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第3节探测射线的方法第4节放射性的应用与防护学习目标1．知道放射线的粒子与其他物质作用时产生的一些现象，熟悉探测射线的几种仪器．2．知道什么是放射性同位素和人工放射性同位素．3．了解放射性在生产和科学领域的应用．4．知道核反应及其遵从的规律，会正确书写核反应方程．填一填、做一做、记一记课前自主导学|基础知识·填一填|一、探测射线的方法1．探测方法(1)组成射线的粒子会使气体或液体电离，以这些离子为核心，1______________会产生雾滴，2__________会产生气泡．(2)射线能使照相乳胶3__________．(3)射线能使4__________产生荧光．过饱和的蒸气过热液体感光荧光物质2．探测仪器(1)威耳逊云室①原理：当酒精蒸气达到过饱和状态，粒子在云室内气体中飞过，使沿途的5__________电离，过饱和酒精蒸气就会以这些离子为核心6____________，于是显示出射线的径迹．气体分子凝结成雾滴②直而清晰弯曲(2)气泡室：气泡室里装的是液体，如液态氢．粒子通过过热液体时，在它的周围9__________而形成粒子的径迹．(3)盖革—米勒计数器①优点：GM计数器10__________，用它检测射线十分方便．②缺点：只能用来11______，不能区分12__________．产生气泡非常灵敏计数射线的种类二、核反应和人工放射性同位素1．核反应(1)定义：原子核在其他粒子的轰击下产生13__________的过程．(2)原子核的人工转变：卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，核反应方程147N＋42He→14__________.(3)遵循规律：15__________守恒，电荷数守恒．新原子核178O＋11H质量数2．人工放射性同位素(1)放射性同位素：具有16__________的同位素．(2)人工放射性同位素的发现①1934年，约里奥—居里夫妇发现经过α粒子轰击的铝片中含有放射性磷3015P.②发现磷同位素的方程42He＋2713Al→17__________.放射性3015P＋10n3．放射性同位素优点(1)资源丰富，应用广泛．(2)放射强度容易控制，可以制成各种所需的形状，废料容易处理．(3)现在凡是用到射线时，用的都是18____________同位素，而不用天然放射性物质．人工放射性三、放射性同位素的应用与防护1．应用射线：利用γ射线的19__________可以测厚度等，还可以用于放射治疗、照射种子培育优良品种等．2．示踪原子：一种元素的各种同位素具有20__________化学性质，用放射性同位素替换非放射性的同位素后可以探测出原子到达的位置．穿透能力相同的3．辐射与安全：人类一直生活在放射性的环境中，过量的射线对人体组织21____________．要防止放射性物质对水源、空气、用具等的污染．有破坏作用|基础小题·做一做|1．正误判断(1)云室和气泡室都是应用射线的穿透能力研究射线的径迹．()(2)盖革—米勒计数器既可以统计粒子的数量，也可以区分射线的种类．()(3)放射性同位素3015P，既可以通过核反应人工获得，也可以从自然界中获得．()×××(4)现在用到射线时，既可以用人工放射性同位素，也可以用天然放射性物质．()(5)任何放射性物质都可以作为示踪原子使用．()××2．射线对人体有害，因此，在用作示踪原子时，应选择()A．半衰期较长的放射性元素B．半衰期较短的放射性元素C．质量数较小的元素D．质量数较大的元素解析：选B由于放射性同位素跟同种元素的非放射性同位素具有相同的化学性质，故可利用放射性同位素作为示踪原子，但由于射线对人体有伤害，一旦研究结束，就希望同位素放出的射线量大大减少，因此，应选用半衰期较短、衰变稍快的元素作为示踪原子．3．(多选)有关放射性同位素3015P的下列说法，正确的是()A.3015P与3014X互为同位素B.3015P与其同位素有相同的化学性质C．用3015P制成化合物后它的半衰期变长D．含有3015P的磷肥释放正电子，可用作示踪原子，观察磷肥对植物的影响解析：选BD同位素应具有相同的质子数，A错；同位素具有相同的化学性质，B对；元素的半衰期与其所处的状态无关，C错；放射性同位素可作为示踪原子，D对．4．正电子发射计算机断层(PET)是分子水平上的人体功能显像的国际领先技术，它为临床诊断和治疗提供了全新的手段．PET在心脏疾病诊疗中，需要使用放射正电子的氮13示踪剂．氮13是由小型回旋加速器输出的高速质子轰击氧16获得的，反应中同时还产生另一个粒子，试写出该核反应方程．提示：本题考查对原子核变化过程遵守的两个规律的掌握和对基本粒子的认识．要求考生能根据质量数守恒和电荷数守恒判断出核反应方程中的未知粒子中的质量数和电荷数，并据此分析是何种粒子．根据质量数守恒和电荷数守恒，可知核反应方程为168O＋11H→137N＋42He.|核心知识·记一记|1．1912年英国物理学家威耳逊发明了威耳逊云室．2．射线可使气体或液体电离，使照相乳胶感光，使荧光物质产生荧光．3．原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程，称为核反应．4．在核反应中，质量数守恒，电荷数守恒．5．1928年由德国物理学家盖革与米勒研制成功了用于探测射线的盖革—米勒计数器．6．1934年，约里奥—居里夫妇发现了人工放射性同位素．7．放射性同位素有很多应用，如应用它的射线，或把它作为示踪原子；放射性同位素也有很多危害．过量的射线对人体组织有破坏作用，同时对水源、空气等也有污染．析要点、研典例、重应用课堂互动探究★要点一探测射线的方法和仪器|要点归纳|1．探测射线的方法：也是探测运动粒子的方法．可以根据射线粒子与其他物质作用时的表现进行判断，常利用射线的以下特性：(1)粒子使气体或液体电离，以这些离子为核心，过饱和的蒸气会产生雾滴，过热液体会产生气泡．(2)使照相乳胶产生感光．(3)使荧光物质产生荧光．2．三种探测射线的仪器(1)威耳逊云室构造：主要部分是一个塑料或玻璃制成的容器，它的下部是一个可以上下移动的活塞，上盖是透明的，可以通过它来观察和拍摄粒子的运动径迹，云室里面有干净的空气．如图所示．(2)气泡室气泡室的原理同云室的原理类似，所不同的是气泡室里装的是液体，如液态氢．控制气泡室内液体的温度和压强，使温度略低于液体的沸点．当气泡室内压强突然降低时，液体的沸点变低，因此液体过热，粒子通过液体时在它的周围就有气泡形成，从而显示粒子径迹．(3)盖革—米勒计数器①原理：在金属丝和圆筒两极间加上一定的电压，这个电压稍低于管内气体的电离电压，当某种射线粒子进入管内时，它使管内的气体电离，产生电子…这样，一个射线粒子进入管中后可以产生大量电子，这些电子到达阳极，阳离子到达阴极，在外电路中产生一次脉冲放电，利用电子仪器可以把放电次数记录下来．②优缺点优点：放大倍数很大，非常灵敏，用它检测射线十分方便．缺点：a．不同射线产生的脉冲现象相同，只能用来计数，不能区分射线种类．b．如果同时有大量粒子或两个粒子射来的时间间隔小于200μs，则计数器不能区分它们．|例题展示|【例1】(多选)关于放射线的探测，下列说法正确的是()A．气泡室探测射线的原理与云室探测射线的原理类似B．由气泡室内射线的径迹可以分析粒子的带电、动量、能量等情况C．盖革—米勒计数器探测射线的原理中也利用射线的电离本领D．盖革—米勒计数器不仅能计数，还能用来分析射线的性质[解析]气泡室探测射线的原理与云室类似，不同的是通过射线在气泡室中经过时产生气泡来显示射线径迹，故A选项正确；由气泡室内径迹中气泡的多少及径迹在磁场中的弯曲方向等，可分析射线的带电、动量、能量等情况，故B选项正确；盖革—米勒计数器利用射线的电离作用，产生电脉冲进而计数，故C选项正确；对于不同射线产生的脉冲现象相同，因此计数器只能用来计数，不能区分射线的种类，故D选项错误．[答案]ABC|对点训练|1．(多选)关于威耳逊云室探测射线，下述正确的是()A．威耳逊云室充满过饱和酒精蒸气，射线经过时可显示出射线运动的径迹B．威耳逊云室中径迹粗而直的是α射线C．威耳逊云室中径迹细而长的是γ射线D．威耳逊云室中显示粒子径迹的原因是电离，所以无法由径迹判断射线所带电荷的正负解析：选AB云室内充满过饱和酒精蒸气，射线经过时把气体电离，过饱和酒精蒸气以离子为核心凝结成雾滴，雾滴沿射线的路线排列，显示出射线的径迹，故A正确；由于α粒子的电离本领大，贯穿本领小，所以α射线在云室中的径迹粗而直，故B正确；由于γ射线的电离本领很弱，所以在云室中一般看不到它的径迹，而细长径迹是β射线的，故C错误；把云室放在磁场中，由射线径迹的弯曲方向就可以判断射线所带电荷的正负，故D错误．2．(多选)用盖革—米勒计数器测定放射源的放射强度为每分钟405次，若将一张厚纸板放在计数器与放射源之间，计数器几乎测不到射线.10天后再次测量，测得该放射源的放射强度为每分钟101次，则下列关于射线性质及它的半衰期的说法正确的是()A．放射源射出的是α射线B．放射源射出的是β射线C．这种放射性元素的半衰期是5天D．这种放射性元素的半衰期是2.5天解析：选AC因厚纸板能挡住这种射线，知这种射线是穿透能力最差的α射线，选项A正确，选项B错误；因放射性元素原子核个数与单位时间内衰变的次数成正比，10天后测出放射强度为原来的四分之一，说明10天后放射性元素的原子核个数为原来的四分之一，由半衰期公式知已经过了两个半衰期，故半衰期是5天，选项C正确，选项D错误．★要点二原子核的人工核反应和核反应方程|要点归纳|1．核反应的条件：用α粒子、质子、中子，甚至用γ光子轰击原子核使原子核发生转变．2．核反应的实质：用粒子轰击原子核并不是粒子与核碰撞将原子核打开，而是粒子打入原子核内部使核发生了转变．3．原子核人工转变的三个典型核反应(1)1919年卢瑟福发现质子的核反应：147N＋42He→178O＋11H.(2)1932年查德威克发现中子的核反应：94Be＋42He→126C＋10n.(3)1934年约里奥—居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应：2713Al＋42He→3015P＋10n；3015P→3014Si＋01e.4．人工转变核反应与衰变的比较不同点原子核的人工转变是一种核反应，是其他粒子与原子核相碰撞的结果，需要一定的装置和条件才能发生，而衰变是原子核的自发变化，它不受物理和化学条件的影响相同点人工转变与衰变过程一样，在发生过程中质量数与电荷数都守恒，反应前后粒子总动量守恒|例题展示|【例2】用中子轰击铝27，产生钠24和X粒子，钠24具有放射性，它衰变后生成镁24，则X粒子和钠的衰变过程分别是()A．质子，α衰变B．电子，α衰变C．α粒子，β衰变D．正电子，β衰变[解析]按照质量数守恒、电荷数守恒的规律，中子轰击铝的核反应方程为2713Al＋10n→2411Na＋42He，钠24衰变的核反应方程为2411Na→2412Mg＋0－1e，X是α粒子，衰变过程是β衰变，本题正确选项为C.[答案]C【例3】1993年，中国科学院上海原子核研究所制得了一种新的铂元素的同位素20278Pt.制取过程如下：(1)用质子轰击铍靶94Be产生快中子；(2)用快中子轰击汞20480Hg，反应过程可能有两种：①生成20278Pt，放出氦原子核；②生成20278Pt，同时放出质子、中子．(3)生成的20278Pt发生两次β衰变，变成稳定的原子核汞20280Hg.写出上述核反应方程．[解析]根据质量数守恒和电荷数守恒，确定新生核的电荷数和质量数，然后写出核反应方程．如下：(1)94Be＋11H→95B＋10n.(2)①20480Hg＋10n→20278Pt＋32He.②20480Hg＋10n→20278Pt＋211H＋10n.(3)20278Pt→20279Au＋0－1e；20279Au→20280Hg＋0－1e.[答案]见解析[易错警示]写核反应方程时应注意的三点(1)核反应过程一般都是不可逆的，核反应方程不能用等号连接，只能用单向箭头表示反应方向．(2)