Hạt nhân Poloni \(\left( {_{84}^{210}Po} \right)\) đứng yên phát ra tia anpha và biến thành hạt nhân chì Pb. Cho \({m_{Po}} = 209,9828u\) , \({m_\alpha } = 4,0026u\), \({m_{Pb}} = 205,9744u\). Tốc độ của hạt nhân chì phóng ra bằng
Ta có: \(Po \to \alpha + Pb\)
\(\Delta E = \left( {{m_{Po}} - {m_\alpha } - {m_{Pb}}} \right).{c^2} = 5,{8.10^{ - 3}}u{c^2} = 5,4027MeV\)
Ta có: \({{\rm{W}}_{{d_\alpha }}} + {{\rm{W}}_{{d_{Pb}}}} = \Delta E\) (1)
Lại có: \(\overrightarrow {{P_{Po}}} = \overrightarrow {{P_\alpha }} + \overrightarrow {{P_{Pb}}} \)
Có \({v_{Po}} = 0 \Rightarrow {P_{Po}} = 0 \Rightarrow {P_\alpha } = {P_{Pb}}\)
\( \Rightarrow P_\alpha ^2 = P_{Pb}^2 \Rightarrow {m_\alpha }{{\rm{W}}_{{d_\alpha }}} = {m_{Pb}}{{\rm{W}}_{{d_{Pb}}}}\) (2)
Từ (1) và (2) \( \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l}{{\rm{W}}_{{d_\alpha }}} = 5,29MeV\\{{\rm{W}}_{{d_{Pb}}}} = 0,1029MeV = 1,{6464.10^{ - 14}}J\end{array} \right.\)
Lại có \({{\rm{W}}_{{d_{Pb}}}} = \dfrac{1}{2}{m_{Pb}}v_{Pb}^2\)
\( \Rightarrow {v_{Pb}} = \sqrt {\dfrac{{2{W_{{d_{Pb}}}}}}{{{m_{Pb}}}}} = \sqrt {\dfrac{{2.1,{{6464.10}^{ - 14}}}}{{205,9744.1,{{66055.10}^{ - 27}}}}} = 3,{06.10^5}m/s\)
Coban \({}_{27}^{60}Co\) là chất phóng xạ có chu kì bán rã T = 5,33 năm. Lúc đầu có 1000g Co thì sau 10,66 năm số nguyên tử coban còn tại là?
Khối lượng Co còn lại sau 10,66 năm là:
\(m = {m_0}{.2^{ - \dfrac{t}{T}}} = {1000.2^{ - \dfrac{{10,66}}{{5,33}}}} = 250g\)
Số nguyên tử Coban còn lại là:
\(N = \dfrac{m}{A}.{N_A} = \dfrac{{250}}{{60}}.6,{02.10^{23}} = 2,{51.10^{24}}\)
Chất phóng xạ pôlôni \({}_{84}^{210}Po\) có chu kì bán rã 138 ngày. Ban đầu có một mẫu gồm N0 hạt nhân pôlôni \({}_{84}^{210}Po\). Sau bao lâu (kể từ lúc ban đầu), số hạt nhân \({}_{84}^{210}Po\) bị phân rã là \(\dfrac{7}{8}{N_0}\)?
Số hạt nhân bị phân rã là: \(\Delta N = \dfrac{7}{8}{N_0}\)
Số hạt nhân còn lại là: \(N\left( t \right) = {N_0} - \Delta N = {N_0} - \dfrac{7}{8}{N_0} = \dfrac{1}{8}{N_0}\)
\( \Rightarrow {N_0}{.2^{ - \dfrac{t}{T}}} = \dfrac{1}{8}{N_0} \Rightarrow {2^{ - \dfrac{t}{T}}} = \dfrac{1}{8} = {2^{ - 3}} \Rightarrow \dfrac{t}{T} = 3 \Rightarrow t = 3T = 3.138 = 414\) (ngày)
Một chất phóng xạ có chu kì bán rã là 3,8 ngày. Số hạt nhân sẽ bị phân rã hết 70% sau thời gian là
Số hạt nhân mẹ còn lại sau thời gian t được xác định bởi: \(N = {N_0}{.2^{\frac{{ - t}}{T}}}\)
Số hạt nhân con được tạo thành hay số hạt nhân mẹ đã bị phân rã sau thời gian t được xác định bởi:
\(\begin{array}{l}
N' = {N_0} - N = {N_0}.(1 - {2^{\frac{{ - t}}{T}}}) = 70\% {N_0}\\
\Rightarrow (1 - {2^{\frac{{ - t}}{T}}}) = 70\% = 0,7 \Rightarrow {2^{\frac{{ - t}}{T}}} = 0,3\\
\Rightarrow t = - T.{\log _2}(0,3) = 1,74T = 1,74.3,8 = 6,6
\end{array}\)
Vậy thời gian là 6,6 ngày.
Trong điều trị bệnh ung thư, bệnh nhân được chiếu xạ với một liều xác định nào đó từ một nguồn phóng xạ. Biết nguồn có chu kỳ bán rã là 4 năm. Khi nguồn được sử dụng lần đầu thì thời gian cho 1 liều xạ là 10 phút. Hỏi sau hai năm thời gian cho 1 liều xạ là bao nhiêu phút:
Gọi \(\Delta N\) là liều lượng cho một lần chiếu xạ (∆N = hằng số)
Trong lần chiếu xạ đầu tiên: \(\Delta N = {N_{01}}.\left( {1 - {2^{ - \frac{{{t_1}}}{T}}}} \right)\,\,\,\left( 1 \right)\)
Trong lần chiếu xạ tiếp theo sau đó 2 năm: \(\Delta N = {N_{02}}.\left( {1 - {2^{ - \frac{{{t_2}}}{T}}}} \right)\)
Với: \({N_{02}} = {N_{01}}{.2^{ - \frac{{\Delta t}}{T}}} \Rightarrow \Delta N = {N_{01}}{.2^{ - \frac{{\Delta t}}{T}}}.\left( {1 - {2^{ - \frac{{{t_2}}}{T}}}} \right)\,\,\,\left( 2 \right)\)
Từ (1) và (2) ta có: \({N_{01}}{.2^{ - \frac{{\Delta t}}{T}}}.\left( {1 - {2^{ - \frac{{{t_2}}}{T}}}} \right) = {N_{01}}.\left( {1 - {2^{ - \frac{{{t_1}}}{T}}}} \right)\)
\( \Leftrightarrow {2^{ - \frac{{\Delta t}}{T}}}.\left( {1 - {2^{ - \frac{{{t_2}}}{T}}}} \right) = 1 - {2^{ - \frac{{{t_1}}}{T}}}\,\,\,\left( * \right)\)
Với: \(\left\{ \begin{array}{l}\Delta t = 2\,\left( {nam} \right)\\{t_1} = 10p\\T = 4\left( {\,nam} \right)\end{array} \right.\)
Thay vào (*) ta được: \({2^{ - \frac{2}{4}}}.\left( {1 - {2^{ - \frac{{{t_2}}}{{4.365.24.60}}}}} \right) = 1 - {2^{ - \frac{{10}}{{4.365.24.60}}}}\)
\( \Leftrightarrow {2^{ - \frac{{{t_2}}}{{4.365.24.60}}}} = 1 - \sqrt 2 .\left( {1 - {2^{ - \frac{{10}}{{4.365.24.60}}}}} \right) \Rightarrow {t_2} = 14,1phut\)
Gọi \({N_0}\) là số hạt nhân phóng xạ ban đầu \(\left( {t = 0} \right)\) và \(\Delta N\) là số hạt nhân đã phóng xạ sau thời gian \(t\). Đồ thị nào sau đây biểu thị sự biến thiên của \(\Delta N\) theo thời gian?
Số hạt đã bị phân rã được xác định theo công thức:\(\Delta N = {N_0}.\left( {1 - {2^{ - \frac{t}{T}}}} \right)\)
Hàm số \(\Delta N = {N_0}.\left( {1 - {2^{ - \frac{t}{T}}}} \right)\) tăng từ 0 theo t và có tiệm cận ngang đi qua \({N_0}\).
\( \Rightarrow \) Đồ thị biểu diễn sự biến thiên của \(\Delta N\) theo thời gian là đồ thị B.
Các tế bào ung thư dễ bị tổn thương dưới tác dụng của tia X hoặc tia gamma hơn các tế bào khỏe mạnh. Mặc dù ngày nay đã có các máy gia tốc tuyến tính thay thế, nhưng trước kia nguồn tiêu chuẩn để điều trị là phóng xạ \({}^{60}Co\). Đồng vị này phân rã \(\beta \) thành \({}^{60}Ni\) ở trạng thái kích thích, nhưng \({}^{60}Ni\) ngay sau đó trở về trạng thái cơ bản và phát ra hai photon gamma, mỗi photon có năng lượng xấp xỉ 1,2 MeV. Biết rằng chu kì bán rã của phân rã \(\beta \) là 5,27 năm. Xác định số hạt nhân \({}^{60}Co\) có mặt trong nguồn 6000 Ci thường được dùng trong các bệnh viện.
Độ phóng xạ của hạt nhân \({}^{60}Co\) là:
\(\begin{array}{l}H = N\dfrac{{\ln 2}}{T} \Rightarrow N = \dfrac{{H.T}}{{\ln 2}}\\ \Rightarrow N = \dfrac{{6000.3,{{7.10}^{10}}.5,27.365,25.86400}}{{\ln 2}} \approx 5,{33.10^{22}}\,\,\left( {hat} \right)\end{array}\)
Hạt nhân \(_{92}^{234}U\) đang đứng yên thì phân rã phóng xạ ra hạt\(\alpha \). Thực nghiệm đo được động năng của hạt \(\alpha \) bằng 12,89 MeV. Sự sai lệch giữa giá trị tính toán và giá trị đo được đã giải thích bằng việc phát ra bức xạ \(\gamma \) cùng hay với hạt \(\alpha \) trong quá trình phân rã \(_{92}^{234}U\). Khối lượng hạt nhân \(_{92}^{234}U\), \(_{90}^{230}Th\) và hạt \(\alpha \) lần lượt bằng 233,9904u: 229,9737u và 4,0015lu. Biết rằng hằng số Planck, vận tốc ánh sáng trong chân không và điện tích nguyên tố có giá trị lần lượt bằng \(6,{625.10^{ - 34}}J.s;\,{3.10^8}m/s\)và \(1,{6.10^{ - 19}}C\). Cho biết lu=931,5 \(MeV/{c^2}\). Bước sóng của bức xạ \(\gamma \) phát ra là:
Ta có:
\(\dfrac{{hc}}{\lambda } = {{\rm{W}}_\alpha } - {\rm{W}}_\alpha' \)
\( \Leftrightarrow \dfrac{{hc}}{\lambda } = \dfrac{{{m_{Th}}}}{{{m_{Th}} + {m_\alpha }}}\left( {{m_U} - {m_{Th}} - {m_\alpha }} \right){c^2} - {\rm{W}}_\alpha' \)
\( \Leftrightarrow \dfrac{{6,{{625.10}^{ - 34}}{{.3.10}^8}}}{\lambda } = \dfrac{{229,9737u}}{{229,9737u + 4,00151u}}.(233,9904u - 229,9737u - 4,00151u).{c^2} - 12,89MeV\)
\( \Leftrightarrow \dfrac{{6,{{625.10}^{ - 34}}{{.3.10}^8}}}{\lambda } = 0,983.0,01519u.{c^2} - 12,89MeV\)
\( \Leftrightarrow \dfrac{{6,{{625.10}^{ - 34}}{{.3.10}^8}}}{\lambda } = 0,983.0,01519.\dfrac{{931,5MeV}}{{{c^2}}}.{c^2} - 12,89MeV\)
\( \Leftrightarrow \lambda = \dfrac{{6,{{625.10}^{ - 34}}{{.3.10}^8}}}{{(0,983.0,01519.931,5 - 12,89){{.10}^6}.1,{{6.10}^{ - 19}}}}\)
\( \Leftrightarrow \lambda = 1,{22.10^{ - 12}}\left( m \right)\)
