PAGE1-第3、4節探測射線的方法放射性的應用與防護1．1912年英國物理學家威耳遜獨創了威耳遜云室。2．射線可使氣體或液體電離，使照相乳膠感光，使熒光物質產生熒光。3．原子核在其他粒子的轟擊下產生新原子核的過程，稱為核反應。4．在核反應中，質量數守恒，電荷數守恒。5．1928年由德國物理學家蓋革與米勒研制勝利了用于探測射線的蓋革－米勒計數器。6．1934年，約里奧—居里夫婦發覺了人工放射性同位素。7．放射性同位素有許多應用，如應用它的射線，或把它作為示蹤原子；放射性同位素也有許多危害。過量的射線對人體組織有破壞作用，同時對水源、空氣等也有污染。一、探測射線的方法1．探測方法(1)組成射線的粒子會使氣體或液體電離，以這些離子為核心，過飽和的蒸氣會產生霧滴，過熱液體會產生氣泡。(2)射線能使照相乳膠感光。(3)射線能使熒光物質產生熒光。2．探測儀器(1)威耳遜云室①原理：粒子在云室內氣體中飛過，使沿途的氣體分子電離，過飽和酒精蒸氣就會以這些離子為核心凝聚成霧滴，于是顯示出射線的徑跡。②粒子徑跡形態：α粒子的徑跡直而粗β粒子的徑跡比較細，而且經常彎曲γ粒子的電離本事很小，在云室中一般看不到它的徑跡(2)氣泡室：氣泡室的原理同云室的原理類似，所不同的是氣泡室里裝的是液體，如液態氫。粒子通過過熱液體時，在它的四周產生氣泡而形成粒子的徑跡。(3)蓋革－米勒計數器①優點：G-M計數器特別靈敏，運用便利。②缺點：只能用來計數，不能區分射線的種類。二、核反應和放射線的應用與防護1．核反應(1)定義：原子核在其他粒子的轟擊下產生新原子核的過程。(2)原子核的人工轉變1919年盧瑟福用α粒子轟擊氮原子核，產生了氧的一種同位素，同時產生一個質子。盧瑟福發覺質子的核反應方程：eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H。遵循規律：質量數守恒，電荷數守恒。2．人工放射性同位素(1)放射性同位素的定義：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發覺：1934年，約里奧—居里夫婦發覺經過α粒子轟擊的鋁片中含有放射性磷eq\o\al(30,15)P。(3)發覺磷同位素的方程：eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(27,13)Al→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n。3．放射性同位素的應用與防護(1)應用射線應用射線可以測厚度、醫療方面的放射治療、照耀種子培育優良品種等。(2)示蹤原子：有關生物大分子的結構及其功能的探討，要借助于示蹤原子。(3)輻射與平安：人類始終生活在放射性的環境中，過量的射線對人體組織有破壞作用。要防止放射性物質對水源、空氣、用具等的污染。1．自主思索——判一判(1)云室和氣泡室都是應用射線的穿透實力探討射線的軌跡。(×)(2)蓋革－米勒計數器既可以統計粒子的數量，也可以區分射線的種類。(×)(3)衰變和原子核的人工轉變均滿意質量數守恒和電荷數守恒。(√)(4)醫學上利用射線進行放射治療時，要限制好放射的劑量。(√)(5)發覺質子、發覺中子和發覺放射性同位素eq\o\al(30,15)P的核反應均屬于原子核的人工轉變。(√)(6)同一種元素的放射性同位素具有相同的半衰期。(×)2．合作探究——議一議(1)如何利用云室區分射線的種類？提示：利用射線在云室中的徑跡區分，直而粗的為α射線，細而長的為β射線。(2)衰變和原子核的人工轉變有什么不同？提示：衰變是具有放射性的不穩定核自發進行的變更，原子核的人工轉變是利用α粒子、質子、中子或γ光子轟擊靶核發生的變更。全部的原子核都可能發生人工轉變。(3)醫學上做射線治療用的放射性元素，運用一段時間后當射線強度降低到肯定程度時就須要更換放射材料，原來的材料成為核廢料，這些放射治療選用的放射性元素的半衰期應當很長還是較短？為什么？提示：應選用半衰期較短的。因為半衰期短的放射性廢料簡單處理。當然也不能選用太短的，否則就須要頻繁更換放射原料了。探測射線的三種儀器1．威耳遜云室(1)原理：試驗時先往云室里加入少量的酒精，使室內充溢酒精的飽和蒸氣，然后使活塞快速向下運動，室內氣體由于快速膨脹，溫度降低，酒精蒸氣達到過飽和狀態。這時讓射線粒子從室內的氣體中飛過，使沿途的氣體分子電離，過飽和酒精蒸氣就會以這些離子為核心凝聚成霧滴，這些霧滴沿射線經過的路途排列，于是就顯示出了射線的徑跡，可用照相機拍攝下其運動的徑跡進行視察分析。(2)三種射線在云室中的徑跡比較：①α粒子的質量比較大，在氣體中飛行時不易變更方向。由于它的電離本事大，沿途產生的離子多，所以它在云室中的徑跡直而粗。②β粒子的質量小，跟氣體碰撞時簡單變更方向，并且電離本事小，沿途產生的離子少，所以它在云室中的徑跡比較細，而且速度減小后的軌跡經常彎曲。③γ粒子的電離本事更小，在云室中一般看不到它的徑跡。2．氣泡室(1)原理：氣泡室的原理同云室的原理類似，所不同的是氣泡室里裝的是液體，限制氣泡室內液體的溫度和壓強，使室內溫度略低于液體的沸點。當氣泡室內壓強突然降低時，液體的沸點變低，使液體過熱，此時讓射線粒子射入室內，粒子四周就有氣泡形成。用照相機拍攝出徑跡照片，依據照片上記錄的狀況，可以分析粒子的性質。(2)氣泡室和云室的比較：氣泡室的工作原理與云室相類似，云室內裝有干凈的空氣，而氣泡室內裝的是液體。相同之處在于都可以形成射線粒子的運動徑跡，通過探討徑跡，探討射線的性質。3．蓋革—米勒計數器(1)原理：在金屬絲和圓筒間加上肯定的電壓，這個電壓稍低于管內氣體的電離電壓，當某種射線粒子進入管內時，它使管內的氣體電離，產生電子……這樣，一個射線粒子進入管中后可以產生大量電子，這些電子到達陽極，正離子到達陰極，在外電路中產生一次脈沖放電，利用電子儀器可以把放電次數記錄下來。(2)優缺點：優點：放大倍數很大，特別靈敏，用它檢測射線特別便利。缺點：①不同射線產生的脈沖現象相同，只能用來計數，不能區分射線種類；②假如同時有大量粒子或兩個粒子射來的時間間隔小于200μs，則計數器不能區分它們。[典例][多選]用蓋革－米勒計數器測定放射源的放射強度為每分鐘405次，若將一張厚紙板放在計數器與放射源之間，計數器幾乎測不到射線。10天后再次測量，測得該放射源的放射強度為每分鐘101次，則下列關于射線性質及它的半衰期的說法正確的是()A．放射源射出的是α射線B．放射源射出的是β射線C．這種放射性元素的半衰期是5天D．這種放射性元素的半衰期是2.5天[思路點撥]解答本題時應留意以下兩點：(1)依據α射線、β射線的穿透實力確定射線的種類。(2)由半衰期的定義求出該元素的半衰期。[解析]因厚紙板能攔住這種射線，可知這種射線是穿透實力最差的α射線，選項A正確，B錯誤；因放射性元素原子核個數與單位時間內衰變的次數成正比，10天后測出放射強度為原來的四分之一，說明10天后放射性元素的原子核個數只有原來的四分之一，由半衰期公式知，已經過了兩個半衰期，故半衰期是5天。[答案]AC1．[多選]下列關于放射線的探測說法中正確的是()A．氣泡室探測射線的原理與云室探測射線原理類似B．由氣泡室內射線徑跡可以分析粒子的帶電、動量、能量等狀況C．蓋革－米勒計數器探測射線也是利用射線的電離本事D．蓋革－米勒計數器不僅能計數，還能用來分析射線的性質解析：選ABC氣泡室探測射線原理與云室探測射線原理類似，不同的是氣泡室中是在射線經過時產生氣泡來顯示射線徑跡的，故選項A正確；由氣泡室內徑跡中氣泡的多少及徑跡在磁場中的彎曲方向等，可分析射線的帶電、動量、能量等狀況，故選項B正確；蓋革－米勒計數器利用射線電離作用，產生電脈沖進而計數，所以選項C正確；由于對于不同射線產生的脈沖現象相同，因此計數器只能用來計數，不能分析射線的性質，所以選項D錯誤。2．如圖是科學史上一張聞名的試驗照片，顯示一個帶電粒子在云室中穿過某種金屬板運動的徑跡，云室放置在勻強磁場中，磁場方向垂直照片向里。云室中橫放的金屬板對粒子的運動起阻礙作用。分析此徑跡可知粒子()A．帶正電，由下向上運動B．帶正電，由上向下運動C．帶負電，由上向下運動D．帶負電，由下向上運動解析：選A由題圖可以看出粒子在金屬板上方的軌道半徑比在金屬板下方時小，由帶電粒子在勻強磁場中運動的半徑公式R＝eq\f(mv,qB)可知粒子在金屬板上方運動的速率小，所以粒子由下往上運動，B、C錯誤；磁場方向垂直照片向里，結合粒子運動方向，依據左手定則可知粒子帶正電，A正確，D錯誤。原子核的人工轉變和核反應方程1．核反應的條件：用α粒子、質子、中子，甚至用γ光子轟擊原子核使原子核發生轉變。2．核反應的實質：用粒子轟擊原子核并不是粒子與核碰撞將原子核打開，而是粒子打入原子核內部使核發生了轉變。3．原子核人工轉變的三個典型核反應(1)1919年盧瑟福發覺質子的核反應：eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H；(2)1932年查德威克發覺中子的核反應：eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n；(3)1934年約里奧—居里夫婦發覺放射性同位素和正電子的核反應：eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n；eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,1)e。4．人工轉變核反應與衰變的比較不同點原子核的人工轉變是一種核反應，是其他粒子與原子核相碰撞的結果，須要肯定的裝置和條件才能發生，而衰變是原子核的自發變更，它不受物理和化學條件的影響。相同點人工轉變與衰變過程一樣，在發生過程中質量數與電荷數都守恒，反應前后粒子總動量守恒。[典例]某試驗室工作人員，用初速度為v0＝0.09c(c為真空中的光速)的α粒子轟擊靜止在勻強磁場中的Na，產生了質子。若某次碰撞可看作對心正碰，碰后新核的運動方向與α粒子的初速度方向相同，質子的運動方向與新核運動方向相反，它們在垂直于磁場的平面內分別做勻速圓周運動。通過分析軌跡半徑，可得出新核與質子的速度大小之比為1∶10，已知質子質量為m。(1)寫出核反應方程。(2)求出質子的速度v(結果保留兩位有效數字)。[解析](1)核反應方程為eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(23,11)Na→eq\o\al(26,12)Mg＋eq\o\al(1,1)H。(2)α粒子、新核的質量分別為4m、26m，質子的速率為v，因為是對心正碰，由動量守恒定律得4mv0＝26m×eq\f(v,10)－mv解得v＝0.23c。[答案](1)eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(23,11)Na→eq\o\al(26,12)Mg＋eq\o\al(1,1)H(2)0.23c寫核反應方程時應留意以下三點(1)核反應過程一般都是不行逆的，核反應方程不能用等號連接，只能用單向箭頭表示反應方向。(2)核反應方程應以試驗事實為基礎，不能憑空杜撰。(3)核反應方程遵守質量數守恒而不是質量守恒，核反應過程中，一般會發生質量的變更。1．[多選]用α粒子轟擊鈹核(eq\o\al(9,4)Be)，生成一個碳核(eq\o\al(12,6)C)和一個粒子，則該粒子()A．帶正電，能在磁場中發生偏轉B．在隨意方向的磁場中都不會發生偏轉C．電離本事特殊強，是原子核的組成部分之一D．盧瑟福預言，查德威克發覺解析：選BD核反應方程為eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(9,4)Be→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n，這種粒子是中子，故B、D正確。2．以下是物理學史上3個聞名的核反應方程x＋eq\o\al(7,3)Li→2yy＋eq\o\al(14,7)N→x＋eq\o\al(17,8)Oy＋eq\o\al(9,4)Be→z＋eq\o\al(12,6)Cx、y和z是3種不同的粒子，其中z是()A．α粒子 B．質子C．中子 D．電子解析：選C把前兩個方程化簡，消去x，即eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(7,3)Li→y＋eq\o\al(17,8)O，可見y是eq\o\al(4,2)He，結合第三個方程，依據電荷數守恒、質量數守恒可知z是中子eq\o\al(1,0)n。因此選項C正確。3．1956年李政道和楊振寧提出在弱相互作用中宇稱不守恒，并由吳健雄用eq\o\al(60,27)Co放射源進行了試驗驗證。次年李、楊兩人為此獲得諾貝爾物理獎。eq\o\al(60,27)Co的衰變方程是eq\o\al(60,27)Co→eq\o\al(A,Z)Ni＋eq\o\al(0,－1)e＋νe，其中νe是反中微子，它的電荷量為零，靜止質量可以認為是零。eq\o\al(60,27)Co的核外電子數為________，在上述衰變方程中，衰變產物eq\o\al(A,Z)Ni的質量數是________，核電荷數是________。解析：eq\o\al(60,27)Co的核外電子數為27。由質量數守恒，知eq\o\al(A,Z)Ni的質量數為A＝60。由核電荷數守恒，知eq\o\al(A,Z)Ni的核電荷數為Z＝27＋1＝28。答案：276028放射性同位素的應用1．分類可分為自然放射性同位素和人工放射性同位素兩種，自然放射性同位素不過40多種，而人工放射性同位素已達1000多種，每種元素都有自己的放射性同位素。2．人工放射性同位素的優點(1)放射強度簡單限制；(2)可以制成各種所需的形態；(3)半衰期比自然放射性物質短得多，放射性廢料簡單處理。因此，凡是用到射線時，用的都是人工放射性同位素。3．放射性同位素的主要應用(1)利用它的射線：①工業部門運用射線測厚度——利用γ射線的穿透特性。②農業應用——γ射線使種子的遺傳基因發生變異，殺死使食物腐敗的細菌，抑制蔬菜發芽，延長保存期等。③醫療上——利用γ射線的高能量治療癌癥。(2)作為示蹤原子：放射性同位素與非放射性同位素有相同的化學性質，通過探測放射性同位素的射線確定其位置。[典例]下列說法正確的是()A．給農作物施肥時，在肥料里放一些放射性同位素，是因為農作物汲取放射性同位素后生長更好B．輸油管道漏油時，可以在輸的油中放一些放射性同位素探測其射線，確定漏油位置C．自然放射元素也可以作為示蹤原子加以利用，只是較少，經濟上不劃算D．放射性元素被植物汲取，其放射性將發生變更[思路點撥](1)放射性元素和它的同位素化學性質相同。(2)放射性同位素含量簡單限制，衰變周期較短。[解析]放射性元素與它的同位素的化學性質相同，但是利用放射性元素可以確定農作物在各季節汲取含有哪種元素的肥料。無論植物汲取含放射性元素的肥料，還是無放射性肥料，植物生長是相同的，A錯；人工放射性同位素，含量易限制，衰變周期短，不會對環境造成永久污染，而自然放射性元素，劑量不易限制、衰變周期長、會污染環境，所以不用自然放射元素，C錯；放射性是原子核的本身性質，與元素的狀態、組成等無關，D錯；放射性同位素可作為示蹤原子，故B正確。[答案]B放射性同位素的應用技巧(1)用射線來測量厚度，一般不選取α射線是因為其穿透實力太差，更多的是選取γ射線，也有部分選取β射線的。(2)給病人治療癌癥、培育優良品種、延長食物保質期一般選取γ射線。(3)運用放射線時平安是第一位的。1．醫學界通過14C標記的C60發覺一種C60的羧酸衍生物，在特定條件下可以通過斷裂DNA抑制艾滋病病毒的繁殖，則14C的用途是()A．示蹤原子 B．電離作用C．催化作用 D．貫穿作用解析：選A用14C標記C60來查明元素的行蹤，發覺可以通過斷裂DNA抑制艾滋病病毒的繁殖，因此14C的用途是示蹤原子，故選項A正確。2．用“γ刀”進行手術，可以使病人在醒悟狀態下經過較短的時間完成手術，在此過程中，主要利用：①γ射線具有較強的穿透本事；②γ射線很簡單繞過障礙物到達病灶區域；③γ射線具有很強的電離實力，從而使病變細胞電離而被破壞；④γ射線具有很高的能量。上述描述正確的是()A．①② B．②③C．①②③ D．①④解析：選D用“γ刀”進行手術，利用的是γ射線具有較強的穿透本事能夠進入病灶區，再利用γ射線具有很高的能量殺死病變細胞；γ射線的電離本事最弱。故選項D正確。3．在軋制鋼板時須要動態地監測鋼板厚度，其監測裝置由放射源、探測器等構成，如圖所示。該裝置中探測器接收到的是()A．X射線 B．α射線C．β射線 D．γ射線解析：選D放射源按放射線分為α、β、γ和中子源，沒有X射線源，α射線的穿透實力弱，不能穿透鋼板，β射線只能穿透3mm厚的鋁板，而γ射線才能穿透鋼板，故D正確。1．威耳遜云室能夠視察到射線徑跡，是利用()A．射線在云室里的穿透本事B．射線在云室里的化學效應C．射線在云室里的熱效應D．射線在云室里的電離作用解析：選D在云室中能夠視察到射線的徑跡是利用射線在云室里發生電離作用，故D正確。2．[多選]下列應用中把放射性同位素作為示蹤原子的是()A．射線探傷儀B．利用含有放射性eq\o\al(131,53)I的油，檢測地下輸油管的漏油狀況C．利用eq\o\al(60,27)Co治療腫瘤等疾病D．把含有放射性元素的肥料施給農作物，用以檢測確定農作物汲取養分的規律解析：選BD射線探傷儀利用了射線的穿透實力，選項A不符合題意。利用含有放射性eq\o\al(131,53)I的油，可以記錄油的運動蹤跡，進而檢查管道的漏油狀況，選項B符合題意。利用eq\o\al(60,27)Co治療腫瘤等疾病，利用了射線的穿透實力和高能量，選項C不符合題意。把含有放射性元素的肥料施給農作物，可以記錄放射性元素的蹤跡，用以檢測確定農作物汲取養分的規律，選項D符合題意。3．用α粒子照耀充氮的云室，得到如圖所示的照片，下列說法中正確的是()A．A是α粒子的徑跡，B是質子的徑跡，C是新核的徑跡B．B是α粒子的徑跡，A是質子的徑跡，C是新核的徑跡C．C是α粒子的徑跡，A是質子的徑跡，B是新核的徑跡D．B是α粒子的徑跡，C是質子的徑跡，A是新核的徑跡解析：選Dα粒子轟擊氮核產生一個新核并放出質子，入射的是α粒子，所以B是α粒子的徑跡，產生的新核質量大電離作用強，所以徑跡粗而短，故A是新核徑跡，質子電離作用弱一些，貫穿作用強，所以細而長的徑跡是質子的徑跡，所以正確選項為D。4．用中子轟擊鋁27，產生鈉24和X粒子，鈉24具有放射性，它衰變后生成鎂24，則X粒子和鈉的衰變過程分別是()A．質子，α衰變 B．電子，α衰變C．α粒子，β衰變 D．正電子，β衰變解析：選C依據核反應方程的質量數和電荷數守恒可知X粒子的電荷數為2，質量數為4，所以X為α粒子，鈉24衰變后生成鎂24，質量數不變，所以只能是β衰變，故只有C正確。5．[多選]關于放射性同位素的一些應用，下列說法正確的是()A．利用放射性消退靜電是利用射線的穿透作用B．利用射線探測機器部件內部的砂眼或裂紋是利用射線的穿透作用C．利用射線改良品種是因為射線可使DNA發生變異D．在探討農作物合理施肥中是以放射性同位素作為示蹤原子解析：選BCD消退靜電是利用射線的電離作用使空氣電離，A錯誤。探測機器部件內部的砂眼或裂紋和改良品種分別是利用它的穿透作用和射線可使DNA發生變異的性質，B、C正確。探討農作物合理施肥中是利用放射性同位素作為示蹤原子，D正確。6．在中子、質子、電子、正電子、α粒子中選出一個適當的粒子，分別填在下列核反應式的橫線上。(1)eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋________；(2)eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋________；(3)eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋________；(4)eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋________；(5)eq\o\al(235,92)U＋________→eq\o\al(90,38)Sr＋eq\o\al(136,54)Xe＋10eq\o\al(1,0)n；(6)eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋________。解析：在核反應過程中，遵循反應前后電荷數守恒、質量數守恒規律。對參加反應的全部基本粒子采納左下角(電荷數)配平，左上角(質量數)配平。未知粒子可依據其電荷數和質量數確定。如(1)中電荷數為92－90＝2，質量數為238－234＝4，由此可知為α粒子(eq\o\al(4,2)He)，同理確定其他粒子分別為：中子(eq\o\al(1,0)n)，電子(eq\o\al(0,－1)e)，正電子(eq\o\al(0,1)e)，中子(eq\o\al(1,0)n)，質子(eq\o\al(1,1)H)。答案：(1)eq\o\al(4,2)He(2)eq\o\al(1,0)n(3)eq\o\al(0,－1)e(4)eq\o\al(0,＋1)e(5)eq\o\al(1,0)n(6)eq\o\al(1,1)H7．[多選]關于威耳遜云室的原理，下列說法正確的是()A．往云室加少量酒精，使其達到飽和狀態，然后壓縮活塞，使其達到過飽和狀態B．往云室