Giải SBT Vật lí 12 Chân trời sáng tạo Bài 17. Hiện tượng phóng xạ

Trong các định luật bảo toàn sau:

(1) Bảo toàn động lượng.

(2) Bảo toàn số khối.

(3) Bảo toàn khối lượng.

(4) Bảo toàn năng lượng toàn phần.

(5) Bảo toàn số proton.

Hiện tượng phóng xạ tuân theo bao nhiêu định luật bảo toàn?

A. 2.                             

B. 3.                             

C. 4.                             

D. 5.

Trong một mẫu chất phóng xạ, tại thời điểm ban đầu (t = 0), mẫu chất có N₀ hạt nhân. Biết hằng số phóng xạ và chu kì bán rã của chất phóng xạ này lần lượt là l và T. Sau đó một khoảng thời gian Δt, số lượng hạt nhân còn lại trong mẫu chất đó được xác định bằng biểu thức nào sau đây?

A. Nt=N0eλ∆t.              

B. Nt=N02∆tT.               

C. Nt=N0e-λ∆t.             

D. Nt=N02-∆t.

Trong các phát biểu sau khi nói về hiện tượng phóng xạ, có bao nhiêu phát biểu đúng?

(1) Chu kì bán rã là thời gian để một nửa số hạt nhân ban đầu bị phân rã.

(2) Mối quan hệ giữa chu kì bán rã và hằng số phóng xạ là l = T.ln 2.

(3) Trong hiện tượng phóng xạ, tia γ thường sẽ phát kèm theo các tia a và b.

(4) Độ phóng xạ là đại lượng đặc trưng cho tính phóng xạ mạnh hay yếu của một lượng chất phóng xạ.

(5) Trong hiện tượng phóng xạ, độ phóng xạ tăng dần theo thời gian với quy luật hàm số mũ.

A. 1.                             

B. 2.                             

C. 3.                             

D. 4.

Chiếu 3 chùm tia thu được từ quá trình phóng xạ hạt nhân lần lượt qua tấm giấy, nhôm và chì như Hình 17.1. Các tia 1, tia 2, tia 3 theo thứ tự lần lượt là:

A. tia b, tia a, tia g.        

B. tia a, tia b, tia g.

C. tia b, tia g, tia a.        

D. tia g, tia a, tia b.

U92238 là một đồng vị phóng xạ có hằng số phóng xạ bằng 4,916.10^-18 s^-1. Biết rằng sau một khoảng thời gian nào đó, U92238 xảy ra phóng xạ a và biến đổi thành hạt nhân con X. Trong mỗi phát biểu sau, em hãy chọn đúng hoặc sai.

a) Quá trình phóng xạ của U92238 là một phản ứng hạt nhân toả năng lượng.

b) Hạt nhân con X được tạo thành từ quá trình phóng xạ trên là U92234.

c) Chu kì bán rã của U92238 là 1,41.10¹⁷s (làm tròn đến 2 chữ số thập phân sau dấu phẩy).

d) Xét một mẫu chất tại thời điểm ban đầu chứa 0,1 g đồng vị phóng xạ U92238. Sau 100 triệu năm (xem như mỗi năm có 365 ngày), khối lượng U92238 còn lại trong mẫu chất đó khoảng 0,089 g.

P84210o là một đồng vị phóng xạ có chu kì bán rã là 138,4 ngày. Xét một mẫu chất đang chứa N₀ hạt nhân P84210o (tại thời điểm ban đầu). Sau bao lâu kể từ thời điểm ban đầu thì tỉ số giữa số hạt nhân P84210o đã phân rã thành hạt nhân khác và số hạt nhân P84210o còn lại bằng 7?

A. 415,2 ngày.               

B. 387,5 ngày.              

C. 34,6 ngày.                

D. 968,8 ngày.

Hiện nay đồng vị phóng xạ F918 được sử dụng rộng rãi trong việc chẩn đoán các bệnh ung thư nhờ vào công nghệ chụp cắt lớp bằng phát xạ positron (Positron Emission Tomography – PET). Giả sử rằng một bệnh nhân được tiêm một lượng chất phóng xạ F918 với độ phóng xạ là 350 Bq trước khi quá trình chụp ảnh diễn ra. Hỏi sau bao lâu kể từ thời điểm tiêm thì độ phóng xạ trong cơ thể bệnh nhân giảm còn 25 Bq? Biết rằng chu kì bán rã của F918 là 110 ngày.

A. 378,92 ngày.             

B. 427,93 ngày.             

C. 418,81 ngày.             

D. 125,46 ngày.

Một mẫu chất phóng xạ X phân rã theo thời gian và phát ra các hạt a. Số lượng các hạt a này được ghi nhận bởi một máy thu (ống Geiger-Muller) và được biểu diễn theo thời gian t như đồ thị ở

Hằng số phóng xạ của chất phóng xạ là

A. 0,081 s^-1.                  

B. 0,173 s^-1.                  

C. 0,231 s^-1.                  

D. 0,058 s^-1.

Cho hai mẫu chất chứa các đồng vị phóng xạ N2866i và P82208b với hoạt độ phóng xạ lần lượt là 438 Bq và 803 Bq. Trong vòng 1 giây, mẫu chất nào có số hạt nhân phân rã nhiều hơn? Vì sao?

Đặt một số nguồn phóng xạ trong vùng điện trường đều tạo bởi hai bản kim loại tích điện trái dấu như Hình 17.3. Hãy vẽ đường đi của các tia phóng xạ trong điện trường đều nếu các nguồn phóng xạ được sử dụng có thể phát ra các tia phóng xạ a, b⁺, b^-, g

Cho một mẫu chất đang chứa N₀ hạt nhân với chu kì bán rã T vào thời điểm ban đầu (t₀ = 0). Tính số hạt nhân đã phóng xạ tại thời điểm t = 2T.

Dựa vào kiến thức đã học, em hãy giải thích tại sao nhiệt độ của một mẫu chất phóng xạ luôn cao hơn nhiệt độ của môi trường xung quanh một chút.

Xác định giá trị của số khối A và số hiệu nguyên tử Z trong các phương trình phóng xạ sau:

a) B83212i→XZA+H24e.

b) T90234h→R88230a+XZA.

c) P84210o→XZA+α.

d) B512→XZA+β-+ve.

Trên thực tế, nếu một hạt nhân không bền phóng xạ tạo thành hạt nhân mới. Hạt nhân mới cũng không bền tiếp tục phân rã nhiều lần đến khi tạo thành một hạt nhân bền thì quá trình này dừng lại. Tập hợp các hạt nhân từ hạt nhân không bền đầu tiên đến hạt nhân bền cuối cùng được gọi là một họ phóng xạ. Xét sự phóng xạ của họ phóng xạ thorium (bắt đầu với T90232h và kết thúc tại Pb82208) với phương trình phóng xạ thu gọn như sau: T90232h→P82208b+xβ-+yα.

Hãy xác định giá trị của x và y.

Xét đồng vị không bền của nickel là N2866i phát ra tia phóng xạ b^- và biến thành hạt nhân con C2966u. Biết rằng khối lượng của các hạt nhân trên lần lượt là m_Ni = 65,9291 amu và m_Cu = 65,9289 amu; năng lượng toả ra của quá trình phóng xạ được xác định bởi biểu thức W = (m₁ – m₂)c² với m₁ và m₂ lần lượt là tổng khối lượng của các hạt trước và sau phản ứng.

a) Viết phương trình phân rã của N2866i

b) Tính năng lượng toả ra của quá trình phóng xạ nói trên.

Một mẫu than bùn khi được đem lên từ vùng đầm lầy cổ có chứa 980 mg đồng vị phóng xạ C614 Biết rằng chu kì bán rã của C614 là 5 730 năm. Hãy xác định:

a) khối lượng C614 chứa trong mẫu than bùn này sau 2 000 năm.

b) thời điểm tại đó khối lượng C614 trong mẫu than bùn này còn lại 100 mg.

Trong việc điều trị bệnh ung thư bằng phương pháp xạ trị hiện nay, người ta thường sử dụng máy gia tốc hạt trong việc tạo ra các hạt mang năng lượng cao để bắn phá các tế bào ung thư. Tuy nhiên, trước khi máy gia tốc hạt ra đời thì việc điều trị ung thư trong các bệnh viện trước đây lại sử dụng một nguồn phát ra tia gamma như đồng vị phóng xạ C2760o (có chu kì bán rã là 5,27 năm, mỗi năm xem như có 365 ngày). Các tia gamma phát ra từ quá trình phóng xạ của C2760o được sử dụng để tiêu diệt tế bào ung thư. Hãy tính số lượng hạt nhân C2760o chứa trong một nguồn phóng xạ có hoạt độ phóng xạ là 5800 Ci tại bệnh viện.

Một trong những nguồn cung cấp năng lượng được sử dụng cho các máy phát nhiệt điện đồng vị phóng xạ (Radioisotope Thermoelectric Generator – RTG) hiện nay là P84210o bởi nguồn năng lượng lớn mà quá trình phân rã a của hạt nhân này mang lại. Biết rằng chu kì bán rã của P84210o là 138 ngày và hạt nhân con của quá trình phóng xạ là P82206b. Nếu tại thời điểm t = 0 có một mẫu polonium nguyên chất bắt đầu phân rã thì tại thời điểm t₁, tỉ số giữa số hạt nhân P82206b tạo thành và số hạt nhân P84210o còn lại bằng 15. Tại thời điểm t₂ = t₁ + 966 ngày thì tỉ số này sẽ bằng bao nhiêu?

Trong vật lí hạt nhân, máy đo bức xạ (máy đếm/ ống đếm) Geiger-Muller được sử dụng rộng rãi trong việc đo số lượng hạt a, b bằng cách ứng dụng khả năng ion hoá của các tia bức xạ này. Số tín hiệu máy đếm được tỉ lệ thuận với số lượng hạt nhân bị phân rã. Xét hai máy đếm Geiger-Muller giống nhau lần lượt được chiếu xạ bởi hai mẫu chất phóng xạ P84210o và I53131 (mỗi hạt nhân khi phân rã chỉ phát ra một tia phóng xạ). Biết rằng các mẫu chất phóng xạ được đặt ở cùng một khoảng cách so với các máy đếm tại 2 phòng khác nhau. Nếu khối lượng của từng mẫu phóng xạ tại thời điểm ban đầu đều là 1 g thì trong vòng 1 ngày đêm đầu tiên, máy nào đếm được nhiều tín hiệu hơn? Lấy khối lượng của các hạt nhân gần bằng số khối của chúng; chu kì bán rã của P84210o và I53131 lần lượt là 138,40 ngày và 8,02 ngày; số Avogadro N_A ≈ 6,022.10²³ mol^-1.

Hiện nay, một trong những phương pháp xác định tuổi của một mẫu vật cổ thông dụng được các nhà địa chất và khảo cổ học sử dụng chính là dựa vào việc đo hoạt độ phóng xạ của đồng vị C614. Trong bài tập này, chúng ta sẽ lần lượt nghiên cứu sự hình thành C614 và ứng dụng của nó thông qua các câu hỏi dưới đây:

a) Sự tạo thành C614: Neutron năng lượng cao trong các tia vũ trụ trước khi đến bề mặt Trái Đất sẽ đi qua bầu khí quyển. Tại đó, chúng phản ứng với các hạt nhân N714 (theo tỉ lệ 1:1) và tạo thành C614 cùng với hạt nhân X. Viết phương trình phản ứng xảy ra và xác định X.

Trong quá trình tiếp theo, cứ một nguyên tử carbon được tạo thành kết hợp với hai nguyên tử oxygen trong bầu khí quyển để tạo thành một phân tử CO₂. Các sinh vật trên Trái Đất hấp thụ đồng vị C614 thông qua quá trình quang hợp, tiêu thụ thức ăn,... làm cho hàm lượng C614 duy trì ổn định. Tuy nhiên, khi sinh vật chết đi, vì không còn nguồn cung nữa nên hàm lượng C614 trong sinh vật đó sẽ giảm xuống do phân rã b^- với chu kì bán rã là 5 730 năm.

b) Em hãy viết phương trình phân rã của C614.

c) Xét một mảnh gỗ hoá thạch có khối lượng carbon chứa trong đó là 220 g. Tại thời điểm nghiên cứu, người ta đo được hoạt độ phóng xạ của mảnh gỗ này là 0,52 Bq. Hãy xác định tuổi của mẫu gỗ hoá thạch nói trên. Biết rằng trong gỗ đang sống, tỉ số nguyên tử giữa hai đồng vị C614 và C612 (bền) là 1,3.10^-12. Lấy gần đúng khối lượng của hạt nhân bằng số khối của nó và số Avogadro là N_A ≈ 6,022.10²³ mol^-1.