搜索
第3、4节探测射线的方法、放射性的应用与防护[学习目标]1．了解探测射线的几种方法，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。课前预习·落实基础一、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_______，以这些离子为核心，过饱和的蒸气会产生__________，过热液体会产生_______。(2)射线能使照相乳胶________。(3)射线能使荧光物质产生________。2．探测仪器(1)威耳逊云室：①原理：粒子在云室内气体中飞过，使沿途的气体分子________，过饱和酒精蒸气就会以这些离子为核心凝结成_______，于是显示出射线的径迹。电离雾滴气泡感光荧光电离雾滴②粒子径迹形状α粒子的径迹_________高速β粒子的径迹直而细低速β粒子的径迹短而粗，而且常常______γ粒子的电离本领很小，在云室中一般看不到它的径迹(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________，如液态氢。粒子通过________液体时，在它的周围产生_______而形成粒子的径迹。(3)盖革－米勒计数器①优点：G－M计数器非常_______，使用方便。②缺点：只能用来_____，不能区分___________。直而粗弯曲液体过热气泡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_________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→______________。(3)遵循规律：_________守恒，电荷数守恒。2．人工放射性同位素(1)放射性同位素：具有__________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→_________。新原子核178O＋11H质量数放射性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_______________同位素，而不用天然放射性物质。三、放射性同位素的应用与防护1．应用射线：利用γ射线的______________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。人工放射性穿透本领2．示踪原子：一种元素的各种同位素具有____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。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______________要防止放射性物质对水源、空气、用具等的污染。有破坏作用相同[自主思考]判断下列说法的正误。(1)射线中的粒子与其他物质作用时，产生一些现象，可以显示射线的存在。()(2)云室和气泡室都是应用射线的穿透能力研究射线的径迹。()(3)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。()(4)在核反应中，质量数守恒，电荷数守恒。()(5)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。()√××√××(6)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。()(7)利用γ射线照射种子，可以培育出优良品种。()(8)用γ射线照射食品可以杀死使食物腐败的细菌，抑制蔬菜发芽，延长保存期。()(9)任何放射性物质都可以作为示踪原子使用。()×√√×课堂互动·考点突破考点一探测射线的方法和仪器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，以这些粒子为核心，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19－3－1所示。图19－3－1(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。[题组突破]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，所以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，所以D选项错误。答案ABC2．(多选)利用威耳逊云室可以研究放射性元素衰变时放出的射线，下列说法正确的是A．可以利用威耳逊云室研究所有的射线B．α粒子在威耳逊云室中的径迹直而粗，是因为α粒子的质量大，电离本领强C．β粒子在威耳逊云室中，几乎看不到它的径迹D．利用威耳逊云室可判断射线所带电荷的正负解析α粒子的质量大，不易改变方向，电离本领大，其径迹直而粗，γ射线电离本领小，一般看不到其径迹，不能用威耳逊云室来研究，故B选项正确，A、C选项错误；把云室放在磁场中，由射线径迹的弯曲方向就可判断射线所带电荷的正负，D选项正确。答案BD3．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γ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天解析由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、B均错误；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只有原来的四分之一，由半衰期公式知已经过了两个半衰期，故半衰期是5天。答案C考点二原子核的人工转变与反应方程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大发现(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年约里奥一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。[例1](2018·全国卷Ⅲ)1934年，约里奥－居里夫妇用α粒子轰击铝核2713Al，产生了第一个人工放射性核素X：α＋2713Al→n＋X。X的原子序数和质量数分别为A．15和28B．15和30C．16和30D．17和31[思路引导]根据每个过程中已知的原子核、粒子，依据电荷数和质量数守恒的原则写出核反应的方程。[解析]据α粒子和中子的质量数和电荷数写出核反应方程：42He＋2713Al→10n＋AZX，结合质量数守恒和电荷数守恒得，A＝4＋27－1＝30，Z＝2＋13－0＝15，原子序数等于核电荷数，故B正确。[答案]B[规律总结]书写核反应方程的原则(1)质量数守恒和电荷数守恒；(2)中间用箭头，不能写成等号；(3)能量守恒(中学阶段不做要求)；(4)核反应必须是实验中能够发生的。变式训练1．(2018·天津卷)如图19－3－2为国家大科学工程——中国散裂中子源(CSNS)于2017年8月28日首次打靶成功，获得中子束流，可以为诸多领域的研究和工业应用提供先进的研究平台。下列核反应中放出的粒子为中子的是图19－3－2A.147N俘获一个α粒子，产生178O并放出一个粒子B.2713Al俘获一个α粒子，产生3015P并放出一个粒子C.115B俘获一个质子，产生84Be并放出一个粒子D.63Li俘获一个质子，产生32He并放出一个粒子解析根据核反应过程中质量数守恒及电荷数守恒可知，147N＋42He→178O＋11H，A项错误；2713Al＋42He→3015P＋10n，B项正确；115B＋11H→84Be＋42He，C项错误；63Li＋11H→32He＋42He，D项错误。答案B考点三放射性同位素的应用1．放射性同位素(1)定义：具有放射性的同位素叫作放射性同位素。(2)发现方程：42He＋2713Al→3015P＋10n。3015P具有放射性：3015P→3014Si＋0＋1e2．人工放射性同位素与天然放射性同位素相比有哪些优点？(1)来源丰富，每种元素都有自己的放射性同位素。(2)放射强度容易控制，且可制成各种所需的形状。(3)半衰期比天然放射性物质短得多，因此放射性废料容易处理。3．放射性同位素的主要应用(1)利用它的射线①利用γ射线的贯穿本领，可用γ射线探伤等。②利用α射线的电离作用很强，可消除有害静电。③利用γ射线对生物组织的物理和化学作用，可用来使种子发生变异，培育良种、灭菌消毒。④利用放射性的能量，在医疗上，常用以抑制甚至杀死病变组织，还可以轰击原子核，诱发核反应。(2)作示踪原子①在农业生产中，探测农作物在不同的季节对元素的需求。②在工业上，检查输油管道上的漏油位置。③在生物医疗上，可以检查人体对某元素的吸收情况，也可以帮助确定肿瘤的部位和范围。污染与防护举例与措施说明核爆炸核爆炸的最初几秒钟辐射出来的主要是强烈的γ射线和中子流，长期存在放射性污染核泄漏核工业生产和核科学研究中使用放射性原材料，一旦泄露就会造成严重污染污染医疗照射医疗中如果放射线的剂量过大，也会导致病人受到损害，甚至造成病人的死亡4．放射线的污染与防护密封防护把放射源密封在特殊的包壳里，或者用特殊的方法覆盖，以防止射线泄露距离防护距放射源越远，人体吸收的剂量就越少，受到的危害就越轻时间防护尽量减少受辐射的时间防护屏蔽防护在放射源与人体之间加屏蔽物能起到防护作用。铅的屏蔽作用最好[例2]用人工方法得到放射性同位素，这是一个很重要的发现，天然放射性同位素只不过40几种，而今天人工制造的同位素已达1000多种，每种元素都有放射性同位素，放射性同位素在农业、医疗卫生、科研等许多方面得到广泛应用。(1)带电的验电器在放射线照射下电荷会很快消失，其原因是________。A．射线的贯穿作用B．射线的电离作用C．射线的物理、化学作用D．以上三个选项都不是(2)如图19－3－3是工厂利用放射线自动控制铝板厚度的装置示意图，如工厂生产的是厚度1mm铝板，在α、β、γ三种射线中，你认为