnh được chỉ định sử dụng liều xenon có độ phóng xạ 3,18.10\(^8\) Bq. Coi rằng 85,0% lượng xenon trong liều đó lắng đọng tại phổi. Người bệnh được chụp ảnh phổi lần thứ nhất ngay sau khi hít khí và lần thứ hai sau đó 24,0 giờ. Biết khối lượng mol nguyên tử của xenon là 133 g/mol.

Pôlôni \({}_{84}^{210}\text{Po}\) là một đồng vị phóng xạ có chu kỳ bán rã ngắn, trong quá trình phân rã, nó biến đổi thành chì bền \({}_{82}^{206}\text{Pb}\). Hình bên là đồ thị biểu diễn sự thay đổi số hạt nhân Pôlôni \({}_{84}^{210}\text{Po}\) và số hạt nhân chì \({}_{82}^{206}\text{Pb}\) theo thời gian t.

Chất phóng xạ polonium \({ }_{84}^{210} \mathrm{Po}\) phát ra tia \(\alpha\) và biến đổi thành chì \({ }_{82}^{206} \mathrm{~Pb}\). Biết chu kì bán rã của polonium là 138 ngày.

Ban đầu \((t=0)\), mẫu polonium \({ }_{84}^{210} \mathrm{Po}\) nguyên chất có số hạt là \(N_{0}\). Tỉ số khối lượng của \({ }_{82}^{206} \mathrm{~Pb}\) và \({ }_{84}^{210} \mathrm{Po}\) trong mẫu chất tại \(\mathrm{t}=828\) ngày là bao nhiêu (làm tròn đến hàng đơn vị)?

Để đo chu kì bán rã của một chất phóng xạ người ta cho máy đếm xung bắt đầu đếm từ thời điểm t = 0 đến thời điếm t₁ = 2 h máy đếm được n xung, đến thời điếm t₂ = 6 h, máy đếm được 2,3n xung. Xác định chu kì bán rã của chất phóng xạ này là bao nhiêu giờ. (Làm tròn đến hàng phần trăm)