chất phóng xạ

Chất phóng xạ là những chất chứa hạt nhân nguyên tử (nucleus) không bền vững. Khi hạt nhân mất ổn định, nó tự động phân rã phóng xạ để chuyển thành hạt nhân khác bền hơn, đồng thời giải phóng năng lượng (energy) dưới dạng các tia bức xạ. Quá trình này diễn ra hoàn toàn tự phát, không phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất hay bất kỳ điều kiện bên ngoài nào. Vì vậy, tốc độ phân rã của mỗi chất phóng xạ là một hằng số đặc trưng cho chất đó.

Trong quá trình phân rã, hạt nhân có thể phát ra ba loại bức xạ chính với bản chất rất khác nhau. Tia alpha gồm hai hạt prôtôn và hai hạt nơtron, mang điện tích dương nên bị lệch trong điện trường, còn tia beta thực chất là các hạt êlectron phóng ra từ hạt nhân với vận tốc rất lớn và mang điện tích âm. Ngược lại, tia gamma (gamma ray) là sóng điện từ năng lượng cao, không mang điện và do đó không bị lệch trong điện trường. Nhờ đặc điểm khác nhau về điện tích và khối lượng, ba loại tia này có khả năng đâm xuyên khác nhau: tia gamma xuyên mạnh nhất, tiếp theo là tia beta, trong khi tia alpha đã bị chặn lại bởi một tờ giấy mỏng.

Bên cạnh bản chất của các tia bức xạ, người ta còn quan tâm đến tốc độ phân rã, và đại lượng đặc trưng cho tốc độ ấy là chu kỳ bán rã, ký hiệu $t_{1/2}$. Đây là khoảng thời gian cần thiết để một nửa số hạt nhân phóng xạ trong mẫu phân rã hết. Do đó, sau mỗi chu kỳ bán rã, lượng chất còn lại giảm đi một nửa theo quy luật:

$$N(t) = N_0 \left(\frac{1}{2}\right)^{t/t_{1/2}}$$

Trong đó $N_0$ là số hạt nhân ban đầu và $N(t)$ là số hạt nhân còn lại tại thời điểm $t$. Hệ quả quan trọng là dù bắt đầu với bao nhiêu chất phóng xạ, sau khoảng mười chu kỳ bán rã, lượng chất còn lại chỉ còn chưa đến một phần nghìn so với ban đầu.