E.3 · Phân rã phóng xạ

Tài liệu này bao gồm các chủ đề SL đã chọn cho khóa học lần đầu đánh giá trong 2025; đây không phải là toàn bộ chương trình.

Điều kiện tiên quyết: đọc các đại lượng và đơn vị được nêu, và sử dụng phép toán cùng các điều kiện mô hình bên dưới.

Các ví dụ là gốc và hư cấu: chúng không phải là số đo thực tế hay các cuộc điều tra của học sinh thực tế.

Giải thích hiện tượng này là gì?

• Máy dò ghi nhận số đếm ngay cả khi nguồn phát trong phòng thí nghiệm đã được loại bỏ. Bức xạ nền phải được tính đến trước khi gán mọi số đếm cho nguồn phát.

Xây dựng mô hình

• Sự phân rã phóng xạ là quá trình tự phát và ngẫu nhiên đối với một hạt nhân đơn lẻ.
• Nửa đời mô tả khoảng thời gian để một nửa số hạt nhân chưa phân rã trong một quần thể lớn bị phân rã, hoặc để hoạt độ đã trừ nền giảm xuống còn một nửa.
• Nửa đời: Thời gian để hoạt độ hoặc quần thể hạt nhân chưa phân rã giảm xuống còn một nửa.
• Bức xạ nền: Bức xạ đo được từ các nguồn khác ngoài nguồn đang nghiên cứu.

Chọn bằng chứng để kiểm định mô hình

• Trừ đi số đếm nền đo được trong cùng khoảng thời gian.
• Phân biệt chiếu xạ và ô nhiễm phóng xạ.
• Sử dụng vật chắn, khoảng cách và giảm thời gian tiếp xúc có thể giảm nguy cơ dưới quy trình an toàn của trường học.

Trong phòng thí nghiệm: Sử dụng các nguồn phóng xạ do giáo viên quản lý và tuân thủ nội quy an toàn bức xạ của nhà trường. Ghi lại thời gian đo đếm và lặp lại việc đo nền. Không ngoại suy nửa đời từ một hạt nhân duy nhất hay từ các số liệu chưa trừ nền.

Bắt đầu từ các đại lượng đã biết

• Đã biết: tốc độ đếm đo được giảm từ 100 xuống 55 lần mỗi phút; nền là 10.
• Tốc độ nguồn là 90 và 45, nghĩa là một nửa đời đã trôi qua.
• Nếu không trừ nền, tỷ số 55/100 sẽ làm che khuất mức giảm chính xác trong ví dụ này.

Đến lượt bạn: Số đếm ban đầu của nguồn là 160 lần mỗi phút. Hãy tìm số đếm sau ba nửa đời.

Kiểm tra kết luận và giới hạn của nó

• Một vật thể bị chiếu xạ không tự động trở nên phóng xạ.
• Nửa đời không dự đoán chính xác thời điểm phân rã của một hạt nhân riêng lẻ.

Không đúng: Nửa đời không dự đoán chính xác thời điểm phân rã của một hạt nhân cá thể. Sự phân rã phóng xạ mang tính ngẫu nhiên ở cấp độ từng hạt nhân. Nửa đời là đại lượng thống kê: nó dự đoán tỷ lệ phần trăm của SỐ LỚN hạt nhân bị phân rã trong một khoảng thời gian cho trước, chứ không phải thời điểm chính xác một hạt nhân nào đó sẽ phân rã.

Tóm tắt:

• Sự phân rã phóng xạ là quá trình tự phát và ngẫu nhiên đối với một hạt nhân đơn lẻ.
• Trừ đi số đếm nền đo được trong cùng khoảng thời gian.
• Lưu ý: Một vật thể bị chiếu xạ không tự động trở nên phóng xạ.

Viết từ 50 đếm mỗi phút

• Số đếm nguồn ban đầu là 200 mỗi phút.
• Tìm số lượng sau hai chu kỳ bán rã. Chu kỳ bán rã không chỉ thời gian của một hạt nhân.

Viết từ hai chu kỳ bán rã

• Nguồn phát ra 160 đếm mỗi phút vượt mức nền.
• Sau hai chu kỳ bán rã: 160 → 80 → 40 — mỗi lần giảm một nửa là độc lập với lần trước.

Viết từ bảng trừ nền

• Số đọc thô là 110 rồi 60, với mức nền là 10.
• Đã hiệu chỉnh: 100 rồi 50 — đúng bằng một chu kỳ bán rã; tỷ lệ thô 60 ÷ 110 ≈ 0.55 sẽ đánh giá sai sự phân rã.

Viết từ đường cong phân rã

• Tốc độ đếm đã hiệu chỉnh là 400 mỗi phút và giảm một nửa sau mỗi 8 phút.
• Tại 24 phút: 400 → 200 → 100 → 50 — ba chu kỳ bán rã, ba lần giảm một nửa, và đồ thị không bao giờ chạm đến giá trị bằng không.