Hiện tượng phóng xạ, tia phóng xạ

1. Phóng xạ

Là quá trình phân rã tự phát của một hạt nhân không bền vững (tự nhiên hay nhân tạo). Quá trình phân rã này kèm theo sự tạo ra các hạt và có thể kèm theo sự phát ra các bức xạ điện từ. Hạt nhân tự phân rã gọi là hạt nhân mẹ, hạt nhân được tạo thành sau phân rã gọi là hạt nhân con.

Phóng xạ là phản ứng tỏa năng lượng. Hiện tượng phóng xạ chỉ do các nguyên nhân bên trong gây ra, không phụ thuộc vào các yếu tố bên ngoài.

2. Các tia phóng xạ 

+ Phóng xạ $\alpha $

Hạt nhân mẹ X phân rã tạo thành hạt nhân con Y, đồng thời phát ra tia phóng xạ $\alpha $ theo phản ứng :

$_{Z}^{A}X\to \,\,_{Z-2}^{A-4}Y+\,_{2}^{4}He$

Có thể viết gọn hơn: $_{Z}^{A}X\xrightarrow{\alpha }\,_{Z-2}^{A-4}Y$

Tia $\alpha $ là dòng các hạt nhân $_{2}^{4}He$ chuyển động với tốc độ vào cỡ ${{2.10}^{7}}\left( m/s \right)$ .

Tia $\alpha $ làm ion hóa mạnh các nguyên tử trên đường đi của nó và mất năng lượng rất nhanh. Quãng đường đi được của tia $\alpha $trong không khí chừng vài cm và trong vật rắn chừng vài $\mu m$.

Tia $\alpha $bị lệch về phía bản âm của tụ điện.

+ Phóng xạ ${{\beta }^{-}}$

Phóng xạ ${{\beta }^{-}}$ là quá trình phát ra tia ${{\beta }^{-}}$. Tia ${{\beta }^{-}}$ là dòng các electron $\left( _{-1}^{0}e \right)$.

Dạng tổng quát của quá trình phóng xạ ${{\beta }^{-}}$: $_{Z}^{A}X\xrightarrow{{{\beta }^{-}}}\,_{Z+1}^{A}Y$

+ Phóng xạ ${{\beta }^{+}}$

Phóng xạ ${{\beta }^{+}}$là quá trình phát ra tia ${{\beta }^{+}}$. Tia ${{\beta }^{+}}$ là dòng các pôzitron $\left( _{1}^{0}e \right)$ . Pôzitron có điện tích +e và khối lượng bằng khối lượng electron. Nó là phản hạt của electron.

Dạng tổng quát của quá trình phóng xạ ${{\beta }^{+}}$: $_{Z}^{A}X\xrightarrow{{{\beta }^{-}}}\,_{Z-1}^{A}Y$

Trong hai quá trình trên có phát ra các hạt $_{-1}^{0}e$ và $_{1}^{0}e$ chuyển động với tốc độ xấp xỉ tốc độ ánh sáng, tạo thành các tia ${{\beta }^{+}};{{\beta }^{-}}$. Các tia này có thể truyền đi được vài mét trong không khí và vài milimet trong kim loại.

Tuy nhiên, khi đo đạc tính toán hai quá trình phóng xạ ${{\beta }^{+}}$ và ${{\beta }^{-}}$ , các nhà Vật lí thấy rằng, định luật bảo toàn momen động lượng chưa thỏa mãn. Điều đó có nghĩa là khi tính toán đã bỏ qua sự xuất hiện một hạt trong phản ứng phóng xạ. Đó là hạt có tên là nơtrinô, có khối lượng rất nhỏ, không tích điện, kí hiệu $_{0}^{0}\nu $chuyển động với tốc độ xấp xỉ tốc độ ánh sáng. Vậy ta phải viết phương trình mô tả quá trình phóng xạ ${{\beta }^{+}}$:

$_{7}^{12}N\to \,_{6}^{12}C+\,\underbrace{_{1}^{0}e}_{{{\beta }^{+}}}+\,_{0}^{0}\nu $

Với quá trình phóng xạ ${{\beta }^{-}}$:

$_{7}^{12}N\to \,_{6}^{12}C+\,\underbrace{_{-1}^{0}e}_{{{\beta }^{-}}}+\,_{0}^{0}\widetilde{\nu }$

Trong đó: $_{0}^{0}\widetilde{\nu }$ là phản hạt của nơtrinô

+ Phóng xạ $\gamma $

Một số hạt nhân con sau quá trình phóng xạ $\alpha $ hay ${{\beta }^{+}},{{\beta }^{-}}$ được tạo ra trong trạng thái kích thích. Khi đó xảy ra tiếp quá trình hạt nhân đó chuyển từ trạng thái kích thích về trạng thái có mức năng lượng thấp hơn, và phát ra bức xạ điện từ $\gamma $, còn gọi là tia $\gamma $. Các tia $\gamma $ có thể đi qua được vài mét trong bê tông và vài cm trong chì. Tia $\gamma $ không bị lệch trong điện trường.

Các tia đi trong điện trường.