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1、.第 3、4 节探测射线的方法放射性的应用与防护11912 年英国物理学家威耳逊制造了威耳逊云室。2. 射线可使气体或液体电离，使照相乳胶感光 ，使荧光物质产生荧光。3. 原子核在其他粒子的轰击下产生原子核的过程，称为核反响。4. 在核反响中，质量数守恒，电荷数守恒。51928 年由德国物理学家盖革与米勒研制成功了用于探测射线的盖革米勒计数器。 61934 年，约里奥居里夫妇觉察了人工放射性同位素。7放射性同位素有很多应用，如应用它的射线， 或把它作为示踪原子；放射性同位素也有很多危害。过量的射线对人体组织有破坏作用， 同时对水源、空气等也有污染。一、探测射线的方法1探测方法(1) 组成射线的
2、粒子会使气体或液体电离，以这些离子为核心，过饱和的蒸气会产生雾滴，过热液体会产生气泡。(2) 射线能使照相乳胶感光。.(3) 射线能使荧光物质产生荧光。2探测仪器(1) 威耳逊云室原理：粒子在云室内气体中飞过，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分散成雾滴，于是显示出射线的径迹。粒子径迹外形： 粒子的径迹直而粗 粒子的径迹比较细，而且常常弯曲 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液体，如液态氢。粒子通过过热液体时，在它的四周产生气泡而形成粒子的径迹。(3)盖革米勒计数器原理：在金属丝和圆筒间加上
3、肯定的电压，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，正离子到达阴极，在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。优点：G-M 计数器格外灵敏，使用便利。缺点：只能用来计数，不能区分射线的种类。二、核反响和放射线的应用与防护1核反响(1)定义：原子核在其他粒子的轰击下产生原子核的过程。(2)原子核的人工转变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。卢瑟福觉察质子的核反响方程：14N4He17O1H。7281遵循规律：质量数守恒
4、，电荷数守恒。2人工放射性同位素(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觉察：1934 年，约里奥居里夫妇觉察经过 粒子轰击的铝片中含有放射性磷30P。15(3) 觉察磷同位素的方程：4He27Al30P1n。2133放射性同位素的应用与防护(1)应用射线150应用射线可以测厚度、医疗方面的放射治疗、照耀种子培育优良品种等。 (2)示踪原子：有关生物大分子的构造及其功能的争论，要借助于示踪原子。(3)辐射与安全：人类始终生活在放射性的环境中，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。1. 自主思考判一判(1
5、) 云室和气泡室都是应用射线的穿透力量争论射线的轨迹。()(2) 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。() (3)衰变和原子核的人工转变均满足质量数守恒和电荷数守恒。()(4) 医学上利用射线进展放射治疗时，要掌握好放射的剂量。()(5) 觉察质子、觉察中子和觉察放射性同位素30P 的核反响均属于原子核的人工转变。15()(6) 同一种元素的放射性同位素具有一样的半衰期。() 2合作探究议一议(1)如何利用云室区分射线的种类？提示：利用射线在云室中的径迹区分，直而粗的为 射线，细而长的为 射线。(2)衰变和原子核的人工转变有什么不同？提示：衰变是具有放射性的不稳定核自发进
6、展的变化，原子核的人工转变是利用 粒子、质子、中子或 光子轰击靶核发生的变化。全部的原子核都可能发生人工转变。(3)医学上做射线治疗用的放射性元素，使用一段时间后当射线强度降低到肯定程度时就需要更换放射材料，原来的材料成为核废料，这些放射治疗选用的放射性元素的半衰期 应当很长还是较短？为什么？探测射线的方法和仪器提示：应选用半衰期较短的。由于半衰期短的放射性废料简洁处理。固然也不能选用太短的，否则就需要频繁更换放射原料了。典例 (多项选择)用盖革米勒计数器测定放射源的放射强度为每分钟 405 次，假设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
7、射强度为每分钟101 次，则以下关于射线性质及它的半衰期的说法正确的选项是( )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 天思路点拨 解答此题时应留意以下两点：(1) 依据 射线、 射线的穿透力量确定射线的种类。(2)由半衰期的定义求出该元素的半衰期。解析 因厚纸板能挡住这种射线，可知这种射线是穿透力量最差的 射线，选项 A 正确，B 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
8、两个半衰期，故半衰期是 5 天。盖革米勒计数器的优缺点 优点：放大倍数很大，格外灵敏，用它检测射线格外便利。缺点：a.不同射线产生的脉冲现象一样，只能用来计数，不能区分射线种类。b.假设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。答案 AC1(多项选择)以下关于放射线的探测说法中正确的选项是() A气泡室探测射线的原理与云室探测射线原理类似 B由气泡室内射线径迹可以分析粒子的带电、动量、能量等状况C盖革米勒计数器探测射线也是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：选 ABC 气泡室探测射线原理与云室探测射线原理类似，不同的是
9、气泡室中是在射线经过时产生气泡来显示射线径迹的，应选项 A 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、能量等状况，应选项 B 正确；盖革米勒计数器利用射线电离作用，产生电脉冲进而计数，所以选项 C 正确；由于对于不同射线产生的脉冲现象一样，因此计数器只能用来计数，不能分析射线的性质，所以选项D 错误。2. 如图 19-3-1 是科学史上一张著名的试验照片，显示一个带电粒子在云室中穿过某种金属板运动的径迹，云室放置在匀强磁场中，磁场方向垂直照片向里。云室中横放的金属 板对粒子的运动起阻碍作用。分析此径迹可知粒子()图 19-3-1A带正电，由下向上运动B
10、带正电，由上向下运动C带负电，由上向下运动D带负电，由下向上运动解析：选 A 由题图可以看出粒子在金属板上方的轨道半径比在金属板下方时小，由带mv电粒子在匀强磁场中运动的半径公式R 可知粒子在金属板上方运动的速率小，所以粒子qB原子核的人工转变和核反响方程由下往上运动，B、C 错误；磁场方向垂直照片向里，结合粒子运动方向，依据左手定则可知粒子带正电，A 正确，D 错误。1. 核反响的条件：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. 核反响的实质：用粒子轰击原子核并不是粒子与核碰撞将原子核翻开，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个典型核反响(1
11、)1919 年卢瑟福觉察质子的核反响：14N4He17O1H7281(2) 1932 年查德威克觉察中子的核反响：9Be4He12C1n4260(3) 1934 年约里奥居里夫妇觉察放射性同位素和正电子的核反响：27Al4He30P1n；30P30Si0e。132150151414. 人工转变核反响与衰变的比较原子核的人工转变是一种核反响，是其他粒子与原子核相碰撞的结果，需要肯定不同点的装置和条件才能发生，而衰变是原子核的自发变化，它不受物理和化学条件的影响。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，反响前后粒子一样点总动量守恒。典例 1993 年，中国科学院上海原子核争论所制
12、得了一种的铂元素的同位素202Pt。78制取过程如下：(1) 用质子轰击铍靶9Be 产生快中子；4(2) 用快中子轰击汞204Hg，反响过程可能有两种：80生成202Pt，放出氦原子核；78生成202Pt，同时放出质子、中子。78(3) 生成的202Pt 发生两次衰变，变成稳定的原子核汞202Hg。写出上述核反响方程。7880解析 依据质量数守恒、电荷数守恒，确定生核的电荷数和质量数，然后写出核反响方程。如下：(1)9Be1H9B1n。4150(2)204Hg1n202Pt3He。800782204Hg1n202Pt21H1n。8007810(3)202Pt202Au0 e，202Au202H
13、g0 e。7879179801写核反响方程时应留意以下三点(1) 核反响过程一般都是不行逆的，核反响方程不能用等号连接，只能用单向箭头表示反响方向。(2) 核反响方程应以试验事实为根底，不能凭空杜撰。(3) 核反响方程遵守质量数守恒而不是质量守恒，核反响过程中，一般会发生质量的变化。答案 见解析1原子核AX 与氘核2H 反响生成一个 粒子和一个质子。由此可知()Z1AA2，Z1 CA3，Z3BA2，Z2 DA3，Z2解析：选 D 写出核反响方程：AX2H4He1H，由质量数守恒和电荷数守恒，列方程Z121A241，Z121，解得：A3，Z2，故答案为D。2以下是物理学史上 3 个著名的核反响方
14、程x7Li2y y14Nx17O378y9Bez12C46x、y 和 z 是 3 种不同的粒子，其中z 是() A 粒子 B质子C中子D电子解析：选C 把前两个方程化简，消去x，即14N7Liy17O，可见y 是4He，结合第三7382个方程，依据电荷数守恒、质量数守恒可知z 是中子1n。因此选项 C 正确。031956 年李政道和杨振宁提出在弱相互作用中宇称不守恒，并由吴健雄用60Co 放射源27进展了试验验证。次年李、杨两人为此获得诺贝尔物理奖。60Co 的衰变方程是60CoANi0 e2727Z1 ，其中 是反中微子，它的电荷量为零，静止质量可以认为是零。60Co 的核外电子数为ee27
15、 ，在上述衰变方程中，衰变产物ANi 的质量数是，核电荷数是。Z解析：60Co 的核外电子数为 27。27由质量数守恒，知ANi 的质量数为 A60。Z由核电荷数守恒，知ANi 的核电荷数为 Z27128。Z放射性同位素的应用答案：27 60 281. 分类可分为自然放射性同位素和人工放射性同位素两种，自然放射性同位素不过 40 多种，而人工放射性同位素已达 1 000 多种，每种元素都有自己的放射性同位素。2人工放射性同位素的优点(1) 放射强度简洁掌握；(2) 可以制成各种所需的外形；(3) 半衰期比自然放射性物质短得多，放射性废料简洁处理。因此，但凡用到射线时， 用的都是人工放射性同位素
16、。3放射性同位素的主要应用(1)利用它的射线：工业部门使用射线测厚度利用 射线的穿透特性。农业应用 射线使种子的遗传基因发生变异，杀死使食物腐败的细菌，抑制蔬菜发芽，延长保存期等。医疗上利用 射线的高能量治疗癌症。(2)作为示踪原子：放射性同位素与非放射性同位素有一样的化学性质，通过探测放射性同位素的射线确定其位置。典例 以下说法正确的选项是()A. 给农作物施肥时，在肥料里放一些放射性同位素，是由于农作物吸取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. 自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
17、吸取，其放射性将发生转变思路点拨(1) 放射性元素和它的同位素化学性质一样。(2) 放射性同位素含量简洁掌握，衰变周期较短。解析 放射性元素与它的同位素的化学性质一样，但是利用放射性元素可以确定农作物在各季节吸取含有哪种元素的肥料。无论植物吸取含放射性元素的肥料，还是无放射 性肥料，植物生长是一样的，A 错；人工放射性同位素，含量易掌握，衰变周期短，不会对环境造成永久污染，而自然放射性元素，剂量不易掌握、衰变周期长、会污染环境，所以 不用自然放射元素，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。放射性同位素的应用技巧(1) 用射
18、线来测量厚度，一般不选取 射线是由于其穿透力量太差，更多的是选取 射线，也有局部选取 射线的。(2) 给病人治疗癌症、培育优良品种、延长食物保质期一般选取 射线。(3)使用放射线时安全是第一位的。答案 B1关于放射性同位素的应用，以下说法中正确的有() A放射线转变了布料的性质使其不再因摩擦而生电，因此到达了消退有害静电的目的B利用 射线的贯穿性可以为金属探伤，也能进展人体的透视C用放射线照耀作物种子能使其DNA 发生变异，其结果肯定是成为更优秀的品种D用 射线治疗肿瘤时肯定要严格掌握剂量，以免对人体正常组织造成太大的损害解析：选 D 利用放射线消退有害静电是利用 射线的电离性，使空气分子电离
19、成导体，将静电泄出，A 错误； 射线对人体细胞损害太大，因此不能用来人体透视，在用于治疗肿瘤时要严格掌握剂量，B 错误，D 正确；DNA 变异并不肯定都是有益的，C 错误。2(多项选择)近几年来，我国北京、上海、山东、洛阳、广州等地引进了十多台 刀，治疗患者 5 000 余例，效果极好，成为治疗脑肿瘤的最正确仪器。令人感慨的是，用 刀治疗时不用麻醉，病人糊涂，时间短，半小时完成手术，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，马上进入各大医院为患者效劳。 刀治疗脑肿瘤主要是利用()A. 射线具有很强的穿透力量B. 射线具有很强的电离作用C. 射线具有很高的能量D.
20、 射线能很简洁绕过阻碍物到达目的地解析：选 AC 刀就是 射线， 射线的特点是穿透力量强， 射线波长短，光子的能量高，杀伤力强，应用 刀治疗脑肿瘤就是利用其穿透力量强和杀伤力强。3用人工方法得到放射性同位素，这是一个很重要的觉察，自然放射性同位素只不过40 几种，而今日人工制造的同位素已达 1 000 多种，每种元素都有放射性同位素，放射性同位素在农业、医疗卫生、科研等很多方面得到广泛应用。(1) 带电的验电器在放射线照耀下电荷会很快消逝，其缘由是() 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 19-3-2 是工厂利用放射线自动掌握铝板厚度的装置
21、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掌握作用的是 射线。图 19-3-2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中和， 所以使验电器所带电荷消逝。应选B 项。(2) 射线穿透物质的本领弱，不能穿透厚度 1 mm 的铝板，因而探测器不能探到； 射线穿透本领最强，穿透 1 mm 的铝板和几毫米厚铝板打在探测器上很难区分； 射线也能穿透几毫米厚的铝板，但厚度不同，穿透后 射线中的电子数目不同，探测器简洁区分。答案：(1)B (2)1以下应用放射性同位素不是作为示踪原子的是() A利用含有放射性碘 131 的油，检测地
22、下输油管的漏油状况B把含有放射性元素的肥料施给农作物，依据探测器的测量，找出合理的施肥规律C利用射线探伤法检查金属中的砂眼和裂纹D给疑心患有甲状腺病的病人注射碘 131，诊断甲状腺疾病解析：选C 利用射线探伤法检查金属中的砂眼和裂纹是利用 射线穿透力量强的特点，因此选项 C 不属于示踪原子的应用。选项 A、B、D 中都是利用了放射性同位素作为示踪原子。2(多项选择)放射性同位素被用做示踪原子，主要是由于() A放射性同位素不转变其化学性质 B放射性同位素的半衰期比自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放射性同位素简洁制造解析：选 ABC 放射性同位素用做示踪原子
23、，主要是用放射性同位素替代没有放射性的同位素参与正常的物理、化学、生物的过程，既要利用化学性质一样，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的危害，因此，选项 A、B、C 正确，选项 D 错误。3. 用 粒子照耀充氮的云室，得到如图 1 所示的照片，以下说法中正确的选项是()图 1AA 是 粒子的径迹，B 是质子的径迹，C 是核的径迹BB 是 粒子的径迹，A 是质子的径迹，C 是核的径迹CC 是 粒子的径迹，A 是质子的径迹，B 是核的径迹DB 是 粒子的径迹，C 是质子的径迹，A 是核的径迹解析：选D 粒子轰击氮核产生一个核并放出质子，入射的是 粒子，所以B 是 粒子的
24、径迹，产生的核质量大电离作用强，所以径迹粗而短，故 A 是核径迹，质子电离作用弱一些，贯穿作用强，所以细而长的径迹是质子的径迹，所以正确选项为D。4. 用中子轰击铝 27，产生钠 24 和 X 粒子，钠 24 具有放射性，它衰变后生成镁 24， 则 X 粒子和钠的衰变过程分别是( )A. 质子， 衰变C 粒子， 衰变B. 电子， 衰变D正电子， 衰变解析：选C 依据核反响方程的质量数和电荷数守恒可知X 粒子的电荷数为 2，质量数为 4，所以X 为 粒子，钠 24 衰变后生成镁 24，质量数不变，所以只能是 衰变，故只有C 正确。5(多项选择)有关放射性同位素30P 的以下说法正确的选项是( )
25、15A. 0P 与30X 互为同位素1514B. 0P 与其同位素有一样的化学性质15C. 用30P 制成化合物后它的半衰期变长15D. 含有30P 的磷肥释放正电子，可用作示踪原子，观看磷肥对植物的影响15解析：选 BD 同位素应具有一样的质子数，故 A 错；同位素具有一样的化学性质，B 对；元素的半衰期与其所处的状态无关，C 错；放射性同位素可作为示踪原子，故D 对。6在中子、质子、电子、正电子、 粒子中选出一个适当的粒子，分别填在以下核反响式的横线上。(1)238U234Th；9290(2)9Be4He12C；426(3)234Th234Pa；9091(4)30P30Si；1514(5)
26、235U90Sr136Xe101n；9238540(6)14N4He17O。728解析：在核反响过程中，遵循反响前后电荷数守恒、质量数守恒规律。对参与反响的 全部根本粒子承受左下角(电荷数)配平，左上角(质量数)配平。未知粒子可依据其电荷数和质量数确定。如(1)中电荷数为 92902，质量数为 2382344，由此可知为 粒子(4He)，同理确定其他粒子分别为：中子(1n)，电子(0 e)，正电子(0e)，中子(1n)，质子(1H)。201101答案：(1)4He (2)1n (3)0 e (4)0 e (5)1n (6)1H2011017(多项选择)一个质子以 1.0107 m/s 的速度撞
27、一个静止的铝原子核后被俘获，铝原子核变成硅原子核。铝原子核的质量是质子的 27 倍，硅原子核的质量是质子的 28 倍，则以下推断正确的选项是( )A. 核反响方程为27Al1H28Si13114B. 核反响方程为27Al1n28Si13014C. 硅原子核速度的数量级为 107D. 硅原子核速度的数量级为 105m/s，方向跟质子的初速度方向全都m/s，方向跟质子的初速度方向全都解析：选 AD 由核反响中电荷数和质量数守恒可知 A 选项正确，B 选项错误。由动量守恒定律求得硅原子速度的数量级为 105 m/s，即 D 选项正确。8. 某校学生在进展社会综合实践活动时，收集列出了一些放射性同位素
28、的半衰期和可供利用的射线(见下表)，并总结出它们的几种用途。同位素放射线半衰期同位素放射线半衰期同位素放射线半衰期钋 210138 天锶 9928 年钴 605 年镅 241433 天锝 996 小时氡3.8 天依据上表请你分析推断下面结论正确的选项是() A塑料公司生产聚乙烯薄膜，方法是让较厚的聚乙烯膜通过轧辊后变薄，利用 射线来测定通过轧辊后的薄膜厚度是否均匀B. 钴 60 的半衰期为 5 年，假设取 4 个钴 60 原子核，经 10 年后就肯定剩下一个原子核C. 把放射性元素钋 210 掺杂到其他稳定元素中，放射性元素的半衰期变短D. 用锝 99 可以作示踪原子，用来诊断人体内的器官是否
29、正常。方法是给被检查者注射或口服附有放射性同位素的元素的某些物质，当这些物质的一局部到达检查的器官时， 可依据放射性同位素的射线状况分析器官正常与否解析：选 D 由于 射线不能穿透薄膜，无法测量薄膜的厚度，所以 A 不正确；钴 60 的半衰期为 5 年是指大量钴 60 原子核因衰变而削减到它原来数目的一半所需要的时间，因此 B、C 错误；检查时，要在人体外探测到体内辐射出来的射线，而又不能让放射性物质长期留在体内，所以应选取锝 99 作为放射源，D 正确。9. 核能是一种高效的能源。(1) 在核电站中，为了防止放射性物质泄露，核反响堆有三道防护屏障：燃料包壳、压力壳和安全壳(如图 2 甲)。结
30、合图可知，安全壳应中选用的材料是。图 2(2) 核反响堆中的核废料具有很强的放射性，目前常用的处理方法是将其装入特制的容器中，然后()A沉入海底 B放至沙漠C运到月球D深埋地下(3) 如图乙是用来监测工作人员受到辐射状况的胸章，通过照相底片被射线感光的区 域，可以推断工作人员受到何种辐射。当胸章上 1 mm 铝片和 3 mm 铝片下的照相底片被感光，而铅片下的照相底片未被感光时，结合图分析可知工作人员受到了射线的辐射；当全部照相底片被感光时，工作人员受到了射线的辐射。解析：在核电站中，核反响堆的最外层安全壳用的都是厚厚的混凝土。对核废料目前 最有效的处理方法是深埋地下，并远离水源。 射线贯穿本领最弱，一张纸就能把它挡住， 射线贯穿本领较强，它能穿透几毫米厚的铝板， 射线贯穿本领最强，它能穿透几厘米厚的铅板。答案：(1)混凝土 (2)D (3)