Bài giảng Điệnhọc
(Phần 7)
Chương 2
HẠT NHÂN
2.1 Sự phóng xạ
Becquerel khám phá ra hiện tượng phóng xạ
Làm thế nào các nhà vật lí luận ra được mô hình bánh bônglan rắc nho là
khôngchínhxác, vàđiện tíchdươngcủa nguyên tử tập trung trongmột hạt nhân
nhỏ xíu, ở chính giữa ?Câu chuyện bắt đầu với việc nhà hóa họcngười Pháp
Becquerelphát hiện ra hiện tượng phóng xạ. Mãi cho đến khikhám phá ra sự
phóngxạ, tất cả mọi quá trìnhcủa tự nhiên đều được cho là có nguyên nhân từ các
phản ứng hóahọc, chúnglà sự sắp xếplại nhữngkết hợp khác nhau của các
nguyêntử. Nguyên tử tác dụng lực lênnhau khichúng ở gầnnhau, nên việc gắn kết
hoặc không gắn kết chúng sẽ giải phónghoặc dự trữ năng lượngđiện. Năng lượng
đó có thể chuyển hóathành dạng kháchoặc chuyển hóatừ dạngkhácthành,lúc
cây xanhsử dụng nó trong ánh sáng Mặt Trời tạo ra đườngvà carbohydrate,hay
khi mộtđứa trẻ nhỏ ăn đường, giải phóngnăng lượng dưới dạngđộng năng.
Becquerelđã phát hiện ra mộtquá trìnhcóvẻ giảiphóngnăng lượngtừ một
nguồnmới khôngbiết khôngcó bản chất hóa học. Becquerel,ngườicó cha và ông
nội lànhững nhà vậtlí, đã trải qua haichục nămđầu của quãng đời nghiên cứu
chuyên nghiệp của ông là một kĩ sư công dân thành công,giảng dạy vật lí học bán
thời gian. Ông được traoghế chủ nhiệm bộ môn vật lí ở trường Musée d’Histoire
Naturelletại Paris sau khicha ôngqua đời, trước đó ôngta giữ ghế đó. Giờ thì ông
đã có nhiều thời giandành chovật lí học, ông bắt đầu nghiên cứu tương tác của
ánh sáng và vậtchất. Ôngtrở nên hứng thú với hiện tượng lân quang, trongđó một
chất hấp thụ năng lượng từ ánh sáng, rồi giải phóng nănglượng quamộtánh sáng
rực rỡ chỉ tắt đi từ từ. Một trong nhữngchất mà ông nghiên cứu là hợpchất của
uranium,muối UKSO
5
. Một ngày vào năm 1896,bầutrời kéo đầy mây đã làm hỏng
kế hoạch của ôngphơi chất nàydưới ánh sáng Mặt Trời để quan sát sự huỳnh

Không thể xác định trực tiếp nguồn gốccủa nănglượng đó, thay vì vậy, các
nhà vật lí cuối thế kỉ 19 nghiên cứu hànhvi của các “phát xạ” một khi chúngđược
phátra. Becquerelchỉ rarằng phóng xạ có thể đâm xuyên qua vải vóc và giấy, nên
việc hiểnnhiêntrước tiên phải thực hiện là nghiên cứu chi tiết hơnchiềudày của
chất mà phóngxạ có thể xuyên qua. Họ sớm nhận ra rằng một phần nhất định của
cường độ phóngxạ sẽ bị loại trừ ngay cả bởi một vài inchkhông khí,nhưng phần
còn lại không bị loại mất khi truyền đi quãngkhông khídài hơn. Như vậy, rõ ràng
phóngxạ là hỗn hợp củahơn một loại, trong đó một loại bị chặn lại bởi không khí.
Sau đó, họ nhận thấy trong số phần có thể đi xuyên qua không khí, một lượng nữa
có thể bị loại mất bằng một mảnhgiấy hay mộtlá kim loại rấtmỏng. Tuynhiên, cái
còn lại sauđó, là loạithứ ba, loại đâmxuyên cực mạnh, một số trongđó sẽ vẫn còn
sau khi xuyên qua mộtbức tườnggạch.Họ kết luận điều nàycho thấy có ba loại
phóngxạ, và không hề có chútý tưởng mờ nhạt nào xem thật rachúng là thứ gì, họ
đã đặt tên cho chúng.Loại đâmxuyên ít nhất được gọi tùy tiện là a(alpha),kí tự
thứ nhất của bảng chữ cái Hi Lạp, và cứ thế đến b (beta),cuối cùng là g (gamma)
cho loại đâm xuyên mạnhnhất.
Radium: một nguồn phóng xạ còn mạnh hơn nữa
Những dụng cụ đo dùngđể phát hiệnphóng xạ thật thôsơ: cáctấm phim hay
thậmchí là mắt người (phóng xạ gây ralóe sáng trongthủy dịch bên trongmắt
người, nó có thể nhìn thấy nếu như ở trong phòng rất tối).Vì phương phápphát
hiện phóng xạ quá thôsơ và không nhạy, nên những tiến bộ khác bị cản trở bởi
thực tế lượng phóng xạ phát ra bởi uraniumkhông thật sự rất lớn. Đóng gópmang
tính sốngcòn của nhà vật lí/hóa học MarieCurievà chồngbà là Pierre làkhám phá
ra nguyên tố radium,và tinh chế và táchđược một lượng đáng kể chất đó. Radium
phátra nhiều phóng xạ hơn uraniumkhoảng một triệu lầntrên đơn vị khối lượng,
mang lạikhả năng thực hiện những thí nghiệm cần thiếtđể tìm hiểubản chất thật
sự của phóng xạ. Sự nguy hiểm của phóng xạ đối với sức khỏe con người lúcấy
chưa được biết tới, và Marieđã chết vì bệnh bạch cầu 30 năm sau đó.(Pierrethì
qua đời vì một vụ tai nạn).
Lần theo bản chất của tia alpha, beta và gamma

++
. Nguyên tố ở thể khí
radon, một nguồn phát hạt alpha,đượcđưa vào một nửacủa một buồng thủy tinh
đôi. Thànhthủytinh chia buồng ra làm haiđượcchế tạo cực kì mỏng, nên một số
hạt alpha chuyển động nhanhcóthể đi xuyên qua nó. Buồng phía bên kia,ban đầu
được hút chân không, từ từ bắt đầu tích góp số hạt alpha (chúng sẽ nhanhchóng
bắt lấy electron từ môi trường xungquanh vàtrở nên trung hòa về điện).Sau đó,
Rutherfordxác định được có mặt khí heliumtrong buồng thứ hai.Như vậy, hạt
alpha được chứng minh là ionHe
++
. Hạt nhân khiấy vẫnchưa được khám phá,
nhưng trong thuật ngữ hiện đại, chúngta mô tả ion He
++
là hạt nhân của nguyên tử
helium.
Tóm lại, ở đây có ba loại bức xạ phát rabởi các nguyên tố phóngxạ, và mô tả
của chúngnhư sau:
h
ạt α
dừng lại bởi vài inch
khôngkhí
hạt nhân
He
h
ạt β
dừng lại bởi một tấm
giấy
electron
ti
a γ