Phần IV (3 điểm). Thí sinh trình bày đầy đủ lời giải câu 5, câu 6.

Máy cán vật liệu thô thành lá vật liệu có độ dày được điều chỉnh tự động là một sản phẩm ứng dụng tính chất đâm xuyên của tia phóng xạ (Hình 24.1). Biết rằng, với một nguồn phóng xạ mới, chùm tia phóng xạ sẽ giảm độ phóng xạ n₀ = 8 lần khi đi qua lá thép có độ dày tiêu chuẩn d₀ = 6 mm. Nếu người ta cài đặt máy để cán được lá thép có độ dày d₁ thì độ phóng xạ khi qua lá vật liệu sẽ giảm \({{\rm{n}}_1} = {\rm{n}}_0^{\frac{{{{\rm{d}}_1}}}{{\;{{\rm{d}}_0}}}}\) lần.

a) Độ phóng xạ tới đầu thu sẽ thay đổi như nào khi độ dày lá thép thay đổi từ d₀ sang d₁.

b) Thay nguồn phóng xạ mới bằng một nguồn đã sử dụng một khoảng thời gian bằng chu kì bán rã của nguồn phóng xạ. Nếu các thông số cài đặt vẫn giữ nguyên thì độ độ dày của lá vật liệu sản xuất ra sẽ bằng bao nhiêu? Để độ dày của lá vật liệu sản xuất ra vẫn là giá trị d₀ = 6 mm thì người ta cần hiệu chỉnh máy cán tới độ dày nào?

a) SAI

 Hằng số phóng xạ \(\lambda = \frac{{{\rm{ln}}2}}{T}\). Nếu tính theo đơn vị năm thì \(\lambda = \frac{{0,693}}{{5,33}} \approx 0,13{\rm{na}}{{\rm{m}}^{ - 1}}\). (Sai)

b) ĐÚNG

 Phân rã \({\beta ^ - }\)(electron \(\;_{ - 1}^0{\rm{e}}\) ) làm điện tích hạt nhân tăng thêm 1 đơn vị, số khối giữ nguyên. Theo định luật bảo toàn:

\(\;_{27}^{60}{\rm{Co}} \to \;_{ - 1}^0{\rm{e}} + \;_{28}^{60}{\rm{Ni}} + \overline {{v_e}} \)

Hạt nhân con chính là niken-60. (Đúng)

c) ĐÚNG

Khối lượng còn lại sau thời gian \(t = 3\) năm:

\(m = {m_0}{.2^{ - \frac{t}{T}}} = {300.2^{ - \frac{3}{{5,33}}}} \approx 300.0,6769 \approx 203{\rm{\;g}}\) (Đúng)

d) SAI

 Gọi độ phóng xạ ban đầu là \({H_0}\).

Số hạt phân rã trong 1 phút ban đầu: \({\rm{\Delta }}{N_0} = {H_0}.1\) phút .

Sau thời gian \(t\), độ phóng xạ là \(H\left( t \right) = {H_0}{.2^{ - \frac{t}{T}}}\).

Số hạt phân rã trong 1 giờ (60 phút) tại thời điểm \(t\) là:

\({\rm{\Delta }}{N_t} = H\left( t \right).60\) phút \( = 60.{H_0}{.2^{ - \frac{t}{T}}}.1\) phút \( = 60.{\rm{\Delta }}{N_0}{.2^{ - \frac{t}{T}}}\)

Điều kiện mẫu hết hạn: \({\rm{\Delta }}{N_t} < 39{\rm{\Delta }}{N_0}\)\( \Leftrightarrow {60.2^{ - \frac{t}{T}}} < 39 \Leftrightarrow {2^{ - \frac{t}{T}}} < 0,65\)

Kiểm tra giả thiết thời gian 36 tháng (tức \(t = 3\) năm): \({2^{ - \frac{3}{{5,33}}}} \approx 0,6769\)

Vì \(0,6769 > 0,65\) nên lượng phân rã trong 1 giờ ở thời điểm 3 năm (36 tháng) là \( \approx 40,6.{\rm{\Delta }}{N_0}\), vẫn lớn hơn \(39{\rm{\Delta }}{N_0}\). Do đó, hạn sử dụng của mẫu phải dài hơn 36 tháng (phải đến khoảng 3,3 năm thì mẫu mới hết hạn).