1、第3节探测射线的方法第4节放射性的应用与防护1了解探测射线的几种方法，熟悉探测射线的几种仪器。2知道核反应及其遵循的规律，会书写核反应方程。3知道什么是放射性同位素和人工放射性同位素。4了解放射性同位素在科学与生产领域的应用，了解辐射过量的危害。一、探测射线的方法探测器材的设计思路：放射线中的粒子会使气体或液体电离，以这些离子为核心，过饱和蒸气会产生雾滴，过热液体会产生气泡。射线中的粒子会使照相乳胶感光。射线中的粒子会使荧光物质产生荧光。1威耳逊云室其结构为一个圆筒状容器，上盖透明，底部可以上下移动，相当于活塞。实验时先往容器内加入少量酒精，使容器内充满酒精的饱和蒸气，然后迅速下拉活塞，气体迅
2、速膨胀，温度降低，酒精蒸气达到过饱和状态。粒子穿过该空间时，沿途使气体分子电离，过饱和蒸气就会以这些离子为核心凝成雾滴，于是显示出射线的径迹。2气泡室与云室原理类似，只是容器里装的是液体，并控制里面液体的温度和压强，使温度略低于液体的沸点。当气泡室内的压强突然降低时，液体的沸点变低，因此液体过热，粒子通过液体时在它周围就有气泡形成，显示出粒子的径迹。3盖革米勒计数器它的主要部分是盖革米勒计数管，外面是玻璃管，里面有一个接在电源负极上的导电圆筒，筒的中间有一条接电源正极的金属丝，里面充入惰性气体以及少量酒精或溴蒸气。当射线进入管内时，会使管内气体电离，产生的电子在电场中加速，再与管内气体分子碰撞
3、，又使气体电离，产生电子一个粒子进入玻璃管内就会产生大量的电子，这些电子到达阳极，正离子到达阴极，电路中形成一次脉冲放电，电子仪器把脉冲次数记录下来。二、核反应1定义：原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程。2原子核的人工转变(1)1919年卢瑟福用粒子轰击氮原子核，产生了氧的一种同位素，同时产生一个质子。(2)卢瑟福发现质子的核反应方程7NHeHO。3遵循规律：质量数守恒，电荷数守恒。三、人工放射性同位素的应用与防护1放射性同位素的定义：有些同位素具有放射性，叫做放射性同位素。2人工放射性同位素的发现(1)1934年，约里奥居里夫妇发现经过粒子轰击的铝片中含有放射性磷P。(2)发现磷同位
4、素的方程：HeAlPn。3放射性同位素的应用(1)应用它的射线。(2)作示踪原子。4辐射与安全：人类从来就生活在有放射性的环境之中，过量的射线对人体组织有破坏作用。要防止放射性物质对水源、空气、用具等的污染。判一判(1)根据放射线在威耳逊云室中径迹的长短和粗细，可以知道粒子的性质，把云室放在磁场中，根据带电粒子运动径迹的弯曲方向，还可以知道粒子所带电荷的正负。()(2)书写核反应方程时不能用等号，是因为核反应通常是不可逆的，且箭头“”表示反应进行的方向。()(3)原子核的人工转变是自发进行的，反应前后质量数和电荷数都守恒。()(4)射线探伤是利用射线的电离能力。()(5)人工放射性同位素比天然
5、放射性元素半衰期长。()提示：(1)(2)(3)(4)(5)想一想(1)GM计数器为什么不能区分射线的种类？提示：不同的射线在盖革米勒计数器中产生的脉冲现象相同，因此它只能用于计数，不能区分射线种类。(2)医学上做射线治疗的放射性元素，应用半衰期长的还是短的？为什么？提示：用半衰期短的。因为半衰期短的放射性废料容易处理。课堂任务探测射线的方法1三种射线在云室中的径迹比较(1)粒子的质量比较大，在气体中飞行时不易改变方向。由于它的电离本领大，沿途产生的离子多，所以它在云室中的径迹直而粗。(2)粒子的质量小，跟气体碰撞时容易改变方向，并且电离本领小，沿途产生的离子少，所以高速粒子在云室中的径迹又细
6、又直，低速粒子的径迹又短又粗而且是弯曲的。(3)粒子的电离本领更小，在云室中一般看不到它的径迹。2不同探测方法的对比威耳逊云室和气泡室都是依据径迹探测射线的性质和种类的。3盖革米勒计数器(1)优点：放大倍数很大，非常灵敏，用它检测射线十分方便。(2)缺点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。如果同时有大量粒子或两个粒子射来的时间间隔小于200 s，则计数器不能区分它们。例1(多选)关于威耳逊云室探测射线，下列说法正确的是()A威耳逊云室内充满过饱和蒸气，射线经过时可显示出射线运动的径迹B威耳逊云室中径迹直而粗的是射线C威耳逊云室中径迹细而弯曲的是射线D威耳逊云室中显示粒子
7、径迹的原因是电离，所以无法由威耳逊云室判断射线所带电荷的正负(1)威耳逊云室显示粒子的运动轨迹应用的是电离，粒子的电离强弱对轨迹有何影响？提示：电离作用强的粒子在它的路径上电离的离子多，凝结的雾滴多，显示的径迹粗；电离作用弱的粒子在它的路径上电离的离子少，凝结的雾滴少，显示的径迹细。(2)如何区别射线种类及所带电性？提示：根据粒子径迹粗细长短区别射线种类；将云室置于磁场中，根据粒子偏转情况判断电性。规范解答云室内充满过饱和蒸气，射线经过时把气体分子电离，过饱和蒸气以离子为核心凝结成雾滴，雾滴沿射线的路径排列，显示出射线的径迹，故A正确；由于粒子的质量大，在气体中飞行时不易改变方向，电离本领大，
8、贯穿本领小，故粒子在云室中的径迹直而粗，即B正确；射线的电离本领很弱，所以在云室中一般看不到它的径迹，而细而弯曲的是射线，故C错误；把云室放到磁场中，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。完美答案AB判断射线探测仪中粒子径迹的方法(1)明确仪器工作原理。(2)记清三种射线电离本领、贯穿本领的强弱情况。(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放射源射出的是射线B放射源射出的是射线C这种放
9、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天答案AC解析因厚纸板能挡住这种射线，知这种射线是穿透能力最差的射线，A正确，B错误；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，C正确，D错误。课堂任务核反应1条件：用粒子、质子、中子，甚至用光子轰击原子核使原子核发生转变。2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典型的人工转变的核反应(1)卢瑟福发现质子：NHeOH。(2)查德威克发现中子：BeHeCn。(3)约里奥居里夫妇的人工转变发
10、现人工放射性同位素：HeAlPn。P具有放射性(正电子的发现)PSie。4核反应遵循规律：质量数守恒，电荷数守恒。例2中国科学院上海原子核研究所制得了一种铂元素的同位素Pt。制取过程如下：(1)用质子轰击铍靶Be产生快中子；(2)用快中子轰击汞Hg，反应过程可能有两种：生成Pt，放出氦原子核；生成Pt，同时放出质子、中子；(3)生成的铂Pt发生两次衰变，变成稳定的原子核汞Hg。写出上述核反应方程。(1)核反应遵循什么规律？提示：核反应遵循规律：质量数守恒，电荷数守恒。(2)书写核反应方程式需要注意什么？提示：反应前后只能用箭头“”连接，不能把箭头写成“”。规范解答根据质量数守恒、电荷数守恒，确
11、定新生核的电荷数和质量数，然后写出核反应方程，如下：(1)BeHBn。(2)HgnPtHe；HgnPt2Hn。(3)PtAue，AuHge。完美答案见规范解答书写核反应方程的五条重要原则(1)质量数守恒和电荷数守恒。(2)反应前后用箭头连接，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。(5)核反应前后相同的核不能消掉。在中子、质子、电子、正电子、粒子中选出一个适当的粒子，分别填在下列核反应(衰变)方程的横线上。(1)UTh_；(2)BeHeC_；(3)ThPa_；(4)PSi_；(5)U_SrXe10n；(6)NHeO_。答案(1)He(2)n(3)e
12、(4)e(5)n(6)H解析在核反应(衰变)过程中，遵循电荷数守恒、质量数守恒规律。对参与反应的所有粒子用左下角(电荷数)配平，左上角(质量数)配平。未知粒子可根据其电荷数和质量数确定。如(1)电荷数为92902，质量数为2382344，由此可知为粒子(He)，同理确定其他粒子分别为：中子(n)，电子(e)，正电子(e)，中子(n)，质子(H)。课堂任务放射性同位素及其应用1放射性同位素的分类(1)天然放射性同位素。(2)人工放射性同位素。2人工放射性同位素的优势(1)放射强度容易控制。(2)可制成各种所需的形状。(3)半衰期短，废料易处理。3放射性同位素的主要应用(1)利用它的射线利用射线的
13、贯穿本领，可用射线探伤等。利用射线的电离作用，可消除有害静电。利用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。利用放射线的能量，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)作示踪原子在农业生产中，探测农作物在不同的季节对元素的需求。在工业上，检查输油管道上的漏油位置。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。例3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
14、面得到广泛应用。(1)如图是工厂利用放射线自动控制铝板厚度的装置示意图，如工厂生产的是厚度为1 mm的铝板，在、三种射线中，你认为对铝板的厚度起主要作用的是_射线。(2)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结晶是同一物质，为此曾采用放射性同位素碳14作_。(1)三种射线的贯穿本领如何？提示：射线贯穿本领最弱，一张黑纸就能挡住粒子；粒子贯穿本领较强，能穿透几毫米的铝板；射线贯穿本领最强，能穿透几厘米厚的铅板。(2)放射性同位素的化学性质有什么用途？提示：可作为“示踪原子”来检测元素的分布情况。规范解答(1)射线起主要作用，因为射线的贯穿本领很小，一张薄纸
15、就能把它挡住，更穿不过1 mm的铝板；射线的贯穿本领很强，能穿过几厘米的铅板，1 mm左右的铝板厚度发生变化时，透过铝板的射线强度变化不大；射线的贯穿本领较强，能穿过几毫米的铝板，当铝板厚度发生变化时，透过铝板的射线强度变化较大，探测器可明显地反映出这种变化，使自动化系统做出相应的反应。(2)把掺入碳14的人工合成牛胰岛素与天然牛胰岛素混合在一起，经多次重新结晶后，得到了放射性碳14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合为一体，它们是同一物质。把这种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
16、，运动到哪里了，是怎样分布的，从而可了解某些不容易查明的情况或规律，人们把这种用途的放射性同位素叫做示踪原子。完美答案(1)(2)示踪原子解放射性同位素相关问题的技巧(1)识记放射性同位素的优势。(2)根据射线的特点，理解其用途。下表给出了四种放射性同位素的放射线和半衰期。在医疗技术中，常用放射线治疗肿瘤，其放射线必须满足：具有较强的穿透能力，以辐射到体内的肿瘤处；在较长时间内具有相对稳定的辐射强度。为此所选择的放射源应为()同位素钋210锝99钴60锶90放射线半衰期138天6小时5年28年A钋210 B锝99C钴60 D锶90答案C解析因放射线要有较强的穿透能力，所以应为射线，要使其在较长
17、时间具有相对稳定的辐射强度，放射源应具有较长的半衰期，故C正确，A、B、D错误。A组：合格性水平训练1(探测射线的方法)(多选)下列说法正确的是()A在威耳逊云室中能观察三种粒子的径迹BGM计数器利用了射线的电离本领C应用GM计数器除了用来计数，还能区分射线的种类D现在人类利用的射线都是用人工放射性同位素，不用天然放射性物质答案BD解析在威耳逊云室中，射线的径迹观察不到，A错误；GM计数器并不能区分射线种类，C错误；B、D正确。2(核反应)用中子轰击氧原子核的核反应方程式为OnNX，对式中X、a、b的判断正确的是()AX代表中子，a17，b1BX代表电子，a17，b1CX代表正电子，a17，b
18、1DX代表质子，a17，b1答案C解析根据质量数、电荷数守恒可知a17，b8071，因此X表示正电子，故C正确，A、B、D错误。3(放射性同位素的应用)关于放射性同位素的应用，下列说法中正确的是()A利用射线使空气电离，把静电荷泄去B利用射线照射植物的种子，使产量显著增加C利用射线来治肺癌、食道癌D利用放射性同位素跟它的非放射性同位素的化学性质相同，作为示踪原子答案D解析或射线的电离本领较大，可以消除工业上有害的静电积累，A错误；射线的穿透性强，可以辐射育种、辐射保鲜、消毒杀菌和医治肿瘤等，B、C错误；放射性同位素跟它的非放射性同位素的化学性质相同，作示踪原子，D正确。4(放射性同位素的应用)
19、(多选)放射性同位素被作为示踪原子，主要是因为()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答案ABC解析放射性同位素被作为示踪原子，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错误。5(射线的应用)(多选)近几年，我国北京、上海、山东、洛阳、广州各地引进了十多台刀，治疗患者5000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
20、用麻醉，病人清醒，时间短，半小时内完成手术，无需住院，因而刀被誉为“神刀”。据报道，我国自己研制的旋式刀性能更好，即将进入各大医院为患者服务。问：刀治疗脑肿瘤主要是利用()A射线具有很强的贯穿本领B射线具有很强的电离作用C射线具有很高的能量D射线能很容易地绕过阻碍物到达目的地答案AC解析射线是一种波长很短的电磁波，具有较高的能量，它的贯穿本领很强，甚至可以穿透几厘米厚的铅板，但它的电离作用很小。刀治疗肿瘤是应用了其贯穿本领和很高的能量，故A、C正确；B、D错误。6(放射性同位素的应用)(多选)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O注入人体，O在人体内衰变放出的正电子
21、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象。则根据PET原理判断下列表述正确的是()A.O在人体内衰变方程是ONeB正、负电子湮灭方程是ee2C在PET中，O主要用途是作为示踪原子D在PET中，O主要用途是参与人体的新陈代谢答案ABC解析由题意知，A、B正确；显像的原理是采集光子，即注入人体内的O衰变放出正电子和人体内的负电子湮灭转化为光子，因此O主要用途是作为示踪原子，故C正确，D错误。7(辐射与安全)(多选)联合国环境公署对科索沃地区的调查表明，北约对南联盟进行的轰炸中，大量使用了贫铀炸弹，贫铀是从天然铀中提炼铀235以后的副产品，其主要成分为铀238
22、，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，对环境产生长期危害B爆炸后的弹片不会对人体产生危害，对环境产生长期危害C铀238的衰变速度很快D铀的半衰期很长答案AD解析贫铀，是从金属铀中提炼出核材料铀235以后得到的副产品，其主要成分是放射性较弱的铀238，故称贫化铀，简称贫铀。贫铀的辐射能仅是天然铀的60%，虽然弱一些，但并无本质减少，会对人体产生伤害，对环境造成污染，故A项正确，B项错误；在自然界中存在铀的三种同位素(铀234、235、238)，均带有放射性，拥有非常长的半衰期(数亿年至数十亿
23、年)，故C项错误，D项正确。8(综合)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射线的物理和化学作用 D以上三个选项都不是答案B解析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中和，从而使验电器所带电荷消失。所以B正确，A、C、D错误。B组：等级性水平训练9(放射性同位素的应用)(多选)“轨道电子俘获”是放射性同位素衰变的一种形式，它是指原子核(称为母核)俘获一个核外电子，使其内部的一个质子变为中子，并放出一个中微子，从而变成一个新核(称为子核)的过程。中微子的质量远小于质子的质量，且不带电，很难被探测到，人们最早就是通过核的反冲
24、而间接证明了中微子的存在。一个静止的原子核发生“轨道电子俘获”，衰变为子核并放出中微子，下列说法正确的是()A母核的质量数等于子核的质量数B母核的电荷数大于子核的电荷数C子核的动量与中微子的动量相同D子核的动能大于中微子的动能答案AB解析原子核衰变时电荷数守恒，质量数守恒，母核俘获一个核外电子，使其内部的一个质子变为中子，所以子核的核电荷数比母核小1，质量数不变，A、B正确；子核的动量与中微子的动量大小相等，方向相反，C错误；由Ek知，动量大小相等的两粒子，质量大的动能小，因子核的质量大，所以子核的动能小，D错误。10(综合)贫铀炸弹是一种杀伤力很强的武器，贫铀是提炼铀235以后的副产品，其主
25、要成分为铀238，贫铀炸弹不仅有很强的穿甲能力，而且铀238具有放射性，残留物可长期对环境起破坏作用而造成污染。人长期生活在该环境中会受到核辐射而患上皮肤癌和白血病。下列叙述错误的是()A铀238的衰变方程式：UThHeB.U和U互为同位素C人患皮肤癌和白血病是因为核辐射导致了基因突变D贫铀炸弹的穿甲能力很强，也是因为它的放射性答案D解析铀238具有放射性，放出一个粒子，变成钍234，A正确。铀238和铀235质子数相同，互为同位素，B正确。核辐射能导致基因突变，是皮肤癌和白血病的诱因之一，C正确。贫铀炸弹的穿甲力很强，是因为它的弹芯是由高密度、高强度的铀合金组成，所以其穿透力远远超过一般炸弹
26、，D错误。11(综合)完成下列核反应、衰变方程，并指出哪个核反应是首次发现质子、中子和正电子的。(1)BHeN()；(2)Be()Cn；(3)Al()MgH；(4)NHeO()；(5)UTh()；(6)Na()NaH；(7)AlHen()；PSi()。答案(1)n(2)He(首次发现中子)(3)n(4)H(首次发现质子)(5)He(6)H(7)Pe(首次发现正电子)解析根据质量数守恒和电荷数守恒解答。12(放射性同位素的应用)为了临床测定病人血液的体积，可根据磷酸盐在血液中被红血球吸收这一事实，向病人体内输入适量含有P作示踪原子的血液。先将含有P的血液4 cm3分为两等份，其中一份留作标准样品
27、，20 min后测量出其放射性强度为10800 s1；另一份则通过静脉注射进入病人体内，经20 min后，放射性血液分布于全身，再从病人体内抽出血液样品2 cm3，测出其放射性强度为5 s1，则病人的血液体积大约为多少？答案4320 cm3解析由于标准样品与输入体内的P的总量是相等的，因此两者的放射性强度与P原子核的总数均是相等的。设病人血液总体积为V，应有V10800，解得V4320 cm3。13(综合)钚的同位素粒子Pu发生衰变后生成铀(U)的一个同位素粒子，同时放出能量为0.09 MeV的光子。从静止的钚核中放出的粒子垂直进入正交的匀强电场和匀强磁场中做匀速直线运动。已知匀强电场的电场强度为E2.22104 N/C，匀强磁场的磁感应强度为B2.00104 T。(普朗克常量h6.631034 Js，真空中的光速为c3108 m/s，电子电荷量为e1.61019 C)(1)写出该衰变方程式；(2)求该光子的波长；(3)求放出的粒子的速度大小；(4)若不计光子的动量，求粒子和铀核的动能之比。答案(1)PuUHe(2)1.381011 m(3)1.11108 m/s(4)解析(1)PuUHe。(2)h， m1.381011 m。(3)由受力平衡得：qEqvB，则v1.11108 m/s。(4)Ek，动量大小相等，动能大小与质量成反比，所以：。