射线探测方法
高中物理第十九章原子核第34节探测射线的方法放射性的应用与防护讲义含解析新人教版选修3_5
探测射线的方法放射性的应用与防护1．探知射线存在的依据(1)放射线中的粒子会使气体或液体电离，以这些粒子为核心，过饱和的蒸气会产生雾滴，过热液体会产生气泡。
(2)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．探测射线的仪器(1)威耳逊云室：α粒子的径迹直而粗。
β粒子的径迹比较细，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。
(2)气泡室：粒子通过液体时，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：计数器非常灵敏，用它检测射线十分方便。
但不同的射线产生的脉冲现象相同，因此只能用来计数，不能区分射线的种类。
[辨是非](对的划“√”，错的划“×”)1．盖革—米勒计数器只能用来计数，不能区分射线的种类。
(√)2．利用威耳逊云室不能区分射线的种类。
(×)[释疑难·对点练]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 μs的两个粒子。
[试身手]1．在威耳逊云室中，关于放射源产生的射线径迹，下列说法中正确的是( )A．由于γ射线的能量大，容易显示其径迹B．由于β粒子的速度大，其径迹粗而且长C．由于α粒子的速度小，不易显示其径迹D．由于α粒子的电离作用强，其径迹直而粗解析：选D 在云室中显示粒子径迹是由于粒子引起气体电离，电离作用强的α粒子容易显示其径迹，因α粒子质量较大，飞行时不易改变方向，所以径迹直而粗，故只有D 正确。
1．核反应定义原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程。
2．原子核的人工转变人类第一次实现的原子核的人工转变14 7N ＋42He ―→17 8O ＋11H 。
3．遵循原则质量数守恒，电荷数守恒。
[辨是非](对的划“√”，错的划“×”)1．卢瑟福发现质子的核反应：147N ＋42He ＝178O ＋11H 。
19.3探测射线的方法 19.4放射性的应用与防护
课题 19.3探测射线的方法 19.4放射性的应用与防护学习目标学习重难点学法指导预习评价课堂学习流程设计【课程导学】(一) 放射线的粒子探测方法1．使气体电离，这些离子可使过饱和汽产生云雾或使过热液体产生气泡；2．使照相底片感光；3．使荧光物质产生荧光．(二) 核反应1． 什么是核反应？2．核反应的特点？（核反应过程中那些物理量是守恒的）H O He N 1117842147+→+nC He Be 101264294+→+（三）人工放射性同位素1．放射性同位素：有些同位素具有放射性，叫做放射性同位素。
放射性同位素有天然和人造两种，它们的化学性质相同。
2．人工放射性同位素Al He P3．人工放射性同位素的优点：4．凡是用到射线时，都用人造放射性同位素（四）放射性同位素的应用：（五）辐射与安全【范例精析】例题：（1）1123Na俘获1个α粒子后放出1个质子（2）1327Al俘获1个α粒子后放出1个中子（3）816O俘获1个中子后放出1个质子（4）1430Si俘获1个质子后放出1个中子达标检测A类1关于放射性同位素的应用，下列说法中正确的是（）A．做示踪原子是利用放射性同位素放出的射线可被仪器检测的特点B．做示踪原子是利用放射性同位素贯穿能力很强的性质C．γ射线探伤是利用了γ射线贯穿能力很强的性质D．γ射线探伤是利用了γ射线电离能力很强的性质2下列应用中，把放射性同位素作为示踪原子的是（）A．γ射线探伤仪B．利用含有放射性碘131的油，检测地下油管的漏油情况C．利用钴60治疗肿瘤等疾病D．把含有放射性元素的肥料施给农作物，用检测放射性元素在农作物内转移和分布的情况，找出合理施肥的规律3原子核物理的知识可以应用到下列几项工作中，其中不是放射现象应用的是( )A．检查金属板内部的砂眼B．处理种子，使农作物增产C．核能发电D．检查和治疗恶性肿瘤4在医疗上，用放射性钴60放出的γ射线治疗肿瘤，其原理是利用了γ射线的( )A．电离作用，使肿瘤细胞转化B．穿透本领，导致基因突变C．高能量，杀死肿瘤细胞D．热作用，减轻病人痛苦B类5贫铀炸弹是一种杀伤力很强的武器，贫铀是提炼铀235 以后的副产品，其主要成分为铀238，贫铀炸弹不仅有很强的穿甲能力，而且残留物可长期对环境起破坏作用，这种破坏作用的原因是（）A．爆炸的弹片存在放射性B．未爆炸的部分存在放射性C．铀的衰变速率很快D．铀的半衰期很长6关于放射性同位素，下列说法正确的是( )A．放射性同位素与放射性元素一样，都具有一定的半衰期，衰变规律一样B．放射性同位素衰变可以生成另一种新元素C．放射性同位素只能是天然衰变时产生的，不能用人工方法测得D．以上说法都不对7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，α衰变B．电子，α衰变C．α粒子，β衰变D．正电子，β衰变8下列原子核反应式中,x代表α粒子的反应式是()。
探测射线的方法 放射性的应用与防护 课件
【解题指导】在深刻理解射线特性的基础上分析此题. 【标准解答】选D.利用放射线消除有害静电是利用放射线的 电离性，使空气分子电离成为导体，将静电导出，A错误；γ 射线对人体细胞伤害太大，不能用来进行人体透视，B错误； 作物种子发生的DNA突变不一定都是有益的，还要经过筛选 才能培育出优秀品种，C错误；用γ射线治疗肿瘤对人体肯定 有副作用，因此要科学地控制剂量，D正确.
在利用放射性的同时，要注意保护生态环境，从而实现可持 续发展.
【典例3】关于放射性同位素应用的下列说法中正确的是( ) A.放射线改变了布料的性质使其不再因摩擦而生电，从而达到 消除有害静电的目的 B.利用γ射线的贯穿性可以为金属探伤，也能进行人体透视 C.用放射线照射作物种子使其DNA发生变异，其结果一定是更优 良的品种 D.用γ射线治疗肿瘤时一定要严格控制剂量，以免对人体正常 组织造成太大的伤害
三、放射性同位素及其应用
1.放射性同位素 (1)放射性同位素的分类： ①天然放射性同位素. ②人工放射性同位素. (2)人工放射性同位素的优势 ①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.
2.放射性的应用 (1)放射出的射线的利用 ①利用γ射线的贯穿本领:利用60Co放出的很强的γ射线来检 查金属内部有没有砂眼和裂纹，这叫γ射线探伤.利用γ射线 可以检查30 cm厚的钢铁部件，利用放射线的贯穿本领，可用 来检查各种产品的厚度、密封容器中的液面高度等，从而自 动控制生产过程. ②利用射线的电离作用：放射线能使空气电离，从而可以消 除静电积累，防止静电产生的危害.
二、核反应及核反应方程
1.核反应的条件:用α粒子、质子、中子，甚至用γ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.
射线的特点及探测射线的方法
创新微课
利用射线电离出的离子、电子在阴极、阳极产生脉冲计数。
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射线的特点及探测射线的方法
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盖革— 米勒计数器工作原理：
当某种射线粒子进入管内时，它使管内的气体电离，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，1 又使气体分子电离。这样，一个粒子进入管 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，在电路中就产生一次脉冲放电，利用电子仪器就可以 把放电次数记录下来。
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射线的特点及探测 射线的方法
射线的特点及探测射线的方法
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一、射线的特点
1．使气体或液体电离， 2．使照相乳胶感光： 3．使荧光物质产生荧光： 形成雾滴或产生气泡：
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射线的特点及探测射线的方 法
二、探测射线的几种仪器
1．威尔逊云室：利用射线的电离本领
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射线的特点及探测射线的方 法
实验时，加入少量酒精，使酒精蒸汽达到过饱和状态。
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照明光束
放射源
β
射
线
活塞
径
迹
1
α
观察径迹的长短和粗细，可
射
以知道粒子的性质；从粒子
线
径迹的弯曲方向可以知道粒
径
子带电的正负
迹
射线的特点及探测射线的方法
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最后观察到的结果
α射线在云室的径迹：直而粗。
原因： α粒子质量较大，在气体中飞行时不易改变方向；而且 沿途产生的离子多。
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气泡室的原理与云室类似，不同的是气泡室里装的是液体，如液 态氢。
控制气泡室里液体的温度、压强，使温度略低于液体沸点。 1
伽马射线的检测方法
伽马射线的检测方法
伽马射线是一种极高能量的电磁辐射，它具有很强的穿透能力和电离能力。
因此，正确检测伽马射线非常重要，特别是对于核辐射的监测和辐射防护。
目前，有几种常见的伽马射线检测方法，包括闪烁体探测器、硅层探测器、半导体探测器和气体探测器。
闪烁体探测器是一种常用的伽马射线探测器。
它由一个闪烁体晶体和一个光电倍增管组成。
当伽马射线通过闪烁体时，它将与闪烁体中的原子发生相互作用，产生光子。
光电倍增管将光子转化为电脉冲，并放大这些脉冲。
通过测量电脉冲的幅度和计数率，可以确定伽马射线的能量和强度。
硅层探测器是另一种常见的伽马射线探测器。
它使用硅衬底和一层敏感的半导体材料。
当伽马射线通过探测器时，它会与半导体材料中的原子相互作用，产生载流子。
这些载流子会在探测器中产生电流信号，通过测量电流信号的强度，可以确定伽马射线的能量和强度。
半导体探测器是一种更为先进的伽马射线探测器。
它由多个层次的半导体探测器组成，可以检测不同能量范围的伽马射线。
半导体探测器具有较高的能量分辨率和探测效率，在核能源、医学诊断和辐射防护等领域得到广泛应用。
气体探测器是一种常见的伽马射线探测器，它使用气体（如氩气或氙气）来探测伽马射线。
当伽马射线通过气体时，它会产生电离，产生正离子和电子。
通过测量正离子和电子的运动和收集电荷，可以确定伽马射线的能量和强度。
总之，伽马射线的检测方法多种多样，包括闪烁体探测器、硅层探测器、半导体探测器和气体探测器。
根据具体的需求和应用场景，我们可以选择适合的伽马射线检测器来实施准确的检测和监测工作。
高三物理探测射线的方法(第三节)
1、云室实验． 在云室看到的只是成串的小液滴， 它描述的是射线粒子运动的径迹， 而不是射线本身．云室利用的是 射线的电离本领．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． 注意：云室实验装置小，粒子径迹呈现时间较短．
2．气泡室
气泡室在核物理研究中经常用到．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，在通过室内射线粒子 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．
盖革－弥勒计数器 德国物理学家盖革在1928年与弥勒合作研制出的计 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： 窗口 阴极 阳极
粒子
接放 大器
例题：下列关于放射线的说法中不正确的是 [ A、放射线可以用来进行工业探伤 B、放射线可以使细胞发生变异 C、放射同位素可以用来做示踪原子
D ]
D、
探测射线的方法范文
探测射线的方法范文探测射线是一种重要的实验手段，用于研究射线的特性和性质。
射线是由带电粒子或电磁波产生的无形物质流动，它具有很高的能量和穿透能力，因此在科学和工程领域有广泛的应用。
本文将介绍常见的探测射线的方法。
探测射线的方法主要分为直接法和间接法两种。
直接法是通过直接观察射线的现象来探测射线，其中一种常用的方法是利用荧光屏探测射线。
当射线通过荧光屏时，会激发荧光屏上的荧光物质发出明亮的光线，通过观察这些荧光现象可以确定射线的存在和性质。
例如，利用荧光屏可以观察到阴极射线管中的电子射线，从而研究电子的特性。
此外，荧光屏也可以用于探测其他射线，如X射线和γ射线等。
另一种直接探测射线的方法是利用核乳胶来观察射线的轨迹。
核乳胶是由含有放射性同位素的乳胶制成的材料，当射线通过核乳胶时，会产生化学反应，从而留下可见的痕迹。
通过观察这些痕迹，可以研究射线的性质和轨迹。
核乳胶广泛应用于核物理实验和放射性测量中。
间接法是通过测量射线对其他物质的影响来探测射线，其中一种常用的方法是利用电离室来测量射线的电离效应。
电离室是一种特殊的仪器，它由一个空气封闭的金属容器和一个电离室电极组成。
当射线通过电离室时，会使气体分子电离产生带电粒子，这些带电粒子会在电场的作用下移动并产生电流。
通过测量电流的大小，可以确定射线的强度和能量等参数。
电离室广泛应用于放射性检测和剂量测量等领域。
除了电离室，探测射线的方法还包括利用半导体探测器、闪烁体探测器和胶片探测器等。
半导体探测器是利用半导体材料的电子和空穴对射线的敏感性来测量射线的仪器，它具有高分辨率和快速响应等优点，常用于高能物理实验和医学诊断中。
闪烁体探测器是利用一些物质在射线激发下产生可见光的特性来测量射线的仪器，它具有高灵敏度和可探测多种射线的特点，广泛应用于核物理和核医学等领域。
胶片探测器是利用射线对胶片的曝光效应来测量射线的仪器，它简单易用、成本低廉，但需要后期显影和测量等处理步骤。
教法分析19.3 探测射线的方法
第3节 探测射线的方法
整节都是一般性了解的要求
P85做一做：用传感器测量放射性
G-M 管可以把射入的粒子的数目转换为电脉冲的数目，所以它是一种辐射传感器……可对不同辐射源的强度进行对比。
……传感器盒子里面装着G-M 管。
开始计数后，计算机荧光屏上每隔1 min 跳出一个竖直放置的狭长矩形，表示G-M 管在这1 min 内接收粒子的数目。
放射源可用学校实验室与威尔孙云室配套的弱放射源。
此外，目前有些地区还可以买到气灯罩，它含有硝酸钍Th(NO 3)4，具有微弱的放射性。
图19.3-6就是对气灯罩的射线计数得到的直方图。
图19.3-6的下部用绿色标出，即使没有放射源，G-M 管也会记录微弱的辐射，但不会高于这个区域。
这些辐射称为本底辐射，来自宇宙射线或地壳中的放射性物质。
用传感器还可以研究射线强度与距离的关系、不同物质对射线的吸收能力等许多课题。
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盖革计数器的原理图
主要缺点：不能鉴别粒子的能量和粒子的 种类，不能进行快计数。
2.1.4 电离室
电离室即工作在饱和区的气体探测器。 由处于不同电位的电极和限定在电极之间 的气体组成，通过收集因辐射在气体中产 生的电子或离子运动而产生的电讯号来定 量测量电离辐射的探测器。
电离室的原理
受射线照射时，射线与气体中的分子作用，产生 由一个电子和一个正离子组成的离子对。 这些离子向周围区域自由扩散。扩散过程中，电 子和正离子可以复合重新形成中性分子。 若在构成气体探测器的收集极和高压极上加直流 的极化电压V，形成电场，那么电子和正离子就 会分别被拉向正负两极，并被收集。 随着极化电压V逐渐增加，气体探测器的工作状 态就会从复合区、饱和区、正比区、有限正比区 、盖革区(G - M区)一直变化到连续放电区。
电离室
分为脉冲电离室和电流电离室 脉冲电离室前者可记录单个辐射粒子的 电离辐射，主要用于重带电粒子的能量 和注量或注量率的测量。 电流电离室用来记录大量辐射产生的平 均效应，用于测量X射线，γ光子束，β射 线和中子束的注量、注量率和剂量。
2.1.5 平板探测器
碘化铯/非晶硅型(间接能量转换) 非晶硒型(直接能量转换) CCD型
盖革计数器。图中左下角的 黑色管是其探测器——盖革管
盖革计数器历史
1908年由德国物理学家汉斯·盖革和著名的 英国物理学家卢瑟福在α粒子散射实验 粒子散射实验中， 粒子散射实验 为了探测α粒子而设计的。 1928年，盖革和学生米勒(Walther Müller) 进行了改进，使其可以用于探测所有的电 离辐射。 1947年，美国人Sidney H. Liebson在其博 士学位研究中又对盖革计数器做了进一步 改进，使得盖革管使用较低的工作电压， 并且显著延长了其使用寿命。
非晶硒型
不足 对X线吸收率低，在低剂量条件下图像质 量不能很好的保证。 硒层对温度敏感，使用条件受限，环境 适应性差。 怕冷
CCD型 型
原理：由增感屏作为X射线的交互介质，加 CCD来数字化X射线图像。 生产工艺难：CCD面积难以做大，需多片 才能获得足够的尺寸，这便带来了拼接的 问题，导致系统复杂度升高可靠性降低， 且接缝两面有影像偏差。 像素大小由CCD的最小体积决定，而CCD 体积制造工艺受限。
碘化铯/非晶硅型 碘化铯 非晶硅型
优点： 转换效率高 动态范围广 空间分辨率高 在低分辨率区X线吸收率高(原因是其原 子序数高于非晶硒) 环境适应性强
非晶硒型
结构 非晶硒层(amorphous Selemium，a-Se)加 薄膜半导体阵列(Thin Film Transistor array ，TFT)构成 原理 光导半导体直接将接收的X射线光子转换成 电荷，再由薄膜晶体管阵列将电信号读出 并数字化。 代表：岛津、AnRad、Hologic公司
闪烁体计数器作用
能探测各种带电粒子，还能探测各种不带 电的核辐射；不仅能探测核辐射是否存在 ，还能鉴别它们的性质和种类；不但能计 数，还能根据脉冲幅度确定辐射粒子的能 量。 多用于核物理和粒子物理实验中。
2.1.3 盖革计数器 盖革计数器(Geiger counter)
又称盖革-米勒计数器(Geiger-Müller counter)，是一种用于探测电离辐射的粒子 探测器，通常用于探测α粒子和β粒子。
2.1.1 感光胶片
原理 利用射线照射胶片时将溴化银中的银离子 还原为银。
2.1.2 闪烁体计数器
基本原理 光子作用于荧光物质时，使荧光物质发出荧光， 利用光电倍增管将荧光转换为电脉冲，再用电子 测量仪器把它放大和记录下来。 由闪烁体和光电倍增管构成 光电倍增原理 把光子转换成电子，把微弱荧光按比例转变为电 信号。 闪烁体 NaI(加微量Tl)、CSI(加微量Tl)、ZnS(加微量Ag ) 等无机盐晶体和蒽、茋、对联三苯等有机晶体，
2.1.6 IP成像板 成像板
2.1.7 半导体探测器
工作原理 入射辐射在它里面产生电子空穴对；在两 极加上电压后，电荷载流子就向两极作漂 移运动，这时，在收集电极上会感应出电 荷，从而在外电路形成信号脉冲。 最通用的半导体材料是锗和硅。 应用 世界各大高能物理实验室 天体物理
非晶硅型
碘化铯/非晶硅型 碘化铯 非晶硅型
结构 碘化铯 ( CsI ) + a-Si + TFT 硫氧化钆 ( Gd2O2S ) + a-Si + TFT 原理 X射线先经荧光介质材料转换成可见光，再 由光敏元件将可见光信号转换成电信号， 最后将模拟电信号经A/D转换成数字信号。 典型企业代表：Canon和瓦里安公司
2.1 射线探测方法
主要内容
概述 2.1.1 感光胶片 2.1.2 闪烁体计数器 2.1.3 盖革计数器 2.1.4 电离室 2.1.5 平板探测器 2.1.6 IP成像板 2.1.7 半导体探测器
概述
利用射线中的带电粒子或电磁波在物质中 所引起的原子或分子的激发或电离进行的 。 射线与物质作用的各种特性 胶片感光特性、使某些荧光物质发出荧光 的效应和使物质电离的效应等。
盖革计数器构造及原理
根据射线对气体的电离性质设计成的。 盖革管两端用绝缘物质密闭并充入稀薄气体(通常 是掺加了卤素的稀有气体，如氦、氖、氩等)， 盖革管轴线上安装有一根金属丝电极 在金属管壁和金属丝电极之间加上略低于管内气 体击穿电压 电压 击穿电压的电压 击穿电压 电压。通常状态下，管内气体不放 电。 当有高速粒子射入管内时，粒子的能量使管内气 体电离导电，在丝极与管壁之间产生迅速的气体 放电现象，从而输出一个脉冲 脉冲电流信号。 脉冲