19.3探测射线的方法和19.4放射性的应用与防护解析

第十九章原子核§3探测射线的方法虽然放射线看不见，但是我们可以根据一些现象来探知放射线的存在，这些现象主要是：探测射线的方法1、使气体或液体电离2、使照相乳胶感光3、使荧光物质产生荧光·威尔逊云室利用了射线的电离本领。观察射线在云室中的径迹(轨迹见教材)：a射线在云室中的径迹：原因：a粒子质量大，不易改变方向，电离本领大，沿途产生的离子多。ß射线在云室中的径迹：原因：ß粒子质量小，跟气体碰撞易改变方向，电离本领小，沿途产生的离子少。γ粒子电离能力很弱，云室中一般看不到它的径迹。直而粗比较细，且常常弯曲观察威耳逊云室的结构，研究射线在云室中的径迹：射线径迹射线径迹径迹的长短和粗细可以知道粒子的性质；粒子轨迹的弯曲方向可以知道粒子带电的正负．（加磁场）-----高能物理实验的最风行的探测设备气泡室是由一密闭容器组成，容器中盛有工作液体二、气泡室·带电粒子的径迹呈曲线是由于在磁场中受到了洛伦兹力的作用二、气泡室·气泡室利用了射线的电离本领。粒子通过液体时在它周围就有气泡形成，可分析粒子的动量、能量和带电情况。二、气泡室德国物理学家盖革在1928年与米勒合作研制出的计数器用来检测放射性是非常方便的，盖革—米勒计数管的结构如图所示：窗口阴极阳极接放大器粒子三、盖革——米勒计数器1、构造三、盖革——米勒计数器2、工作原理工作原理具体分析：射线粒子进入管中，使管中气体电离，产生的电子在电场中加速，撞击气体分子，又使气体分子电离，产生电子……这样，一个粒子进入管中，可以产生大量电子，这些电子到达阳极，正离子到达阴极，在电路中产生一次脉冲放电，利用电子仪器将放电次数记录下来。优点：G-M计数器非常灵敏，用它检测射线十分方便。不足：不同射线在计数器中产生的现象相同，因此只能用来计数，不能区分射线种类；如果同时有大量粒子，或两个粒子射来的时间间隔小于200μs，计数器也不能区分。3、盖革－米勒计数器优缺点第十九章原子核§4放射性的应用与防护1、定义：原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程，----------核反应2、规律：在核反应中，质量数和电荷数都守恒一、核反应：衰变是原子核的自发变化，科学家更希望人工控制原子核的变化。卢瑟福在实验中发现，往容器Ｃ中通入氮气后，在荧光屏Ｓ上出现了闪光，这表明，有一种新的能量比α粒子大的粒子穿过铝箔，撞击在Ｓ屏上，这种粒子肯定是在α粒子击中某个氮核而使该核发生变化时放出的。这样，卢瑟福通过人工方法实现了原子核的转变，人类第一次打开了原子核的大门。材料——质子的发现为了认定新粒子，把新粒子引进电场和磁场，测出了它的质量和电量，确认与氢核相同：带有一个单位的正电量，质量是电子质量的1800多倍。卢瑟福把它叫做质子．质子的符号是p材料——质子的发现用α粒子、质子、中子等去轰击其它元素的原子核，也都产生类似的转变，并产生质子，说明质子是各种原子核里都有的成分，质子是人类继电子、光子后发现的第三个基本粒子。1441717281NHeOH1930年，德国科学家玻特和贝克用α粒子轰击元素铍核，发现铍核没射出质子，而放出了一种新的射线（铍辐射）．这种射线几乎不能使气体电离，在电场和磁场中也不发生偏转，是不带电的，射线的贯穿能力强，他们认为这是γ射线．经检测，射线的能量在10ＭeV左右，远大于天然放射物质衰变时发出的γ射线的能量．材料——中子的发现1932年１月底，查得威克得到这一论文，约里奥夫妇的实验使他心跳，他认为约里奥夫妇的结论肯定有误，违反能量守恒啊！他敏感到这很可能是导师卢瑟福预言、自己苦苦寻找了12年的中子。他决定用云室的方法探测射线的速度和质量。材料——中子的发现他先测出射线的速度不到光速的十分之一，排除了是γ射线的可能，又用弹性碰撞动量守恒的方法测出不带电粒子的质量与质子质量差不多。他还确定这不带电的粒子不可能是由质子和电子组合而成，只能是另一种新的独立粒子，他称之为中子。就这样，仅用了十天时间，成功地证实了这种中性射线就是中子流。他当之无愧地成为“中子之父”，并因此获1935年诺贝尔物理奖。nCHeBe101264294中子的发现，有重大的意义：中子不带电，用它去轰击原子核，不受库仑力的影响，是研究原子核的强有力的“炮弹”。在此以前，可供研究用的“炮弹”只有天然放射元素发出的α、β、γ三种射线，中子流则是穿透本领更大，轰击原子核更有效的“炮弹”，人们用它轰击各种原子核，获得了许多人工放射性同位素，用它轰开铀核，实现了原子能的利用。1、定义：原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程，------------核反应2、规律：在核反应中，质量数和电荷数都守恒一、核反应3、几个人工核转变方程1441717281NHeOHnCHeBe101264294（1）发现质子的核反应方程——卢瑟福（2）发现中子的核反应方程——查德威克例1：指出下列核反应中的错误并更正：141778N+O+(1)质子1441717281C+HeO+H(2)9413426Be+HeC+(3)1934年，约里奥·居里和伊丽芙·居里在用粒子轰击铝箔时，除探测到预料中的中子外，还探测到了正电子，正电子的质量跟电子相同，所带电荷与电子相反，为一个单位的正电荷，更意外的是，拿走放射源后，铝箔虽不再发射中子，但仍继续发射正电子，而且这种放射性也有一定的半衰期．原来，铝核被粒子击中后发生了下面的反应：二、人工放射性同位素及其应用1、放射性同位素天然存在的放射性元素只有四十几种，但用人工方法得到的放射性性同位素有一千多种，因而放射性同位素有着广泛的用途。由于同位素的核电荷数相同，所以化学性质相同。427301213150He+AlP+n1934年，约里奥—居里夫妇发现α粒子轰击的铝片中含有放射性磷：3015P反应生成物P是磷的一种同位素，自然界没有天然的，它是通过核反应生成的人工放射性同位素。3015P有些同位素具有放射性，叫做放射性同位素.二、人工放射性同位素3030015141PSi+e2、与天然的放射性物质相比，人造放射性同位素：放射强度容易控制可以制成各种需要的形状半衰期更短放射性废料容易处理（1）利用它的射线A、由于γ射线贯穿本领强，可以用来γ射线检查金属内部有没有砂眼或裂纹，所用的设备叫γ射线探伤仪．B、利用射线强度与物质厚度的关系，来检查各种产品的厚度和密封容器中液体的高度等，从而实现自动控制。C、利用射线使空气电离而把空气变成导电气体，以消除化纤、纺织品上的静电。D、利用射线照射植物，引起植物变异而培育良种，也可以利用它杀菌、治病等三、放射性同位素的应用γ射线探伤仪利用钴60的射线治疗癌症（放射治疗）射线对癌细胞的破坏比对健康细胞的更快被不同剂量γ射线照射后的马铃薯8个月后的情况，左上方的马铃薯没经过γ射线照射，右下方的被γ射线照射的剂量最大，左下方保存最好的马铃薯被γ射线照射的剂量适中。“鲁棉一号”就是山东省棉花研究所的科技人员应用放射性同位素钴-60放出的伽玛射线处理棉花杂交的后代育成的．（2）作为示踪原子：用于工业、农业及生物研究等.棉花在结桃、开花的时候需要较多的磷肥，把磷肥喷在棉花叶子上，磷肥也能被吸收．但是，什么时候的吸收率最高、磷在作物体内能存留多长时间、磷在作物体内的分布情况等，用通常的方法很难研究．如果用磷的放射性同位素制成肥料喷在棉花叶面上，然后每隔一定时间用探测器测量棉株各部位的放射性强度，上面的问题就很容易解决．人体甲状腺的工作需要碘．碘被吸收后会聚集在甲状腺内．给人注射碘的放射性同位素碘131，然后定时用探测器测量甲状腺及邻近组织的放射强度，有助于诊断甲状腺的器质性和功能性疾病．原子弹爆炸、核电站泄露会产生严重的污染.在利用放射性同位素给病人做“放疗”时，如果放射性的剂量过大，皮肤和肉就会溃烂不愈，导致病人因放射性损害而死去。有些矿石中含有过量的放射性物质，如果不注意也会对人体造成巨大的危害。过量的放射性会对环境造成污染，对人类和自然界产生破坏作用．四、辐射与安全20世纪人们在毫无防备的情况下研究放射性遭原子弹轰炸的广岛放射性的防护1）在核电站的核反应堆外层用厚厚的水泥来防止放射线的外泄.2）用过的核废料要放在很厚很厚的重金属箱内，并深埋地下.3）在生活中要有防范意识，尽可能远离放射源.放射性物质标志铀辐射源的存放检测辐射装置辐射检测系统全身污染检测仪为了防止有害的放射线对人类和自然的破坏，人们采取了有效的防范措施：操作放射性物质的设备在防护状态下操作放射性物质1、“γ刀”可以是病人在清醒状态下在较短的时间内完成手术。这主要是利用了γ射线的（）A.穿透本领B.衍射能力C.电离能力D.具有很高的能量AD2、下列关于放射线的说法中不正确的是()A、放射线可以用来进行工业探伤．B、放射线可以使细胞发生变异．C、放射同位素可以用来做示踪原子D、放射线对人体无害．D3、关于半衰期，以下说法正确的是：A．同种放射性元素在化合物中的半衰期比单质中长。B．升高温度可以使半衰期缩短。C．氡的半衰期为3.8天，若有四个氡原子核，经过7.6天氡原子核就只剩下一个。D．氡的半衰期为3.8天，4克氡原子核，经过7.6天氡原子核就只剩下1克。D4、关于γ射线，下列说法中正确的是()(A)它是波长极短的电磁波(B)它是高速运动的电子流(C)它的贯穿本领比β射线弱(D)它对空气的电离作用比α射线强A