Trong hình bên, N là một mẫu phóng xạ được đặt trong một điện trường đều do hai bản kim loại phẳng song song và tích điện trái dấu tạo ra. Các tia phóng xạ phát ra từ N đập vào màn huỳnh quang F gây ra các chấm sáng. Hệ thống được đặt trong chân không.

Phát biểu nào sau đây đúng?

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

Hình bên biểu diễn sơ đồ hoạt động của cảm biến báo khói ion hóa. Nguồn phóng xạ \(\alpha\) Americium \({ }_{95}^{241} \mathrm{Am}\) được đặt giữa hai bản kim loại nối với một pin. Các hạt \(\alpha\) được phóng ra làm ion hóa không khí giữa hai bản kim loại đặt song song và nối vào hai cực của nguồn điện, cho phép một dòng điện nhỏ chạy giữa hai bản kim loại đó và chuông báo không kêu. Nếu có khói bay vào giữa hai bản kim loại, các ion trong này sẽ kết hợp với các phân tử khói và dịch chuyển chậm hơn làm cường độ dòng điện giữa hai bản kim loại giảm đi. Khi dòng điện giảm tới mức nhất định thì cảm biến báo khói sẽ gửi tín hiệu kích hoạt đến chuông báo cháy.

Nguồn phóng xạ \(\alpha\) Americium \({ }_{95}^{241} \mathrm{Am}\) chứa trong cảm biến báo khói ion hóa có khối lượng ban đầu là \(0,2025 \mu \mathrm{~g}\).

Biết hằng số phóng xạ của \({ }_{95}^{241} \mathrm{Am}\) bằng \(5,086 \cdot 10^{-11} \mathrm{~s}^{-1}\). Lấy khối lượng nguyên tử xấp xỉ bằng số khối của nguyên tử tính theo đơn vị amu và 1 năm \(=365\) ngày.

Radon là khí không màu, không mùi và không vị. Do đó không thể phát hiện chỉ bằng giác quan con người. Radon \(_{86}^{222}Rn\) là một đồng vị phân rã alpha và sinh ra hạt nhân con X với chu kỳ 3,82 ngày. Nguyên tố \(_{86}^{222}Rn\) tích tụ trong các ngôi nhà được WHO cho là nguyên nhân thứ hai gây ra bệnh ung thư phổi sau thuốc lá. Trong một khảo sát tại Bình Dương, Việt Nam người ta đo được độ phóng xạ trong 1m³ không khí chứa khoảng 11,4 triệu nguyên tử khí radon. Biết rằng độ phóng xạ an toàn của radon trong không khí vào khoảng 150 Bq/m³.

Người ta thường tính toán tuổi của các thiên thạch hay mẫu vật dựa vào độ phóng xạ của nó hay tỉ lệ giữa nó với các nguyên tố được tạo ra. Trong tình huống này ta xem xét một mẫu đá mặt trăng có tỉ lệ số nguyên tử \({ }_{18}^{40} \mathrm{Ar}\) (bền) trong số nguyên tử \({ }_{19}^{40} \mathrm{~K}\) là 10,3 . Cho rằng các nguyên tử \({ }_{18}^{40} \mathrm{Ar}\) được tạo ra bởi sự phóng xạ của \({ }_{19}^{40} \mathrm{~K}\), chu kỳ bán rã của \({ }_{19}^{40} \mathrm{~K}\) là 1,251 tỉ năm. Biết 1 năm có 365 ngày, 1 ngày 24 giờ.

Mẫu đá mặt trăng ở trên hình thành cách đây y tỉ năm. Tính y (làm tròn đến hàng phần chục).

Hình sau mô tả sơ đồ hoạt động đơn giản hóa của cảm biến khói ion hóa.

Nguồn phóng xạ \(\alpha \) từ chất phóng xạ Americium \({}_{95}^{241}\text{Am}\) có hằng số phóng xạ \(\lambda =5,{{081.10}^{-11}}~{{\text{s}}^{-1}}\)được đặt giữa hai bản kim loại kết nối với một pin. Các hạt \(\alpha \) phóng ra làm ion hóa không khí giữa hai bản kim loại, cho phép một dòng điện nhỏ chạy giữa hai bản kim loại đó và chuông báo không kêu.

Nếu có khói bay vào giữa hai bản kim loại, các ion trong này sẽ kết hợp với những phân tử khói và dịch chuyển chậm hơn làm cường độ dòng điện chạy giữa hai bản kim loại giảm đi. Khi dòng điện giảm tới mức nhất định thì cảm biến báo khói sẽ gửi tín hiệu kích hoạt chuông báo cháy.

Tại thời điểm ban đầu (t = 0) một mẫu chất phóng xạ có \({{\text{N}}_{0}}\) hạt nhân với hằng số phóng xạ là l. Sau thời gian \(\text{t}=\dfrac{1}{{}}\), tỉ lệ số hạt nhân của mẫu chất phóng xạ bị phân rã DN so với số hạt nhân ban đầu \({{\text{N}}_{0}}\) xấp xỉ bằng x%. Giá trị của x là bao nhiêu? (Làm tròn kết quả đến chữ số hàng phần mười)  

Dược chất phóng xạ FDG có thành phần là đồng vị \({}_{9}^{18}\text{F}\) với chu kì bán rã là 110 phút, được sử dụng trong chụp ảnh cắt lớp PET. Dược chất này được sản xuất bằng cách bắn phá vào các hạt đồng vị \({}_{8}^{18}\text{O}\) nhờ một loại hạt được tăng tốc bằng máy gia tốc. Trước khi chụp ảnh cắp lớp PET, bệnh nhân sẽ được tiêm liều lượng dược chất FDG để đảm bảo độ phóng xạ trên mỗi kg cân nặng là 0,1 mCi không đổi. Hai bệnh nhân cùng cân nặng, cùng sử dụng FDG trong cùng một đợt sản xuất, nhưng được tiêm ở 2 thời điểm cách nhau 55 phút. Bệnh nhân hai phải tiêm lượng FDG nhiều hơn bệnh nhân một bao nhiêu phần trăm (làm tròn kết quả đến hàng phần chục)?

Sau 3 giờ phóng xạ, số hạt nhân của một mẫu đồng vị phóng xạ chỉ còn 25% số hạt nhân ban đầu. Chu kì bán rã của đồng vị này 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.

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.

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).  

Người ta thường tính toán tuổi của các thiên thạch hay mẫu vật dựa vào độ phóng xạ của nó hay tỉ lệ giữa nó với các nguyên tố được tạo ra. Trong tình huống này ta xem xét một mẫu đá mặt trăng có tỉ lệ số nguyên tử \({ }_{18}^{40} \mathrm{Ar}\) (bền) trong số nguyên tử \({ }_{19}^{40} \mathrm{~K}\) là 10,3 . Cho rằng các nguyên tử \({ }_{18}^{40} \mathrm{Ar}\) được tạo ra bởi sự phóng xạ của \({ }_{19}^{40} \mathrm{~K}\), chu kỳ bán rã của \({ }_{19}^{40} \mathrm{~K}\) là 1,251 tỉ năm. Biết 1 năm có 365 ngày, 1 ngày 24 giờ.

Phân rã của \({ }_{18}^{40} \mathrm{~K}\) là phân rã \(\beta^{+}\)phát ra tia gamma và một neutrino. Một nguyên tử \({ }_{18}^{40} \mathrm{~K}\) phân rã sẽ tỏa ra năng lượng cỡ \(E_{1}=1460 \mathrm{MeV}\). Tính năng lượng tỏa ra trong 1 s của một mẫu vật tính theo đơn vị mJ (làm tròn đến hàng đơn vị). Cho biết mẫu vật chỉ có nguyên tử \({ }_{19}^{40} \mathrm{~K}\) và có số mol \(n=0,5 \mathrm{~mol}, 1 \mathrm{MeV}=1,6 \cdot 10^{-13} \mathrm{~J}\).

Tia phóng xạ nào có bản chất là sóng điện từ?

Trong một mẫu chất phóng xạ, tại thời điểm ban đầu \((\mathrm{t}=0)\), mẫu chất có \(\mathrm{N}_{0}\) hạt nhân. Biết hằng số phóng xạ và chu kì bán rã của chất phóng xạ này lần lượt là \(\lambda\) và \(T\). Sau đó một khoảng thời gian \(\Delta t\), số lượng hạt nhân còn lại trong mẫu chất đó \(\left(\mathrm{N}_{\mathrm{t}}\right)\) được xác định bằng biểu thức nào sao đây?

Hình bên mô tả một chiếc hộp được dùng để cất trữ chất phóng xạ. Vật liệu nào là thích hợp nhất để làm hộp?

Để giảm liều phóng xạ tiếp xúc, biện pháp nào sau đây là không hợp lí?

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

Trong y học, người ta có thể điều trị bệnh ung thư tuyến giáp bằng iodine phóng xạ. Iodine phóng xạ có thể tiêu diệt các tế bào tạo nên tuyến giáp và ung thư tuyến giáp. Một bệnh nhân đang được điều trị bằng \({ }_{53}^{131} \mathrm{I}-\) một chất phóng xạ có chu kỳ bán rã là \(\mathrm{T}=8\) ngày. Khi \({ }_{53}^{131} \mathrm{I}\) phân rã, nó phát ra bức xạ beta và chuyển thành khí xenon ( Xe ). Biết khối lượng mol của \({ }_{53}^{131} \mathrm{I}\) là \(\mathrm{M}=131 \mathrm{~g} / \mathrm{mol}\).

Hình bên biểu diễn sơ đồ hoạt động của cảm biến báo khói ion hóa. Nguồn phóng xạ \(\alpha\) Americium \({ }_{95}^{241} \mathrm{Am}\) được đặt giữa hai bản kim loại nối với một pin. Các hạt \(\alpha\) được phóng ra làm ion hóa không khí giữa hai bản kim loại đặt song song và nối vào hai cực của nguồn điện, cho phép một dòng điện nhỏ chạy giữa hai bản kim loại đó và chuông báo không kêu. Nếu có khói bay vào giữa hai bản kim loại, các ion trong này sẽ kết hợp với các phân tử khói và dịch chuyển chậm hơn làm cuờng độ dòng điện giữa hai bản kim loại giảm đi. Khi dòng điện giảm tới mức nhất định thì cảm biến báo khói sẽ gửi tín hiệu kích hoạt đến chuông báo cháy.

Máy cán vật liệu thô thành lá vật liệu có độ dày được điều chỉnh tự động là một sản phẩm ứng dụng tính chất đâm xuyên của tia phóng xạ như hình bên dưới. Biết rằng, với một nguồn phóng xạ mới, chùm tia phóng xạ sẽ giảm độ phóng xạ đi \({{\text{n}}_{0}}=8\) lần khi đi qua lá thép có độ dày tiêu chuẩn \({{\text{d}}_{0}}=6\) mm. Nếu người ta cài đặt máy để cán được lá thép có độ dày \({{\text{d}}_{1}}\) thì độ phóng xạ khi qua lá thép sẽ giảm \({{\text{n}}_{1}}={{\text{n}}_{0}}^{\frac{{{\text{d}}_{1}}}{{{\text{d}}_{0}}}}\) lần.

Dược chất phóng xạ FDG có thành phần là đồng vị \({}_{9}^{18}F\) với chu kì bán rã là 110 phút, được sử dụng trong chụp ảnh cắt lớp PET. Dược chất này được sản xuất bằng cách bắn phá vào các hạt đồng vị \({}_{8}^{18}O\) nhờ một loại hạt được tăng tốc bằng máy gia tốc. Trước khi chụp ảnh cắp lớp PET, bệnh nhân sẽ được tiêm liều lượng dược chất FDG để đảm bảo độ phóng xạ trên mỗi kg cân nặng là 0,1 mCi không đổi. Hai bệnh nhân cùng cân nặng, cùng sử dụng FDG trong cùng một đợt sản xuất, nhưng được tiêm ở 2 thời điểm cách nhau 60 phút. Bệnh nhân 2 phải tiêm lượng FDG nhiều hơn bệnh nhân 1 bao nhiêu phần trăm? (Kết quả làm tròn đến 3 chữ số có nghĩa)

Đồng vị phóng xạ Polonium \(\left( {}_{\text{84}}^{\text{210}}\text{Po} \right)\) phóng xạ \(\alpha \) để biến đổi thành đồng vị bền Lead \(\left( {}_{\text{Z}}^{\text{A}}\text{Pb} \right)\) với chu kỳ bán rã là \(\text{138}\) ngày đêm. Biết phương trình phân rã: \({}_{84}^{210}Po\to \alpha +{}_{Z}^{A}Pb\)