1、4.3 放射性同位素知识讲解一、探测射线的方法根据射线中的粒子与其它物质作用会产生的现象：粒子使气体或液体电离，以这些离子为核心，过饱和汽会产生云雾，过热液体会产生气泡使照相底片感光使荧光物质产生荧光1、威尔逊云室：利用射线的电离本领构造：一个圆筒状容器，底部可以上下移动，上盖是透明的，内有干净空气实验时，加入少量酒精，使酒精蒸汽达到过饱和状态。射线在云室中的径迹：直而粗 原因：粒子质量大，不易改变方向，电离本领大，沿涂产生的粒子多射线在云室中的径迹：比较细，而且常常弯曲原因：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2、气泡室-高能物理实验的最风行的探测设备气泡室是由一密
2、闭容器组成，工作原量与威尔逊云室相似，只是容器中盛有的工作物质是液体。液体在特定的温度和压力下进行绝热膨胀，由于在一定的时间间隔内（例如50ms）处于过热状态，液体不会马上沸腾，这时如果有高速带电粒子通过液体，在带电粒子所经轨迹上不断与液体原子发生碰撞而产生低能电子，因而形成离子对，这些离子在复合时会引起局部发热，从而以这些离子为核心形成胚胎气泡，经过很短的时间后，胚胎气泡逐渐长大，就沿粒子所经路径留下痕迹。如果这时对其进行拍照，就可以把一连串的气泡拍摄下来，从而得到记录有高能带电粒子轨迹的底片。如图所示：照相结束后，在液体沸腾之前，立即压缩工作液体，气泡随之消失，整个系统就很快回到初始状态，
3、准备作下一次探测。 3、盖革-米勒计数器一种能自动把放射微粒计数出来的仪器，利用了射线的电离本领 天然放射现象中的衰变是原子核的自发变化。问题：能否用人工方法使原子核发生变化呢？二、原子核的人工转变1919年，卢瑟福利用如图实验装置，容器C中未通入氮气前，选择合适的铝箔厚度，使粒子恰好通不过铝箔，荧光屏上无闪光出现。在实验中发现，若往容器中通入氮气后，在荧光屏上出现了闪光，这表明，有一种新的能量比粒子大的粒子穿过铝箔，撞击在屏上，这种粒子肯定是在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。1、核反应：即原子核在其它粒子轰击
4、下产生新原子核的过程。卢瑟福为了确定新粒子，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 H 或 P后来，英国物理学家布拉凯特在云室里做卢瑟福实验，还可以根据径迹了解整个人工转变的过程布拉凯特在所拍摄的两万多张照片的40多万条粒子径迹中，发现了条产生分叉的记录分叉情况表明，粒子击中氮核后，生成一个新核，同时放出质子。新核的电量较大速度较慢，径迹短而粗；质子速度大，电量小，故径迹细而长根据核反应中质量数守恒和电荷数守恒，可以写出这个核反应方程并得知氮核放出质子后变成了氧核。2、发现质子核反应方程
5、：用粒子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。1930年，德国科学家玻特和贝克用粒子轰击轻元素铍核，发现并未发射出质子，而放出了一种新的射线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，他们认为这是射线经检测，射线的能量在10eV左右，远大于天然放射物质衰变时发出的射线的能量。1931年，约里奥夫妇重复了玻特和贝克的实验，并用这种未知射线去轰击石蜡。结果竟从中打出能量约5.7 MeV的质子这是异常惊人的新发现，因为其行为完全不同于射线，射线只能打出电子而打不
6、出质子，光子的质量近乎，电子也很轻，光子撞击电子，使它动起来是合乎常理的，但质子质量是电子的1800倍，一颗子弹怎么能撞动一辆汽车呢？如果认为轰击石蜡的射线是射线，那么光子的能量应达55MeV，这与实际测得的射线能量10MeV相去甚远这射线在向约里奥夫妇招手呼喊：我不是射线！可惜的是，他们擦肩而过，无缘相识。面对55MeV与10MeV的矛盾，他们还是十分牵强地解释为其它的原因，并于1932年月11日向巴黎科学院提交了实验情况和对未知射线判定为射线的结论。1932年月底，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
7、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。他先测出射线的速度不到光速的十分之一，排除了是射线的可能，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。他还根据自旋确定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。3、发现中子核反应方程： 4、核反应中，质量数和电荷数都守恒三、原子核的组成1、组成：质子和中子（统称为核子） 1919年，卢瑟福用粒子轰击氮核发现质子1932年，查德威克用粒子轰击铍核
8、发现中子 2、原子核的符号：原子核的电荷数（Z）质子数原子序数原子核的质量数（A）核子数质子数中子数3、同位素：质子数相同而中子数不同的原子核，互为同位素。例如：四、人工放射性同位素1、有些同位素具有放射性，叫做放射性同位素。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。2、放射性磷的核反应方程：自然界中没有天然的，反应生成物是磷的一种同位素，也有
9、放射性，像天然放射性元素一样发生衰变，衰变时放出正电子，核衰变方程如下：3、用人工方法得到放射性同位素，这是一个很重要的发现后来人们用质子、氘核、中子和光子轰击原子核，也得到了放射性同位素。与天然的放射性物质相比，人造放射性同位素特点：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五、放射性同位素的应用1、利用它的射线由于射线贯穿本领强，可以用来射线检查金属内部有没有砂眼或裂纹，所用的设备叫射线探伤仪利用射线的穿透本领与物质厚度密度的关系，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。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。利用
10、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。六、辐射与安全原子弹爆炸、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。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，并埋在深海里3、在生活中要有防范意识，尽可能远离放射源