19.3_探测射线的方法19.4放射性的应用与防护
上课19.3-19.4探测射线的方法、放射性的应用与防护.
1、粒子使气体或液体电离，以这些 离子为核心，过饱和汽会产生云雾， 过热液体会产生气泡 2、使照相底片感光
3、使荧光物质产生荧光
一、威尔逊云室：
利用射线的电离本领 构造：一个圆筒状容器， 低部可以上下移动，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。
A粒子在云室中的径迹：直而清晰
过量的放射性会对环境造成污染，对人类和自 然界产生破坏作用．
20世纪人们在毫无防 备的情况下研究放射性
遭原子弹炸后的广岛
如图是《北京青年报》2001年9月 6日的一则报道。
为了防止有害的放射线对人类和自然的 破坏，人们采取了有效的防范措施：
辐射源的存放 检测辐射装置
铀
全 身 污 染 检 测 仪 辐射检测系统
结合能
由于核子间存在着强大的核力，所以原子核分解为核子 或核子结合成原子核时，都伴随着巨大的能量变化．
从实验知道只有当光子能量等于或大于2.22MeV时，这个反应才会发生. 相反的过程一个质子和一个中子结合成氘核，要放出2.22MeV的能量。
可见，当核子结合成原子核时要放出一定能量；原子核分解 成核子时，要吸收同样的能量．这个能量叫做原子核的结合 能． 注意：结合能不是由于核子结合成原子而具有的能量，而是 为把原子分开而需要的能量
特 点
0.8 ×10-15m 时为引力, 距离为 10 ×10-15 m时核力几乎消失， 距离小于0.8×10-15m时为斥力，因此核子不会融合在一起。 3. 核力具有饱和性。每个核子只跟相邻的核子发生核力作 用，这种性质称之为核力的饱和性。 4. 核力具有电荷无关性。对给定的相对运动状态，核力与
核子电荷无关。
一是自然衰变（天然放射性衰变），
上课用高二物理课件 19.3探测射线的方法 19.4 放射性的应用与防护
①31H+X1
42He+10n
②147N+42He
178O+X2
③94Be+42He
126C+X3
④2412Mg+42He
2713Al+X4
以下判断中正确的是( )
A.X1是质子 C.X3是电子
B.X2是中子 D.X4是质子
【解析】选D.根据核反应的质量数和电荷数守恒知，X1为 21H，A错.X2为11H，B错.X3为10n，C错.X4为11H，D对.
(3)放射线在云室中的径迹 ①α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. ②β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， 而且常常弯曲. ③γ粒子的电离本领更小，在云室中一般看不到它的径迹.
专题提高
威耳逊云室和盖革—米勒计数器
1.威耳逊云室 (1)构造 云室的主要结构如图所示.圆筒 形容器的下底是一个可在小范 围活动的活塞；上盖是透明的， 通过它可观察云室内发生的现 象或进行照相.放射源可放在室 内侧壁附近，也可放在室外侧壁的窗口.
(2)原理 实验时，在云室内加一些酒精，使室内充满饱和汽.然后使活 塞迅速向下移动一段距离，室内气体由于突然膨胀而温度降 低，使酒精的饱和汽处于过饱和状态.这时如果有能量较高的 粒子从室内气体中飞过，就会使沿途的气体分子电离产生离 子，过饱和汽便以这些离子为核心凝成一条雾迹.
【典例】1956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6027Co的衰变来验证，其核反应方程是
6027Co
AZNi+0-1e+ ve ,其中 ve 是反中微子，它的电量
19.3探测射线的方法19.4放射性的应用与防护
第十九章原子核第三节探测射线的方法第四节放射性的应用与防护【学习目标】1、理解原子核的人工转变及人工放射性同位素。
2、了解探测射线的仪器和方法。
3、了解放射性的应用和防护。
【学习重点】放射性同位素的特点及应用。
【学习难点】放射性同位素的特点及应用。
【知识自主梳理】一、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_____，过热液体会产生_____。
(2)使照相底片_____。
(3)使荧光物质产生_____。
二、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子_____产生离子，过饱和汽便以这些离子为核心凝成__________，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_____；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_____。
2、气泡室(1)原理：当高能粒子穿过室内_____液体时，形成一串_____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—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_____，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_____时，又使气体分子电离，产生_____……这样，一个射线粒子进入管中后可以产生大量_____。
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_____，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200μs，G－M计数器也不能区分它们。
三、核反应1、定义：原子核在其他粒子的________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147N＋42He―→_____＋11H。
(选修3-5)第3、4节探测射线的方法放射性的应用与防护
19.3 探测射线的方法19.4 放射性的应用与防护【重点知识】1 . 1912年英国物理学家威耳逊发明了威耳逊云室。
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新原子核的过程，称为核反应。
4 •在核反应中，质量数守恒，电荷数守恒。
5 • 1928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。
6 • 1934年，约里奥一居里夫妇发现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。
【基本知识】一、探测射线的方法1 •探测方法(1) _______________________________ 组成射线的粒子会使气体或液体 _________________ ，以这些离子为核心，过饱和的蒸气会产生_____ ，过热液体会产生_____ 。
⑵射线能使照相乳胶_____ 。
(3)射线能使荧光物质产生 _____ 。
2 •探测仪器(1) 威耳逊云室①原理：粒子在云室内气体中飞过，使沿途的气体分子_____ ,过饱和酒精蒸气就会以这些离子为核心凝结成 _，于是显示出射线的径迹。
②粒子径迹形状：a粒子的径迹 ______B粒子的径迹比较细，而且常常丫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___ ，如液态氢。
粒子通过____ 液体时，在它的周围产生 _____ 而形成粒子的径迹。
(3) 盖革—米勒计数器①原理：在金属丝和圆筒间加上一定的电压，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，禾U用电子仪器可以把放电次数记录下来。
19.3-4探测射线的方法
He 7 N 8 O 1 H
4.原子核人工转变的三大发现 （1）1919年卢瑟福发现质子：
4 2
He N O H
14 7 17 8 1 1
（2）1932年查德威克发现中子：
4 2
He Be C n
9 4 12 6 1 0
（3）1934年约里奥.居里夫妇发现
4 放射性同位素： 2
二、核反应
1.核反应：原子核在其他粒子的轰击下生成新原 子核的过程，称为核反应。 2.核反应方程：在核反应中，参与反应的原子核 内的核子（质子和中子）将重新排列或发生转 化。用原子核的符号来表示核反应过程的式子 称为核反应方程。 3.核反应遵从的规律：核反应遵从电荷数守恒和 质量数守恒，即核反应方程两边的质量数和质 子数均是守恒的。如，卢瑟福发现质子的人工 核反应方程： 4 14 17 1
3.探测射线的方法 4.放射性的应用与防护
2017年4月
一、探测射线的方法和仪器
1.探测射线的理论依据
（1）放射线中的粒子会使气体或液体电 离，以这些离子为核心，过饱和蒸汽会 产生雾滴，过热液体会产生气泡。 （2）放射线中的粒子会使照相乳胶感光。 （3）放射线中的粒子会使荧光物质产生 荧光。
2.仪器
例题：（多选）三个原子核X、Y、Z，X核 放出一个正电子后变为Y核，Y核与质子发 生核反应后生成Z核并放出一个氦核。则下 面说法正确的是： （CD ）
A. X核比Z核多一个质子 B. X核比Z核少一个中子 C. X核的质量数比Z核质量数大3 D. X核与Z核的总电荷是Y核电荷的2倍
（1）威尔逊云室：（原理参考课本74页）
粒子 径迹 形状
α粒子质量大，不易变向，且电离本领大，故径迹直而粗； 高速β粒子的径迹又细又直，低速β粒子的径迹又短又粗而 且常常弯曲； γ粒子的电离本领很小，在云室中一般看不到它的径迹
第十九章 3 探测射线的方法 4 放射性的应用与防护
【例题】(双选)卢瑟福通过实验首次实现了原子核的人工
12 17 1 转变，核反应方程为 4 He ＋ N ―→ O ＋ 2 7 8 1H. 下列说法正确的是
(
) A．通过此实验发现了质子 B．实验中利用了放射源放出了γ射线 C．实验中利用了放射源放出了α射线 D．原子核在人工转变过程中，电荷数可能不守恒 【解析】由物理学史知 A 对；本实验用α粒子轰出
核反应方程
【例题】(单选)用中子轰击氧原子核的核反应方程式为 16 8O
a 0 ＋1 0n―→7N＋bX，对式中X、a、b判断正确的是(
)
A．X 代表中子，a＝17，b＝1 B．X 代表电子，a＝17，b＝－1 C．X 代表正电子，a＝17，b＝1 D．X 代表质子，a＝17，b＝1 【解析】根据质量数、电荷数守恒可知 a＝17，b＝8＋0－
(3)盖革—米勒(G－M)计数器： ①1928 年由德国物理学家 盖革和米勒研制成；②主要部分是盖革—米勒计数管③主要优 点——灵敏、方便，主要缺点——不能区分射线类型．
射线的危害与防护
污染与 举例与措施 防护
核爆炸 污染 核泄漏 医疗照射
说明 核爆炸的最初几秒钟辐射出来的主要是 强烈的γ射线与中子流 核工业生产和核科学研究中使用放射性 原材料，一旦泄露就会造成严重污染 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
【答案】见解析
2．如图 19－3－2 所示，在某一足够大的真空室中，虚线 PH 的右侧是一磁感应强度为 B、方向垂直纸面向里的匀强磁 场，左侧是一场强为 E、方向水平向左的匀强电场．在虚线 PH 上的点 O 处有一质量为 M、电荷量为 Q 的镭核 (226 ．某时刻 88Ra) 原来静止的镭核水平向右放出一个质量为 m、电荷量为 q 的α 粒子而衰变为氡 (222 86Rn)核，设α粒子与氡核分离后它们之间的 作用力忽略不计，涉及动量问题时，亏损的质量可不计． (1)写出镭核衰变为氡核的核反应方程； (2)经过一段时间α粒子刚好到达虚线 PH 上的 A 点，测得 OA ＝ L．求此时刻氡 核的速率． 图 19－3－2
高中物理选修3-5精品课件：19.3-19.4探测射线的方法 放射性的应用与防护
(2)气泡室：气泡室里装的是液体，如液态氢.粒子通过过热液体时，在 它的周围 产生气泡 而形成粒子的径迹. (3)盖革－米勒计数器： ①优点：G－M计数器 非常灵敏 ，用它检测射线十分方便. ②缺点：只能用来 计数 ，不能区分 射线的种类 .
二、核反应和人工放射性同位素
1.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：卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，核反应方程 147N＋42He→ 178O＋11H . (3)遵循规律： 质量数 守恒，电荷数守恒.
√A.威耳逊云室和盖革—米勒计数器都是利用了放射线使气体电离的性质
B.盖革—米勒计数器除了用来计数，还能区分射线的种类
√C.用威耳逊云室探测射线时，径迹比较细且常常弯曲的是β粒子的径迹 √D.根据气泡室中粒子径迹的照片上记录的情况，可以分析粒子的动量、
能量及带电情况等 解析 盖革—米勒计数器只能用来计数，不能区分射线的种类，因为不 同的射线在盖革—米勒计数器中产生的脉冲现象相同，B错误.
答案
2.1956 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6207Co 放射源进行了实验验证.次年李、杨两人为此获得诺贝尔物
理学奖.6207Co
的衰变方程是6207Co→AZNi＋
0 －1
e＋νe.其中
νe 是反中微子，
它的电荷量为零，静止质量可认为是零.6207Co 的核外电子数为__2_7___，
A.α粒子
√C.中子
B.质子 D.电子
解析 把前两个方程化简，消去 x，可知 y 是42He，结合第三个方程，根
据电荷数守恒、质量数守恒可知 z 是中子10n.因此选项 C 正确.
1234
物理：19.3 探究射线的方法
第十八章原子核19.3探测射线的方法19.4放射性的防护和应用【自主预习】1.可以通过下面这些现象来探知射线：(1)粒子使气体或液体电离，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)使照相乳胶____________________________。
(3)使荧光物质____________________________。
2．利用威耳逊云室，可以根据径迹的________和________，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________，还可以知道粒子所带电荷的正负。
3．第一次实现原子核人工转变的方程为______________。
4．原子核在其他粒子的轰击下产生________的过程称为核反应。
与衰变过程一样，在核反应中，________守恒，________守恒。
5．有些同位素具有________，叫做放射性同位素。
第一次用人工的方式生成的放射性同位素是________，其生成方程式为________________________________________________________________________。
6．放射性同位素的应用(1)工业部门可以使用射线来测________；(2)在医疗方面，患了癌症的病人可以接受________的放射治疗；(3)利用γ射线照射种子，会使种子的遗传基因发生变异，从而培育出新的优良品种。
(4)用放射性同位素代替非放射性的同位素来制成各种化合物，这种化合物的原子跟通常的化合物一样参与所有化学反应，但却带有“放射性标记”，可以用仪器探测出来。
这种原子就是________。
7.放射性的应用与防护(1)核反应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。
①核反应遵循的规律在核反应中，质量数守恒，电荷数守恒。
②人工转变核反应方程卢瑟福发现质子的过程：42He＋147N→178O＋11H查德威克发现中子的方程：42He＋94Be→126C＋10n约里奥·居里夫妇发现人工放射性同位素和正电子的方程：42He＋2713Al→3015P＋10n，3015P→3014Si＋01e(2)放射性的应用与防护1932年，约里奥·居里和伊丽芙·居里用α粒子轰击铍、铝、硼等元素，发现了前所未见的穿透性强的辐射，后经查德威克的研究，确定为中子流，42He＋2713Al→3015P＋10n。
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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 发现经
过α粒子轰击的铝片中含有放射性磷
P 30
15
4 2
He
27 13
Al3105
P01n
反应生成物P是磷的一种同位素，自然界
没有天然的
30 15
P，它是通过核反应生成的
人工放射性同位素。
2、与天然的放射性物质相比，人造放射性 同位素：
He
162
C
1 0
n
2、规律:质量数和电荷数都守恒
指出下列核反应中的错误并更正：
（1） 14N + α = 17O + 质子
7
7
（2） 14C + 4He →17O + 1H
7
2
8
1
（3） 9Be + 4He →13C + γ
4
2
6
（4） 1H + 0n → H1 + γ
1
1
2
二、人工放射性同位素
γ射线探伤仪
钴 60
利用钴60的γ射线治疗癌症（放疗）
食物保鲜（延缓发芽，生长，长期保存）
粮食保存 食品保鲜
棉花育种
（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．
四、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。
二、气泡室
·气泡室利用了射线的电离本领。 粒子通过液体通过液体时在它周围就有气 泡形成，可分析粒子的动量、能量和带电情况。
三、盖革－米勒计数器
德国物理学家盖革在1928年与米勒合作研制出 的计数器用来检测放射性是非常方便的，盖革管的 结构如图所示：
窗
阴
阳
口
极
极
粒 子
接 放 大
器
（3）优缺点
a优点: 射线产生的脉冲现象相同，
第十九章 原子核
探测射线的方法
虽然放射线看不见，但是我们可以根据一些 现象来探知放射线的存在，这些现象主要是：
1、使气体或 液体电离
2、使照相底 3、使荧光物
片感光
质产生荧光
观察威耳逊云室的结构，研究射线在云室中的
径迹：
射线径迹
射线径迹
径迹的长短和粗 细可以知道粒子的 性质；粒子轨迹的 弯曲方向可以知道 粒子带电的正负．
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
三、放射性同位素的应用
（1）利用它的射线
A、由于γ射线贯穿本领强，可以用来γ射线检查金 属内部有没有砂眼或裂纹，所用的设备叫γ射线探伤 仪．
B、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
C、利用射线照射植物，引起植物变异而培育良 种，也可以利用它杀菌、治病等
过量的放射性会对环境造成污染，对人类和 自然界产生破坏作用． 遭原子弹炸后的广岛
为了防止有害的放射线对人类和自然的破 坏，人们采取了有效的防范措施：
辐射源的存放 检测辐射装置
铀
全 身 污 染 检 测 仪
辐射检测系统
放射性的防护
（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
因此只能用来计数，不能区分射线的种类。如果
同时有大量粒子，或两个粒子射来的时间间隔很
短(小于200 s)，不能区分它们。
一、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，----------核反应
质子的发现
14 7
N
4 2
He
17 8
O
1 1
H
中子的发现
9 4
Be
4 2
二、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 闭容器组成，容 器中盛有工作液 体
气泡室里装的是液体（如 液态氢），控制室内的温 度和压强，使室内的温度 略低于液体的沸点，当气 泡室的压强突然降低时， 液体的沸点降低因此液体 过热，粒子通过液体时在 它的周围就有气泡形 成．通过照片上记录的情 况，可以分析粒子的带电、 动量、能量等情况．
（3）在生活中要有防范 意识，尽可能远离放射源
核反应堆外层的厚厚的水泥建筑
防 护
操作放射性物质的设备
在防护状态下操作放射性物质