高中物理 探测射线的方法 放射性的应用与防护.pdf

第十九章*3原子核第十九章第三节探测射线的方法 第四节放射性的应用与防护尤理解原子核的人工转变及人工放射性同位素 了解探测射线的仪器和方法 了解放射性的应用和防护课堂情景切入放射性同位素的放射强度易于控制，它的半衰期比天然放 射性物质短得多，因此在生产和科学领域得以广泛的应用。你 知道探测射线的方法和射线有哪些应用吗？放赢性 同位素L放大器探测器2厚度控 制装置塑料板 或基属板经照射 未经照射射线测厚装置 射线的照射能延长草莓的保质期知识自主梳理知识点探测射线的基本方法探测射线的原理利用射线粒子与其他物质作用时产生的一些现象来探知放 射线的存在。(1)粒子使气体或液体电离，以这些离子为核心，过饱和 汽会产生雾,过热液体会产电泡。(2)使照相底片感光_。(3)使荧光物质产生荧光。知识点几种常用的探测器1.威尔逊云室(1)结构见教材。(2)工作原理：粒子从室内气体中飞过，就会使沿途的气 体分葩离产生离子,过饱和汽便以这些离子为核心凝成 一条雾滴，于是显示出射线的径迹。根据径迹的长短和粗细，可以知道粒子的性质:把云室 放在磁场中，从带电粒子运动轨迹的弯曲方向，还可以知道粒 子所带电荷的卫鱼。2.气泡室(1)原理：当高能粒子穿过室内过热液体时,形成一串 气泡而显示粒子行迹。(2)作用：可以分析粒子的带电、动量、能量等情况。3.盖革一米勒计数器(1)结构见课本(2)原理:当某种射线粒子进入管内时，它使管内的气体_离，产 生的电子在电场中被加速，能量越来越大，电子跟管中的气体 分子碰撞时,又使气体分子电离，产生一电子这样，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，在外电路中就产生一次脉冲放 电，利用电子仪器可以把放电 记录下来。(3)特点：检测射线十分方便，但只能用来计数,不能区 分射线的种类。此外如果同时有大量粒子或两个粒子射来的间 隔时间小于2009，GM计数器也不能区分它们。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,称为 核反应。2.原子核的人工转变(1)1919年，卢瑟福第一次实现了原子核的人工转变并发 现了质子，核反应方程是号N+；He-啦_+阻。(2)查德威克发现了中子，核反应方程是汨 e+；He IC+n。3.遵循规律质量数 守恒,电荷数守恒。知识点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a粒子轰击的铝片 中含有放射性磷;2P。发现磷同位素的方程：iHe+Al-JsPJn.3.放射性同位素的应用利用射线：利用射线具有很强的电离作用,消除有 害静电:利用 射线很强的本领，工业用来探伤。(2)作示踪原子：同位素具有相同的一化生性质，可用放射 性同位素代替非放射性同位素做示踪原子。4.放射性的污染和防护(1)放射性污染过量的放射会对环境造成污染,对人类和自然界产生 破坏作用。(2)防护辐射防护的基本方法有时间防护、距离、屏蔽防护。要 防止放射性物质对水源、空气、用具、工作场所的污染,要防止射线过多地长时间照射人体。重点难点突破一、探测射线的三种仪器1.威尔逊云室(1)原理：实验时先往云室里加入少量的酒精，使室内充 满酒精的饱和蒸气，然后使活塞迅速向下运动，室内气体由于 迅速膨胀，温度降低，酒精蒸气达到过饱和状态。这时让射线 粒子从室内的气体中飞过，使沿途的气体分子电离，过饱和酒 精蒸气就会以这些离子为核心凝结成雾滴，这些雾滴沿射线经 过的路线排列，于是就显示出了射线的径迹，可用照相机拍摄 下其运动的径迹进行观察分析。(2)三种射线在云室中的径迹比较a.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。b.少粒子的质量小，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，所以它在云室中的径迹比较细,而且速度减小后的轨迹常常弯曲。c.7粒子的电离本领更小，在云室中一般看不到它的径迹。2.气泡室(1)原理：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，控制气泡室内液体的温度和压强，使室 内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，使液体过热，此时让射线粒子射入室内，粒子周 围就有气泡形成。用照相机拍摄出径迹照片，根据照片上记录 的情况，可以分析粒子的性质。(2)气泡室和云室的比较：气泡室的工作原理与云室相类似，云室内装有气体，而气泡室内装的是液体。相同之处在于 都可以形成射线粒子的运动径迹，通过研究径迹，研究射线的 性质。3.盖革米勒计数器(1)原理：在金属丝和筒间加上一定的电压，这个电压稍因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，正离子到达阴极，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。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200s,则计数器不能区分它们。特别提醒：(1)探测原理方面：探测原理都是利用射线中的粒子与其 他物质作用时产生的现象，来显示射线的存在。(2)GM计数器区分粒子方面：GM计数器不能区分时间 间隔小于200 的两个粒子。现代建筑使用的花岗岩石材和家庭装修使用的花岗岩板 材中也存在不同程度的放射性，某同学要测定附近建筑材料即时讨论，厂生产的花岗岩板材的放射性辐射是否超标，他选用哪种仪 器较好（）A.威耳逊云室 B.气泡室C.盖革一米勒计数器 D.以上三种效果都很好答案：C解析：花岗岩板材的放射性都比较弱，用云室、气泡室 很难测出，而计数器非常灵敏，用它检测射线十分方便。二、核反应及核反应方程1.核反应的条件用“粒子、质子、中子，甚至用7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O3.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：N+zHe-A4O+；H(2)1932年查德威克发现中子的核反应：:Be+；He +；n(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：Al+zHe-P+Jn；翼P-Si+?eSUCCESSTHANK YO4.人工转变核反应与衰变的比较(1)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，它不受物理化学条件的影响。(2)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。特别提醒：(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)核反应方程应以实验事实为基础，不能凭空杜撰。cum下列方程中属于衰变的是（）,属于核反应的是（）,生成原来元素的同位素是（），放出小粒子的是（）嚼I+Mfi纽崎U-2其rh+；He嚼Pb-?驰i+：e汨 e+：Hef?C+；n答案：解析：首先从方程左端去判断哪种是衰变、哪种是核反应,当方程左端只有一种元素的原子核时，只能是衰变，故为 衰变，为核反应；而同位素的产生，是根据原子序数相同 而质量数不同来判断，所以会生成该元素的同位素；判断fi 衰变，只需要看清衰变方程右端是否产生电子即可，应选。三、放射性同位素及其应用1.放射性同位素的分类天然放射性同位素。人工放射性同位素。2.人工放射性同位素的优势放射强度容易控制。(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)利用它的射线利用放出的7射线检查金属部件是否存在砂眼、裂痕 等，即利用/射线进行探伤。利用放射线的贯穿本领与物质的厚度和密度的关系，可 用它来检查各种产品的厚度和密封容器中的液体的高度等，从 而实现自动控制。利用放射线使空气电离而把空气变成导电气体，以除去 化纤、纺织品上的静电。用射线照射植物，引起植物的变异，也可以利用它杀 菌、治病等。(2)做示踪原子把放射性同位素原子通过物理或化学反应的方式掺到其他 物质中，然后用探测仪进行追踪，这种使物质带有“放射性标 记”的放射性同位素原子就是示踪原子。例如：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。QH时讨论Ui下列说法正确的是（）A.给农作物施肥时，在肥料里放一些放射性同位素，是 因为农作物吸收放射性同位素后生长更好B.输油管道漏油时，可以在输的油中放一些放射性同位 素探测其射线，确定漏油位置C.天然放射元素也可以作为示踪原子加以利用，只是较 少，经济上不划算D.放射性元素被植物吸收，其放射性将发生改变答案:B解析：放射性元素与它的同位素的化学性质相同，但是利用放射性元素可以确定农作物在各季节吸收含有哪种元素的肥 料。无论植物吸收含放射性元素的肥料，还是无放射性肥料，植物生长是相同的，A错；放射性同位素，含量易控制，衰变 周期短，不会对环境造成永久污染，而天然放射性元素，剂量 不易控制、衰变周期长，会污染环境，所以不用天然放射元 素，C错；放射性是原子核的本身性质，与元素的状态、组成 等无关，D错。放射性同位素可作为示踪原子，故B正确。四、放射性的污染与防护污染与防护举例与措施说明污染核爆炸核爆炸的最初几秒钟辐射出来的 主要是强烈的7射线与中子流核泄漏核工业生产和核科学研究中使用 放射性原材料，一旦泄漏就会造 成严重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 成病人的死亡污染与防护举例与措施说明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 泄漏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。铅的屏蔽作用最好即时诗论”关于国际通用的放射性标志，下列说法正确的是（)A.国际通用的放射性标志是毒性标志的骷髅B.国际通用的放射性标志是以黄色圆形为背景的黑色的园形中心和三个黑色叶瓣的图形C.有此项标志的地方是有放射性危险的地方D.没有特别的极其特殊的需要要远离有国际通用的放射 性标志的地方答案：BCD解析：国际通用的放射性标志如图所示。考点题型设计喊跑D射线的探测例题1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a射线C.威耳逊云室中径迹细而弯曲的是Y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：云室内充满过饱和蒸气，射线经过时把气体电离，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。粒子的电离本领大 贯穿本领小，故a粒子在云室中的径迹直而粗，即B正确；y 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 细而弯曲的是万射线，所以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。答案：AB结起来。A.用于观察粒子径迹的设备（a 示波器B.用于记录粒子数的设备（b 加速器C.用于产生高速粒子的设备（c 云室D.用于观察波形图象的设备（d 计数器答案：Ac,Bd,Cb,Da核反应方程例题2 1993年，中国科学院上海原子核研究所制得了一种新的钳元素的同位素崂Pt,制取过程如下：用质子轰击镀靶汨e产生快中子；(2)用快中子轰击汞嚼Hg,反应过程可能有三种：生成20278Pt,放出氯原子核；生成崂Pt,放出质子和中子；生成的啜 Pt发生两次衰变，变成稳定的原子核汞崎Hg,写出上述核反应 方程.解析：根据质量数守恒和电荷数守恒，算出新生核的电荷 数和质量数，然后写出上述核反应方程如下:(l)Be+lH-?B+Jn(2)嚼 Hg+Pt+?He2 8O 7 2 2 喘Hg+；n一 2卷pt+21H+Jn(3)20pt_20Au+Oe-u A 2 9 o 7 2H2 o o 82e o 1-点评：此题只要严格按照写核反应方程的原则进行，一般 是不会出错的，写核反应方程的原则是：（1 质量数守恒和电 荷数守恒；（2 中间用箭头，不能写成等号。因两端仅仅是质 量数守恒，没有体现质量相等；也不能仅画一横线，因箭头的 方向还表示反应进行的方向；（3 能量守恒，但中学阶段不作 要求；（4 核反应必须是实验能够发生的，不能毫无根据地写 未经实验证实的核反应方程。子、中子和正电子的()A.B+He-1 泅+()B.汨 e+()-C+JnC.gAl+()弘Mg+；H D*N+如ef*O+()El取U一29oTh+()F.i?Na+()一一；Na+；HG*Al+；He-；n+()P-Si+()解析：A.B+He-号N+；nB.汨e+阻e1汽+1此核反应使查德威克首次发现了 中子。C.13AI+Jn%Mg+；HD*N+如e-*O+；H此核反应是卢瑟福首次发现了质O 子EU 8 2 3 9 22Th+lHeF.i?Na+iH-nNa+HGAl+zHe-；n+；?P（磷30放射性同位素），.-的+B（正电子），此核反应使约里奥居里夫妇首次发现了正电子。点评：解此题依据电荷数守恒和质量数守恒规律完成核反 应方程及著名的粒子发现史。关键掌握质量数守恒和电荷数守 恒，否则在书写核反应方程平衡时容易出错。隧吟 放射性的应用与防护例题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、科研的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)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14c作_o解析：(1)因放射性的电离作用，空气中与验电器所带电 荷电性相反的离子与之中和，所以使验电器所带电荷中和。