Tìm hiểu vềbức xạvà
phóng xạ
Các câu hỏiđược trảlời trong bài này: Bức xạlà gì? Sựphân rã phóng
xạlà gì? Đơn vịhoạtđộ phóng xạ(Becquerel) là gì? Chu kỳbán rã diễn ra
nhưthếnào? Bức xạtựnhiên và bức xạnhân tạo là gì? Chất phóng xạ được
sửdụng nhưthếnào trong cuộc sống? Bức xạcó ảnh hưởng nhưthếnào tới
các mô sống ?
Bức xạlà gì?
Mọi người và mọi vậtđều cấu tạo từnguyên tử.
Một người lớn trung bình là tập hợp của khoảng
4.000.000.000.000.000.000.000.000.000 nguyên tửoxy, hydro, cacbon, nito, phốt
pho và các nguyên tốkhác.
Khối lượng nguyên tửtập trung ởphần hạt nhân nguyên tửmà độ lớn của
nó chỉbằng một phần tỷcủa nguyên tử. Xung quanh hạt nhân hầu nhưlà khoảng
trống, ngoại trừnhững phần tửrất nhỏmang điện tích âm quay xung quanh hạt
nhân được gọi là electron. Các electron quyếtđịnh tính chất hoá học của một chất
nhấtđịnh. Nó không liên quan gì với hoạtđộ phóng xạ. Hoạtđộ phóng xạchỉphụ
thuộc vào cấu trúc hạt nhân.
Một nguyên tố được xác định bởi sốlượng Proton trong hạt nhân. Hydro có
1 proton, Heli có 2, Liti có 3, Berili có 4, Bo có 5 và Cacbon có 6 proton. Sốlượng
Proton nhiều hơn, thì hạt nhân nặng hơn. Thori có 90 proton, Protatini có 91 và
Urani có 92 proton được xem là những nguyên tốsiêu Urani.
Sốlượng các nơtron quyếtđịnh hạt nhân có mang tính phóng xạhay không.
Để các hạt nhân ổnđịnh, sốlượng nơtron trong hầu hết mọi trường hợpđều phải
lớn hơn sốlượng Protron một ít. Ởcác hạt nhân ổnđịnh protron và nơtron liên kết
với nhau bởi lực hút rất mạnh của hạt nhân mà không phần tửnào thoát ra ngoài.
Trong trường hợp nhưvậy, hạt nhân sẽtồn tại bền vững. Tuy nhiên mọi việc sẽ
khác đi nếu sốlượng nơtron vượt khỏi mức cân bằng. Trong trường hợp này, thì
hạt nhân sẽcó năng lượng dưvà đơn giản là sẽkhông liên kếtđược với nhau. Sớm
hay muộn nó cũng phải xảphần năng lượng dưthừađó.
Hạt nhân khác nhau thì việc giải thoát năng lượng dưcũng khác nhau, dưới
dạng các sóng điện từvà các dòng phân tử. Năng lượng đó được gọi là bức xạ.
Sựphân rã phóng xạlà gì?
Quá trình mà nguyên tửkhông bền giải thoát năng lượng dưcủa nó gọi là sự
phân rã phóng xạ. Hạt nhân nhẹ, với ít Proton và nơtron trởlên ổnđịnh sau một
lần phân rã. Khi một nhân nặng nhưRadi hay Urani phân rã, những hạt nhân mới
được tạo ra có thểvẫn không ổnđịnh, mà giai đoạnổnđịnh cuối cùng chỉ đạtđược
sau một sốlần phân rã.
Ví dụ: Urani 238 có 92 proton và 146 nơtron luôn mấtđi 2 proton và 2
nơtron khi phân rã. Sốlượng proton còn lại sau một lần Urani phân rã là 90, nhưng
hạt nhân có sốlượng proton 90 lại là Thori, vì vậy Urani 238 sau một lần phân rã
sẽlàm sinh ra Thori 234 cũng không ổnđịnh và sẽtrởthành Protatini sau một lần
phân rã nữa. Hạt nhân ổnđịnh cuối cùng là chì chỉ được sinh ra sau lần phân rã
thứ14.
Quá trình phân rã này xảy ra đối với nhiều hạt nhân phóng xạcó ởtrong môi
trường.
Đơn vịhoạtđộ phóng xạ(Becquerel) là gì?
Hoạtđộ phóng xạchỉkhảnăng phát ra bức xạcủa một chất. Hoạtđộ không
có nghĩa là cường độ của bức xạ được phát ra hay những rủi ro có thểxảy ra đối
với sức khoẻcon người. Nó được quy định bằng đơn vịhoạtđộ Becquerel (Bq),
phỏng theo tên một nhà vật lý người Pháp, Henri Becquerel.
Hoạtđộ phóng xạcủa một tập hợp các hạt nhân phóng xạ được tính bởi số
các phân rã trong nó trong mộtđơn vịthời gian. Nếu sốlượng phân rã là 1/1 giây,
thì hoạtđộ của chấtđó được tính là 1 Bq. Hoạtđộ không liên quan gì đến kích
thước hay khối lượng của một chất. Một nguồn phóng xạcó độ lớn bằng điếu thuốc
lá dùng trong một dụng cụquan trắc phóng xạcó thểcó hoạtđộ lớn hơn hoạtđộ
cảthùng lớn chất thải phóng xạhàng tỷlần. Nếu sốlượng phân rã xảy ra ởmột
lượng nhỏcủa một chất là 1000/1 giây, hoạtđộ của chấtđó lớn hơn 100 lần so với
một sốlượng lớn chất chỉcó 10 phân rã xảy ra trong 1 giây.
Chu kỳbán rã diễn ra nhưthếnào?
Tốcđộ phân rã được mô tảbằng chu kỳbán rã, đó là thời gian mà 1/2 sốhạt
nhân không bền của một chất nào đó phân rã. Chu kỳbán rã là đơn nhất và không
thay đổi cho từng hạt nhân phóng xạvà có thểlà từmột phần giây đến hàng tỷ
năm. Chu kỳbán rã của Sulfua - 38 là 2 giờ52 phút, của Radi - 223 là 11,43 ngày,
và Cacbon - 14 là 5.730 năm. Trong các chu kỳbán rã liên tiếp, hoạtđộ chất phóng
xạgiảm bởi phân rã từ1/2, 1/4, 1/8, 1/16… so với hoạtđộ ban đầu. Điềuđó cho
phép tính hoạtđộ còn lại của bất cứchất nào tại một thờiđiểm bất kỳtrong tương
lai.
Bức xạcó khắp nơi trong môi trường. Hầu hết các chất phóng xạcó đời sống
dài đều sinh ra trước khi có Trái đất, vì vậy một lượng xạluôn tồn tại là điều bình
thường không thểtránh khỏi. Trong thếkỷvừa qua, phông phóng xạ đã tăng lên
không ngừng do các hoạtđộng nhưthửvũkhí hạt nhân và phát điện hạt nhân.
Mứcđộ phóng xạphụthuộc vào nhiều yếu tố:địađiểm, thành phần củađất, vật
liệu xây dựng, mùa, vĩ độ, và mứcđộ nào đấy nữa là điều kiện thời tiết: mưa, tuyết,
áp suất cao, thấp, hướng gió… tất cả đềuảnh hưởng đến phông bức xạ. Bức xạ
được xem là tựnhiên hay nhân tạo là do nguồn gốc sinh ra của nó.
Bức xạtựnhiên và bức xạnhân tạo là gì?
Bức xạtựnhiên
Một phần của phông phóng xạlà bức xạvũtrụ đến từkhông gian. Chúng hầu
hết bịcản lại bởi khí quyển bao quanh Trái đất, chỉmột phần nhỏtớiđược Trái đất.
Trên đỉnh núi cao hoặc bên ngoài máy bay, độ phóng xạlớn hơn nhiều so vớiở
mặt biển. Các phi hành đoàn làm việc chủyếuở độ cao có bức xạvũtrụlớn hơn
mức bình thường ởmặtđất khoảng 20 lần.
Các chất phóng xạcó đời sống dài có trong thiên nhiên thường ởdạng các
chất bẩn trong nhiên liệu hoá thạch. Trong lòng đất, các chất nhưvậy không làm ai
bịchiếu xạ, nhưng khi bị đốt cháy, chúng được thải vào khí quyển rồi sau đó
khuyếch tán vào đất, làm tăng dần phông phóng xạ.
Nguyên nhân chung nhất của sựtăng phông phóng xạlà Radon, một chất khí
sinh ra khi Radi kim loại phân rã. Các chất phóng xạkhác được tạo thành trong quá
trình phân rã tồn tại tại chỗtrong lòng đất, nhưng Radon thì bay lên khỏi mặtđất.
Nếu nó lan toảrộng và hoà tan đi thì không gây ra nguy hại gì, nhưng nếu
một ngôi nhà xây dựng tại nơi có Radon bay lên tới mặtđất, thì Radon có thểtập
trung trong nhà đó, nhất là khi các hệthống thông khí không thích hợp. Radon tập
trung trong nhà có thểlớn hơn hàng trăm lần, có khi hàng ngàn lần so với bên
ngoài.
Loại trừkhí Radon, bức xạtựnhiên không có hạiđối với sức khoẻ. Nó là một
phần của tựnhiên và các chất phóng xạcó trong cơthểcon người cũng là một
phần của tạo hoá.
Bức xạnhân tạo
Những hoạtđộng của con người cũng tạo ra các chất phóng xạ được tìm thấy
trong môi trường và cơthể. Một sốchấtđã được thải vào khí quyển do các vụthử
vũkhí hạt nhân và phần nhỏhơn nhiều là các nhà máy điện hạt nhân. Những giới
hạn phát thảiđược phép đối với nhà máy điện hạt nhân bảođảm chúng không gây
tác hại gì. Hầu hết các chất phóng xạsinh ra từphân hạch hạt nhân nằm trong chất
thải phóng xạvà được lưu giữcách biệt với môi trường.
Chất phóng xạ được sửdụng nhưthếnào trong cuộc sống?
Sản phẩm tiêu dùng
Một sốsản phẩm tiêu dùng cũng có chứa chất phóng xạ. Các ngôi nhà thường
được trang bịcác thiết bịphát hiện khói có chứa nguồn phóng xạalpha nhỏ, sơn dạ
quang đồng hồvà các dụng cụcũng có chất phóng xạtác động vào chất phôtpho
làm nó sáng lên.
Công nghiệp
Nhiều người phải tiếp xúc hàng ngày với các vật liệu phóng xạtrong rất
nhiều ngành công nghiệp. Con mắt bức xạnhìn được mọi thứ được sửdụng trong
nhiều trường hợp khác nhau, thường để bảođảm an toàn cho con người.
Tia X được dùng để soi hành lý tại các sân bay, kiểm tra các khuyết tật mối
hàn và các vết hàn hoặc các vết nứt các trong công trình xây dựng, các đường ống
và các cấu trúc khác. Trong quá trình kiểm tra, nó có thểgiúp theo dõi những bất
thường trong độ dày của sản phẩm giấy, của phim nhựa và các lá kim loại. Bức xạ
được dùng đo mứcđộ chất lỏng trong các bồn chứa lớn.
Nông nghiệp
Bức xạmạnh đã được sửdụng thành công trong việc phát triển 1500 giống
cây lương thực và cây trồng khác cho sản lượng cao hơn, chống chịu tốt hơn với
điều kiện thiên nhiên và sâu bệnh.