Phóng xạ là hiện tượng những hạt nhân nguyên tử không ổn định tự vỡ ra hoặc tự biến đổi, bắn ra những hạt hay tia mang năng lượng cao. Không ai đoán được một hạt nhân riêng lẻ sẽ vỡ vào lúc nào, nhưng với một lượng rất lớn hạt nhân cùng loại, cứ sau một khoảng thời gian cố định thì đúng một nửa số đó đã vỡ. Khoảng thời gian ấy gọi là chu kỳ bán rã, và nó đều đặn tới mức được dùng làm đồng hồ.
Chào bạn, đây là Nhà Vật Lý. Chữ phóng xạ thường gợi lên nỗi sợ, và nỗi sợ đó có phần chính đáng. Nhưng phóng xạ cũng có mặt trong đất đá, trong không khí, thậm chí trong chính cơ thể bạn từ khi sinh ra. Tập này mình nói về nó một cách bình tĩnh: nó là gì, nó đếm thời gian thế nào, và khi nào thật sự cần cảnh giác.
Hạt nhân không ổn định và ba loại tia
Hạt nhân nguyên tử gồm prô tôn mang điện dương và nơ tron không mang điện, bị lực hạt nhân mạnh giữ chặt với nhau. Với nhiều tổ hợp, sự cân bằng rất bền. Nhưng có những tổ hợp quá nhiều hay quá ít nơ tron, hoặc quá nặng, không bền vững. Chúng sớm muộn sẽ tự biến đổi thành hạt nhân khác bền hơn.
Khi biến đổi, chúng phát ra bức xạ. Loại thứ nhất là tia anpha, thực chất là những cụm hai prô tôn và hai nơ tron. Chúng nặng, đi không xa, một tờ giấy hay lớp da ngoài đã chặn được, nhưng rất nguy hiểm nếu chất phát ra chúng lọt vào trong cơ thể.
Loại thứ hai là tia bêta, những electron hay hạt tương tự bay rất nhanh, xuyên được xa hơn, một tấm nhôm mỏng có thể chặn lại. Loại thứ ba là tia gamma, một dạng ánh sáng năng lượng cực cao như tia X nhưng thường mạnh hơn, cần chì dày hay bê tông mới chặn bớt được.
Cả ba đều là bức xạ ion hoá, đủ năng lượng để làm tổn hại phân tử trong tế bào, như mình đã nói ở tập về tia X.
Chu kỳ bán rã: không đoán được từng hạt, nhưng đoán được cả đám
Hãy hình dung một sân trường đầy học sinh, mỗi em cầm một đồng xu. Cứ mỗi phút cả sân cùng tung đồng xu, ai ra mặt ngửa thì ra về. Bạn không thể đoán em nào sẽ về ở phút nào. Nhưng bạn đoán khá chắc: sau mỗi phút, khoảng một nửa số em còn lại sẽ về.
Hạt nhân phóng xạ cũng vậy. Mỗi hạt nhân có một xác suất vỡ không đổi theo thời gian, không phụ thuộc nó đã tồn tại bao lâu, không phụ thuộc nóng lạnh hay áp suất bình thường. Với hàng tỷ tỷ hạt nhân, kết quả trung bình đều đặn như máy.
Sau một chu kỳ bán rã còn một nửa, sau hai chu kỳ còn một phần tư, sau ba chu kỳ còn một phần tám.
Mỗi loại hạt nhân có chu kỳ bán rã riêng, từ phần nhỏ của giây tới hàng tỷ năm. I ốt phóng xạ dùng trong y học có chu kỳ cỡ vài ngày. Một loại u ra ni có chu kỳ bán rã cỡ tuổi của Trái Đất.
Cacbon mười bốn: chiếc đồng hồ của người khảo cổ
Trong khí quyển, tia vũ trụ liên tục tạo ra một lượng nhỏ cacbon mười bốn, một dạng cacbon phóng xạ. Cây cối hấp thụ nó qua quang hợp, động vật ăn cây, nên mọi sinh vật sống đều mang trong mình một tỷ lệ cacbon mười bốn gần như bằng khí quyển.
Khi sinh vật chết đi, nó ngừng nhận cacbon mới. Lượng cacbon mười bốn trong xác của nó bắt đầu giảm theo chu kỳ bán rã, khoảng năm nghìn bảy trăm năm. Đo xem trong một mẩu gỗ, mẩu xương, hạt thóc cháy còn lại bao nhiêu so với lúc sống, ta tính ra nó đã chết cách đây bao lâu.
Phương pháp này dùng tốt cho những mẫu vật từ vài trăm tới vài chục nghìn năm tuổi. Xa hơn thì lượng còn lại quá ít để đo chính xác.
Với đá cổ hàng triệu, hàng tỷ năm, các nhà địa chất dùng những cặp nguyên tố khác có chu kỳ bán rã dài hơn rất nhiều. Tuổi của Trái Đất, khoảng bốn tỷ rưỡi năm, được xác định chủ yếu theo cách này.
Phóng xạ tự nhiên ở quanh ta
Ngay cả khi không có nhà máy hạt nhân nào, chúng ta vẫn sống giữa phóng xạ tự nhiên. Đất đá chứa một lượng nhỏ u ra ni, thô ri. Tia vũ trụ từ không gian chiếu xuống.
Cơ thể người cũng có phóng xạ: kali trong thức ăn có một phần rất nhỏ là kali phóng xạ, cacbon trong tế bào có một phần là cacbon mười bốn. Quả chuối giàu kali hay được nhắc vui là món ăn có phóng xạ, nhưng lượng đó rất nhỏ, cơ thể vẫn luôn giữ lượng kali ổn định.
Liều phóng xạ tự nhiên mỗi năm khác nhau tuỳ nơi ở, và là mốc để so sánh.
Điều cần nhớ là nguy hiểm phụ thuộc vào liều lượng và loại bức xạ, chứ không phải cứ có chữ phóng xạ là nguy hiểm như nhau. Câu cũ liều lượng làm nên chất độc cũng đúng ở đây.
Khi nào thật sự phải cảnh giác
Các nguồn phóng xạ mạnh được dùng trong bệnh viện để điều trị ung thư, trong công nghiệp để kiểm tra mối hàn, đo mức vật liệu. Chúng được bọc trong vỏ che chắn và quản lý chặt. Nguy hiểm thật sự xảy ra khi một nguồn như vậy bị thất lạc, rơi vào tay người không biết.
Trên thế giới đã có những tai nạn đau lòng khi người dân nhặt được một khối kim loại lạ ở bãi phế liệu, mang về nhà, mở ra vì tò mò. Nếu bạn thấy một vật kim loại nặng bất thường, có biểu tượng cánh quạt ba lá màu vàng đen, hãy tránh xa, không chạm vào, không mang về, và báo ngay cho chính quyền địa phương.
Với người dân bình thường, các nguồn phóng xạ y tế và công nghiệp không gây rủi ro đáng kể khi được quản lý đúng. Bệnh nhân được điều trị bằng i ốt phóng xạ sẽ được bác sĩ dặn cách sinh hoạt trong một thời gian ngắn sau đó, hãy làm theo hướng dẫn.
Câu hỏi để bạn nghĩ tiếp: khi một hạt nhân nặng như u ra ni vỡ ra, nó giải phóng năng lượng; khi hai hạt nhân nhẹ như hidro hợp lại, như trong Mặt Trời, nó cũng giải phóng năng lượng. Vì sao cả vỡ ra lẫn hợp lại đều sinh năng lượng?
Câu hỏi thường gặp
Chu kỳ bán rã có thay đổi được không?
Với các điều kiện thông thường như nóng, lạnh, áp suất hay phản ứng hoá học, chu kỳ bán rã gần như không đổi. Đó chính là lý do nó đáng tin để làm đồng hồ đo tuổi.
Đồ vật bị chiếu tia phóng xạ có trở thành phóng xạ không?
Phần lớn trường hợp bị chiếu tia gamma hay tia X như thực phẩm chiếu xạ, hành lý soi chiếu thì không. Nguy cơ nhiễm phóng xạ chủ yếu đến từ việc dính hay nuốt phải chính chất phóng xạ, hoặc bị chiếu bởi dòng nơ tron mạnh.
Ai phát hiện ra phóng xạ?
Henri Becquerel phát hiện hiện tượng phóng xạ ở muối u ra ni vào năm một nghìn tám trăm chín mươi sáu. Sau đó Marie Curie và Pierre Curie nghiên cứu sâu và phát hiện thêm những nguyên tố phóng xạ mới.
Biểu tượng cảnh báo phóng xạ trông thế nào?
Biểu tượng phổ biến là hình tròn nhỏ ở giữa với ba cánh quạt, thường màu đen trên nền vàng. Thấy biểu tượng này trên một vật lạ ngoài khu vực được phép, hãy tránh xa và báo cơ quan chức năng.
Đo tuổi bằng cacbon mười bốn dùng được cho đá không?
Không. Cacbon mười bốn chỉ dùng cho những thứ từng sống như gỗ, xương, vỏ sò, hạt thóc. Với đá, các nhà khoa học dùng những nguyên tố phóng xạ khác có chu kỳ bán rã dài hơn.
