Curie

Curie (ký hiệu: Ci) là một đơn vị đo độ phóng xạ nằm ngoài Hệ đo lường quốc tế (SI), được đặt theo tên hai nhà vật lý người Pháp Pierre Curie và Marie Curie — những người tiên phong trong nghiên cứu hiện tượng phóng xạ. Đơn vị này ban đầu được định nghĩa năm 1910 là độ phóng xạ của một gam rađi-226 tinh khiết, sau đó được chuẩn hóa bằng đúng 3,7 × 10¹⁰ lần phân rã hạt nhân mỗi giây. Mặc dù về mặt hình thức đã được thay thế bởi becquerel (Bq) — đơn vị đo độ phóng xạ của SI được thông qua năm 1975 — curie vẫn được sử dụng rộng rãi, đặc biệt tại Hoa Kỳ, trong y học hạt nhân, bảo vệ phóng xạ, cũng như trong một số lĩnh vực công nghiệp và khoa học môi trường. Một curie tương đương 37 gigabecquerel (37 GBq), trong khi một becquerel bằng khoảng 2,703 × 10⁻¹¹ curie.

Bối cảnh

Tên gọi curie xuất phát từ cặp vợ chồng nhà khoa học Pierre Curie (1859–1906) và Marie Curie (1867–1934), những người mà các nghiên cứu về tia uranium — hiện tượng lần đầu được Henri Becquerel quan sát năm 1896 — đã dẫn tới việc phát hiện hai nguyên tố phóng xạ poloni và rađi vào năm 1898. Marie Curie là người sáng tạo ra thuật ngữ "phóng xạ" để mô tả sự phát bức xạ tự nhiên của một số nguyên tố nặng, và những công việc tỉ mỉ của hai vợ chồng trong việc tách chiết rađi từ quặng uraninit (pitchblende) đã đặt nền móng định lượng cho ngành khoa học mới này. Thành tựu của họ, cùng với phát hiện ban đầu của Becquerel, được vinh danh bằng Giải Nobel Vật lý năm 1903; về sau Marie Curie tiếp tục nhận Giải Nobel Hóa học năm 1911 cho việc phát hiện poloni và rađi cũng như tách được rađi tinh khiết.

Bởi vì rađi là chất phóng xạ có ý nghĩa thực tiễn lớn nhất vào đầu thế kỷ XX — được sử dụng trong các phương pháp điều trị y khoa sơ khai, sơn dạ quang và nghiên cứu khoa học — nhu cầu về một đơn vị chuẩn nhằm định lượng lượng chất phóng xạ và cường độ phát xạ của nó sớm xuất hiện.

Lịch sử

Curie được định nghĩa chính thức năm 1910 tại Đại hội quốc tế về Xạ học và Điện học tổ chức ở Brussels. Theo đề xuất của nhiều nhà khoa học nổi tiếng đương thời, đại hội quyết định đặt tên một đơn vị đo độ phóng xạ theo tên Pierre Curie, người đã qua đời năm 1906. Định nghĩa gốc xác định lượng radon (eman của rađi) ở trạng thái cân bằng phóng xạ với một gam rađi là một curie.

Định nghĩa dựa trên lượng radon so với rađi này tỏ ra bất tiện vì nó phụ thuộc vào độ chính xác của giá trị khối lượng nguyên tử rađi đã biết cũng như vào các điều kiện cân bằng của quá trình phân rã phóng xạ. Năm 1950, một ủy ban quốc tế đã sửa đổi định nghĩa, xác định lại curie bằng đúng 3,7 × 10¹⁰ lần phân rã mỗi giây, không phụ thuộc vào chất được xét. Giá trị này được lựa chọn vì nó xấp xỉ gần đúng độ phóng xạ đo được của một gam rađi-226, đồng thời là một con số tròn, chính xác, áp dụng được cho mọi hạt nhân phóng xạ.

Đơn vị này tiếp tục được sử dụng trên phạm vi quốc tế trong vài thập kỷ, nhưng khi Hệ đo lường quốc tế (SI) được phát triển và chuẩn hóa vào giữa thế kỷ XX, mong muốn có một đơn vị nhất quán dựa trên đại lượng cơ bản là số sự kiện phân rã mỗi giây ngày càng lớn. Năm 1975, Hội nghị toàn thể về Trọng lượng và Đo lường đã thông qua becquerel, được định nghĩa là một lần phân rã hạt nhân mỗi giây, để vinh danh Henri Becquerel. Curie được giữ lại như một đơn vị ngoài SI được chấp nhận sử dụng tạm thời, và đơn vị này vẫn xuất hiện trong các văn bản pháp lý, y tế và thương mại, đặc biệt tại Hoa Kỳ.

Định nghĩa và quy đổi

Curie được định nghĩa bằng đúng 3,7 × 10¹⁰ lần phân rã phóng xạ mỗi giây:

• 1 Ci = 3,7 × 10¹⁰ lần phân rã mỗi giây = 37.000.000.000 Bq = 37 GBq
• 1 Bq ≈ 2,703 × 10⁻¹¹ Ci

Trong nhiều mục đích thực tiễn, đặc biệt là các ứng dụng truyền thống, một gam rađi-226 vẫn được coi là tương đương khoảng một curie; chính xác hơn, dựa trên giá trị chu kỳ bán rã được chấp nhận của rađi-226, một gam rađi tương ứng với khoảng 0,988 curie theo định nghĩa hiện đại.

Do độ phóng xạ gặp trong thực tế trải rộng trên nhiều bậc độ lớn, curie thường được dùng kèm với các tiền tố mét chuẩn:

• 1 kilocurie (kCi) = 10³ Ci
• 1 megacurie (MCi) = 10⁶ Ci
• 1 millicurie (mCi) = 10⁻³ Ci = 37 MBq
• 1 microcurie (µCi) = 10⁻⁶ Ci = 37 kBq
• 1 nanocurie (nCi) = 10⁻⁹ Ci
• 1 picocurie (pCi) = 10⁻¹² Ci = 0,037 Bq

Picocurie thường gặp trong giám sát môi trường, nổi bật là trong đo nồng độ radon trong các công trình xây dựng, thường được biểu thị bằng picocurie trên lít không khí.

Ứng dụng và thực tiễn sử dụng

Trong y học hạt nhân, curie và các bội số nhỏ của nó vẫn được dùng làm chuẩn ở nhiều quốc gia khi biểu thị độ phóng xạ của các dược phẩm phóng xạ sử dụng cho bệnh nhân. Các thủ thuật chẩn đoán thường áp dụng liều tính bằng millicurie hoặc microcurie, trong khi các ứng dụng điều trị, chẳng hạn điều trị rối loạn tuyến giáp bằng iốt phóng xạ, có thể sử dụng từ vài chục đến vài trăm millicurie.

Trong ngành điện hạt nhân và chu kỳ nhiên liệu hạt nhân, curie được dùng để định lượng độ phóng xạ của vật liệu lò phản ứng, nhiên liệu đã chi, chất thải phóng xạ và các chất phóng xạ thải ra môi trường. Các lượng tồn kho quy mô lớn, chẳng hạn hàm lượng sản phẩm phân hạch trong lõi lò phản ứng, thường được biểu thị bằng megacurie. Trong bảo vệ phóng xạ, mức độ nhiễm xạ và giới hạn xả thải theo truyền thống thường được quy định bằng curie hoặc microcurie trên một đơn vị thể tích hay khối lượng.

Trong khoa học môi trường, picocurie là đơn vị phổ biến khi báo cáo mức radon và độ phóng xạ của các chất phóng xạ tự nhiên trong nước và đất. Các tiêu chuẩn quy định ở một số khu vực pháp lý vẫn tiếp tục xác định giới hạn cho phép theo các đơn vị dựa trên curie.

Phân biệt với các đại lượng liên quan

Curie đo độ phóng xạ — tức tốc độ xảy ra các phân rã phóng xạ — và không được nhầm lẫn với các đại lượng mô tả tác động của bức xạ. Liều lượng hấp thụ của bức xạ được đo bằng rad hoặc đơn vị SI tương ứng là gray; liều lượng tương đương, có tính đến hiệu quả sinh học khác nhau của các loại bức xạ, được đo bằng rem hoặc đơn vị SI tương ứng là sievert; còn mức phơi nhiễm với tia X hoặc tia gamma được đo bằng roentgen. Độ phóng xạ, liều lượng và mức phơi nhiễm là các đại lượng vật lý riêng biệt, và việc quy đổi giữa chúng đòi hỏi phải biết loại hạt nhân phóng xạ cụ thể, năng lượng phân rã của nó cũng như hình học của quá trình chiếu xạ.

Ý nghĩa và di sản

Curie giữ một vị trí đặc biệt trong lịch sử khoa học với tư cách là một trong những đơn vị chuẩn hóa đầu tiên của vật lý hạt nhân và như một sự tri ân đối với những người sáng lập ngành hóa phóng xạ. Sự trường tồn của nó phản ánh cả tính hữu ích thực tiễn của một đơn vị có độ lớn phù hợp với độ phóng xạ của các nguồn phóng xạ thông dụng, lẫn ảnh hưởng bền bỉ của di sản gia đình nhà Curie. Con gái của Marie Curie, Irène Joliot-Curie, cùng chồng là Frédéric Joliot-Curie, đã kế thừa di sản này bằng việc phát hiện hiện tượng phóng xạ nhân tạo năm 1934, thành tựu mang lại cho hai người Giải Nobel Hóa học năm 1935.

Mặc dù các tổ chức quốc tế từ lâu đã khuyến nghị sử dụng becquerel làm đơn vị ưu tiên, curie vẫn tồn tại trong sử dụng theo thông lệ, trong các tài liệu lịch sử và trong khuôn khổ các quy định pháp lý. Việc hiểu curie và mối quan hệ của nó với các đơn vị SI vẫn rất cần thiết để đọc hiểu các tài liệu khoa học cũ, đơn thuốc y khoa và dữ liệu môi trường, cũng như để giao tiếp giữa các cộng đồng vẫn tiếp tục sử dụng cả hai hệ đo lường này.

Xem thêm

• Becquerel (đơn vị)
• Rađi và radon
• Phóng xạ và phân rã phóng xạ
• Marie Curie và Pierre Curie
• Rad (đơn vị), rem (đơn vị) và roentgen (đơn vị)
• Hệ SI và các đơn vị đo bức xạ ngoài SI