1、3.放射性的应用、危害与防护必备知识自主学习一、放射性的应用【情境思考】如图是放射性在医学中的应用,该设备应用的是放射性物质产生的哪种射线?1.可以将由_制成的静电消除器安装在机器运转时容易产生静电的部位。2.利用_穿过薄物或经过薄物反射时,由透射或反射后的_来测定薄物的厚度与密度。3.射线对生物组织会产生_、_的效应,能引起生物体内_。4.可用作新的科学探究工具(即_)应用于各个学科。5.在考古学中,我们可以利用测定发掘物中_放射性元素的含量,来确定它的年代。射线源射线衰减程度物理化学DNA的变异示踪原子二、放射性的危害与防护【情境思考】监测辐射的胸章的设计原理是什么?1.天然放射线主要由两
2、部分组成:一是来自_的天然放射性元素以及空气中氡等产生的放射线;二是来自空间的_。2.人工放射线的来源主要是_、_以及_的放射线。地壳表面宇宙射线医疗核动力核武器试验中关键能力合作学习知识点一 放射性的应用1.利用射线的特性:(1)利用射线的贯穿本领:利用60Co放出的很强的射线来检查金属内部有没有砂眼或裂纹,这叫射线探伤。利用射线可以检查30 cm厚的钢铁部件,利用放射线的贯穿本领,可用来检查各种产品的厚度、密封容器中的液面高度等,从而自动控制生产过程。(2)利用射线的电离作用:放射线能使空气电离,从而可以消除静电积累,防止静电产生危害。(3)利用射线对生物组织的物理、化学效应,使种子发生变
3、异,培育优良品种。(4)利用放射线产生的能量轰击原子核,实现原子核的人工转变。(5)在医疗上,常用来控制病变组织的扩大。2.作为示踪原子:(1)在工业上,可用示踪原子检查地下输油管道的漏油情况。(2)在农业生产中,可用示踪原子确定植物在生长过程中所需的肥料和合适的施肥时间。(3)在医学上,可用示踪原子帮助确定肿瘤的部位和范围。(4)在生物科学研究方面,放射性同位素示踪法在生物化学和分子生物学领域应用极为广泛。3.利用衰变特性:在考古学中,我们可以利用测定发掘物中(碳14)放射性元素的含量,来确定它的年代。4.其他应用:在地质学上,常利用射线勘探矿藏。【典例示范】【典例】用人工方法得到放射性同位
4、素,这是一个很重要的发现,天然的放射性同位素只不过40多种,而今天人工制造的放射性同位素已达1 000多种,每种元素都有放射性同位素。放射性同位素在工业、农业、医疗卫生和科学研究的许多方面得到了广泛的应用。(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)如图是工厂利用放射线自动控制铝板厚度的装置示意图。如果工厂生产的是厚度1毫米的铝板,在、三种射线中,你认为对铝板的厚度控制起主要作用的是_射线。(3)在我国首先用人工方法合成牛胰岛素时,需要证明人工合成的牛胰岛素结晶跟天然牛胰岛素的结晶是同一种物
5、质,为此曾采用放射性同位素14C作_。【解析】(1)因放射线的电离作用,空气中与验电器所带电荷电性相反的离子与之相互中和,从而使验电器所带电荷消失。(2)射线穿透物质的本领弱,不能穿透厚度1毫米的铝板,因而探测器不能探测,射线穿透物质的本领极强,穿透1毫米厚铝板和几毫米厚铝板打在探测器上很难分辨。射线也能够穿透1毫米甚至几毫米厚的铝板,但厚度不同,穿透后射线中的电子运动状态不同,探测器容易分辨。(3)把掺入14C的人工合成的牛胰岛素与天然牛胰岛素混合在一起,经过多次重新结晶后,得到了放射性14C分布均匀的牛胰岛素结晶,这就证明了人工合成的牛胰岛素与天然牛胰岛素完全融为一体,它们是同一种物质。这
6、种把放射性同位素的原子掺到其他物质中去,让它们一起运动、迁移,再用放射性探测仪器进行追踪,就可以知道放射性原子通过什么路径,运动到哪里了,是怎样分布的,从而可以了解某些不容易查明的情况或规律。人们把具有这种用途的放射性同位素叫作示踪原子。答案:(1)B(2)(3)示踪原子【素养训练】1.(多选)放射性同位素被用作示踪原子的原因,下列表述正确的是()A.放射性同位素不改变其化学性质B.放射性同位素的半衰期比天然放射性元素的半衰期短得多C.半衰期与元素所处的物理、化学状态无关D.放射性同位素容易制造【解析】选A、B、C。放射性同位素用作示踪原子,主要是用放射性同位素代替没有放射性的同位素参与正常的
7、物理、化学、生物过程,既要利用化学性质相同,也要利用衰变规律不受物理、化学变化的影响,同时还要考虑放射性废料容易处理,因此A、B、C正确,D不正确。2.(多选)近几年来,我国北京、上海、山东等地引进了十多台刀,治疗患者5 000余例,效果极好,成为治疗脑肿瘤的最佳仪器。令人感叹的是,用刀治疗时不用麻醉,病人清醒,时间短,半小时完成手术,无需住院,因而刀被誉为“神刀”。刀治疗脑肿瘤主要是利用()A.射线对正常细胞无伤害作用B.射线的穿透能力很强C.射线具有很高的能量D.射线能很容易绕过阻碍物到达脑肿瘤位置【解析】选B、C。射线是波长很短、频率很高的电磁波,具有很高的能量和很强的穿透能力,所以它能
8、穿透皮肉和骨骼到达肿瘤位置并杀死肿瘤细胞,但其对正常的细胞不是没有伤害作用,A错误,B、C选项正确;射线波长很短,衍射能力也很差,所以D选项错误。知识点二 放射性的危害与防护1.放射线来源:(1)天然放射线主要由两部分组成,一是来自地壳表面的天然放射性元素(如铀、钍、镭)以及空气中氡等产生的放射线;二是来自空间的宇宙射线。(2)人工放射线的来源主要是医疗、核动力以及核武器试验中的放射线。2.放射性的危害:放射线对人体组织造成的伤害,主要是由于射线对原子和分子产生作用,比如电离、激发和分解等,这种作用将导致细胞损伤,甚至破坏人体DNA的分子结构。3.辐射防护的基本方法:(1)距离防护尽可能远离射
9、线源。(2)时间防护尽量减少可能受到照射的时间。(3)屏蔽防护在射线源的周围设置能够吸收或阻挡射线的屏蔽物体。(4)仪器监测要配置适当的剂量测量设备,加强对环境的监测。【问题探究】放射性的防护有哪些基本方法?(图示是:核反应堆有三道防护屏障:燃料包壳、压力壳和安全壳)提示:其基本方法有:(1)距离防护;(2)时间防护;(3)屏蔽防护;(4)仪器监测。【典例示范】【典例】(多选)贫铀是从金属铀中提炼以后的副产品,其主要成分为贫铀炸弹贯穿力是常规炸弹的9倍,杀伤力极大,而且残留物可长期危害环境。下列关于其残留物长期危害环境的理由正确的是()A.爆炸后的弹片存在放射性B.爆炸后的弹片不会对人体产生危
10、害,不会对环境产生长期污染C.的衰变速度很快D.铀的半衰期很长,对环境产生长期危害【解析】选A、D。具有放射性,会对环境造成危害,而且由于其半衰期很长,所以这种危害是长期的。故A、D正确。【素养训练】1.现在很多心血管专科医院引进了一种被称为“心脏灌注显像”的检测技术,方法是将若干毫升含放射性元素锝(Tc)的注射液注入被检测者的动脉,经过40 min后,这些含放射性物质的注射液通过血液循环均匀地分布在血液中,这时对被检测者的心脏进行造影,心脏血管正常的位置由于有放射性物质随血液到达而显示出有射线射出;心脏血管被堵塞的部分由于无放射性物质到达,将无射线射出。医生根据显像情况就可以判定被检测者心脏
11、血管有无病变,并判定病变位置。你认为检测用放射性元素锝的半衰期应该最接近下列数据中的()A.10分钟B.10小时C.10天 D.10年【解析】选B。半衰期太短,在放射期内放射性物质的注射液不能均匀地分布在血液中而无法完成检测,又因放射强度较大而对人体造成伤害;若半衰期太长,射线长时间地照射人体也会对人体造成伤害。应掌握的两个原则是:一要检查出病变位置;二要保证病人的健康。故选B。2.(多选)目前,在居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装修材料,这些岩石都不同程度地含有放射性元素,比如,有些含有铀、钍的花岗岩等岩石会释放出放射性惰性气体氡,而氡会发生放射性衰变,放出射线、射线、射线,这些射线会导致
12、细胞发生癌变及呼吸道等方面的疾病。根据有关放射性知识可知,下列说法正确的是()A.氡的半衰期为3.8天,若取4个氡原子核,经7.6天后就一定剩下一个原子核了B.衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子和电子所产生的C.射线一般伴随着射线或射线产生,在这三种射线中,射线的穿透能力最强,电离能力最弱D.发生衰变时,生成核与原来的原子核相比,中子数减少了4【解析】选B、C。半衰期是大量原子核衰变的统计规律,A错;衰变时,质量数减少4,质子数减少2,中子数减少2,D错。【拓展例题】考查内容:放射线的应用与防护【典例】如图所示是利用放射线自动控制铝板厚度的装置。假如放射源能放射出、三种射线,而根据设计
13、,该生产线压制的是3 mm厚的铝板,那么是三种射线中的_射线对控制厚度起主要作用。当探测接收器单位时间内接收到的放射性粒子的个数超过标准值时,将会通过自动装置将M、N两个轧辊间的距离调节得_些。【解析】因射线能穿过几毫米的铝板,故射线对控制厚度起主要作用.通过铝板的粒子数超标是指通过铝板的粒子个数太多,铝板的厚度偏薄,应加大铝板的厚度,即将M、N两轧辊间距离调大一些。答案:大【课堂回眸】课堂检测素养达标1.在天然放射性物质附近放置一带电体,带电体所带的电荷很快消失的根本原因是()A.射线的贯穿作用 B.射线的电离作用C.射线的贯穿作用D.射线的中和作用【解析】选B。放射线使空气分子电离,电离出
14、的离子中和带电体的电荷,故B正确。2.在临床上医生用123I进行诊断,通过体内跟踪,可以迅速查出病因。123I的特性是()A.半衰期长,并迅速从体内清除B.半衰期长,并缓慢从体内清除C.半衰期短,并迅速从体内清除D.半衰期短,并缓慢从体内清除【解析】选C。利用放射性同位素123I放出的射线,穿透本领比、射线强。123I的半衰期较短,可以迅速从体内消失,不至于因长时间辐射而对身体造成伤害。故C对。3.正电子发射型计算机断层显像(PET)的基本原理是:将放射性同位素注入人体在人体内衰变放出的正电子与人体内的负电子相遇湮灭转化为一对光子,被探测器采集后,经计算机处理生成清晰图像,则根据PET原理判断
15、下列表述不正确的是()A.在人体内衰变方程是B.正、负电子湮灭方程是C.在PET中,的主要用途是作为示踪原子D.在PET中,的主要用途是参与人体的新陈代谢【解析】选D。由质量数守恒和电荷数守恒知,衰变方程是故A正确;正负电子湮灭生成两个光子,故B正确;在PET中的主要用途是作为示踪原子被探测器探测到,故C正确,D错误。4.如图甲是、三种射线穿透能力的示意图,图乙是工业上利用射线的穿透性来检查金属内部的伤痕的示意图,请问图乙中的检查是利用了哪种射线()A.射线B.射线C.射线D.三种射线都可以【解析】选C。射线的穿透能力极强,能穿过30 cm 厚的铁板,通过透视可发现各种金属制品中的裂纹或砂眼等
16、,故C正确。5.茫茫宇宙空间存在大量的宇宙射线,对宇航员构成了很大的威胁。现有一束射线(含有、三种射线),(1)在不影响和射线的情况下,如何用最简单的方法除去射线?(2)余下的这束和射线经过如图所示的一个使它们分开的磁场区域,请画出和射线进入磁场区域后轨迹的示意图。(画在图上)(3)用磁场可以区分和射线,但不能把射线从射线束中分离出来,为什么?(已知粒子的质量约是粒子质量的8 000倍,射线速度约为光速的十分之一,射线速度约为光速)【解题指南】解答本题时注意以下两点:(1)除去射线时可考虑应用三种射线穿透本领的不同。(2)从粒子在磁场中的轨道半径上考虑是否能把射线从射线束中分离出来。【解析】(
17、1)由于射线贯穿能力很弱,用一张纸放在射线前即可除去射线。(2)如图所示。(3)粒子和电子在磁场中偏转,据R=对射线有R1=对射线有R2=故射线穿过此磁场时,半径很大,几乎不偏转,故与射线无法分离。答案:(1)用一张纸放在射线前即可除去射线。(2)见解析图(3)射线的圆周运动的半径很大,几乎不偏转,故与射线无法分离。应用放射线灭菌消毒十多年前,用现代射线技术为埃及珍藏的古尸木乃伊拉美二世看病的故事轰动了世界.木乃伊拉美二世是世界上最负盛名的木乃伊古尸。拉美二世是古埃及法老,死于公元前1210年,享年90岁。长眠地下3 000多年后,于1881年被人发现时,还是一具保存极为完整的木乃伊,一直被陈
18、列在开罗博物馆里供人参观。由于护理不够完善,一直放在有阳光直射的房间里,而且观众络绎不绝,这样就带进了细菌和灰尘,使拉美二世也受到了污染,危及木乃伊的“健康”。埃视野拓展趣味物理及政府请法国巴黎人类博物馆的专家为木乃伊拉美二世“会诊”。专家们经过仔细检查,确诊木乃伊拉美二世因细菌感染患严重炎症,必须采取紧急医疗措施来挽救这一世界级的无价珍宝。我们知道,木乃伊是不能打针吃药的,也不能用药水浸泡消毒,常规的治疗方法都难以奏效。最后他们一致决定采用射线照射达到灭菌消毒的目的。经过精心的治疗,原来感染的89种病菌全部消灭,使木乃伊拉美二世完全康复。这是放射线灭菌消毒最生动和最有说服力的成功事例。早在伦琴发现X射线不久,F。明克和S.C.普列斯科特分别在1896年和1902年就已发现了X射线有消灭病原微生物的能力,并在几年之后获得了专利权。
