20-21版：19.3~19.4 探测射线的方法 放射性的应用与防护（步步高）

3探测射线的方法4放射性的应用与防护[学习目标] 1.了解探测射线的三种方法，认识探测射线的几种仪器.2.知道什么是放射性同位素和人工转变的放射性同位素.3.了解放射性在生产和科学领域的应用和防护．一、探测射线的方法1．探测射线的理论依据(1)射线中的粒子会使气体或液体电离，以这些离子为核心，过饱和的蒸气会产生雾滴，过热液体会产生气泡．(2)射线中的粒子会使照相乳胶感光．(3)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①原理：当酒精蒸气达到过饱和状态，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凝结成雾滴，于是显示出射线的径迹．②各种射线的径迹特点α粒子的径迹直而清晰，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是弯曲的．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：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14 7N＋42He→17 8O＋11H.(3)遵循规律：质量数守恒，电荷数守恒．2．人工放射性同位素(1)放射性同位素：具有放射性的同位素．(2)人工放射性同位素的发现①1934年，约里奥—居里夫妇发现经过α粒子轰击的铝片中含有放射性磷3015P.②发现磷同位素的方程：42He＋2713Al→3015P＋10n.3．人工放射性同位素的优点(1)资源丰富，应用广泛．(2)放射强度容易控制，可以制成各种所需的形状，废料容易处理．(3)现在凡是用到射线时，用的都是人工放射性同位素，而不用天然放射性物质．4．放射性同位素的应用(1)在工业上可以用γ射线来探测工件内部裂痕，称为γ射线探伤．(2)农业上用γ射线照射种子，会使种子的遗传基因发生变异，从而培育出优良品种．利用3015P 作为示踪原子来研究农作物对磷肥的吸收情况．5．辐射与安全：人类一直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．判断下列说法的正误．(1)云室和气泡室都是应用射线的穿透能力研究射线的轨迹．(×)(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)发现质子、发现中子和发现放射性同位素3015P的核反应均属于原子核的人工转变．(√)(5)用γ射线照射食品可以杀死使食物腐败的细菌，抑制蔬菜发芽，延长保存期．(√) 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6027Co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.6027Co的衰变方程是6027Co→A Z Ni＋0－1e＋νe.其中νe是反中微子，它的电荷量为零，静止质量可认为是零.6027Co的核外电子数为______，在上述衰变方程中，衰变产物A Z Ni的质量数是________，核电荷数是________．答案276028解析6027Co的核外电子数为27.由质量数守恒，知A Z Ni的质量数为A＝60.由电荷数守恒，知A Z Ni 的核电荷数为Z＝27＋1＝28.一、探测射线的方法1．探测射线的方法：也是探测运动粒子的方法，可以根据射线粒子与其他物质作用时的表现进行判断，常利用射线的以下特性：(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)使照相乳胶感光．(3)使荧光物质产生荧光．2．三种射线在云室中的径迹比较(1)α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清晰．(2)β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是弯曲的．(3)γ粒子的电离本领很小，在云室中一般看不到它的径迹．3．不同探测方法的依据威耳逊云室和气泡室都是依据径迹探测射线的性质和种类的．4．盖革—米勒计数器(1)优点：非常灵敏，用它检测射线十分方便．(2)缺点①不同射线产生的脉冲现象相同，只能用来计数，不能区分射线的种类．②如果同时有大量粒子，或两个粒子射来的时间间隔小于200 μs，则计数器不能区分它们．例1(多选)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α粒子C．威耳逊云室中径迹细而弯曲的是γ粒子D．威耳逊云室中显示粒子径迹的原因是电离，所以无法由威耳逊云室判断射线所带电荷的正负答案AB解析威耳逊云室内充满过饱和蒸气，射线经过时把气体分子电离，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，可以显示出射线的径迹，故A正确；由于α粒子的质量大，在气体中飞行时不易改变方向，电离本领大，贯穿本领小，故α粒子在云室中的径迹直而粗，故B正确；γ粒子的电离本领很弱，所以在云室中一般看不到它的径迹，而高速β粒子的径迹又细又直，低速β粒子的径迹又短又粗而且是弯曲的，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．针对训练1(多选)用盖革—米勒计数器测定放射源的放射强度为每分钟404次，若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，测得该放射源的放射强度为每分钟101次，则下列关于射线性质及它的半衰期的说法正确的是()A．放射源射出的是α射线B．放射源射出的是β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天答案AC解析由厚纸板能挡住这种射线，可知这种射线是穿透能力最差的α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两个半衰期，故半衰期是5天，C正确，D错误．二、核反应及核反应方程1．核反应的实质是什么？它符合哪些规律？答案核反应的实质就是将一种原子核在粒子的轰击之下转变成一种新的原子核，并产生新的粒子．符合质量数和电荷数守恒规律．2．如何实现原子核的人工转变？常见的人工转变的核反应有哪些？答案人为地用α粒子、质子、中子或γ光子去轰击一些原子核，可以实现原子核的人工转变．常见的人工转变的核反应有：①卢瑟福发现质子：14 7N＋42He→17 8O＋11H②查德威克发现中子：94Be＋42He→12 6C＋10n③约里奥—居里夫妇人工制造同位素：42He＋2713Al→10n＋3015P3015P具有放射性：3015P→3014Si＋0－1e.核反应条件用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.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规律(1)质量数、电荷数守恒；(2)动量守恒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方程：14 7N＋42He→17 8O＋11H(2)1932年查德威克发现中子的核反应方程：94Be＋42He→12 6C＋10n(3)1934年约里奥—居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应方程：2713Al＋42He→3015P＋10n；3015P→3014Si＋0＋1e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例2(2019·杭州市高二检测)完成下列核反应方程，并指出其中哪个是发现质子的核反应方程，哪个是发现中子的核反应方程．(1)14 7N＋10n→14 6C＋________；(2)14 7N＋42He→17 8O＋________；(3)10 5B＋10n→________＋42He ；(4)94Be＋42He→________＋10n；(5)5626Fe＋21H→5727Co＋________.答案(1)11H(2)11H，发现质子的核反应方程(3)73Li(4)12 6C，发现中子的核反应方程(5)10n书写核反应方程时要注意：(1)质量数守恒和电荷数守恒；(2)中间用箭头，不能写成等号；(3)核反应方程遵守质量数守恒而不是质量守恒，核反应过程中，一般会发生质量的变化．针对训练2在中子、质子、电子、正电子、α粒子中选出一个适当的粒子，分别填在下列核反应式的横线上．(1)238 92U→234 90Th＋________；(2)94Be＋42He→12 6C＋________；(3)234 90Th→234 91Pa＋________；(4)3015P→3014Si＋________；(5)235 92U＋________→9038Sr＋136 54Xe＋1010n；(6)14 7N＋42He→17 8O＋________.答案(1)42He(2)10n(3)0－1e(4)0＋1e(5)10n(6)11H解析在核反应过程中，遵循电荷数守恒、质量数守恒规律．对参与反应的所有基本粒子采用左下角(电荷数)配平，左上角(质量数)配平．未知粒子可根据其电荷数和质量数确定．如(1)中电荷数为92－90＝2，质量数为238－234＝4，由此可知为α粒子(42He)，同理确定其他粒子分别为：中子(10n)，电子(0－1e)，正电子(0＋1e)，中子(10n)，质子(11H)．三、放射性同位素及应用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．放射性同位素的主要作用(1)工业部门使用射线测厚度——利用γ射线的穿透特性．(2)农业应用——γ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．(3)做示踪原子——利用放射性同位素与非放射性同位素有相同的化学性质．(4)医学上——利用γ射线的高能量治疗癌症．例3正电子发射型计算机断层显像(PET)的基本原理是：将放射性同位素15O注入人体，参与人体的代谢过程.15O在人体内衰变放出正电子，与人体内负电子相遇而湮灭转化为一对光子，被探测器探测到，经计算机处理后产生清晰的图象．根据PET原理，回答下列问题：(1)写出15O的衰变和正负电子湮灭的方程式．①________________________________________________________________________.②________________________________________________________________________.(2)将放射性同位素15O注入人体，主要目的是________．A．利用它的射线B．作为示踪原子C．参与人体的代谢过程D．有氧呼吸(3)PET中所选的放射性同位素的半衰期应__________．(填“长”“短”或“长短均可”)答案(1)①15 8O →15 7N＋0＋1e②0＋1e＋0-1e→2γ(2)B(3)短解析(1)由题意得15 8O→15 7N＋0＋1e，0＋1e＋0-1e→2γ.(2)将放射性同位素15O注入人体后，由于它能放出正电子，并能与人体内的负电子产生一对光子，从而被探测器探测到，所以它的用途是作为示踪原子，B正确．(3)根据同位素的用途，为了减小对人体的伤害，半衰期应该短些．1．(射线的探测)(多选)(2019·上海建平中学模拟)利用威耳逊云室探测射线时若观察到短粗、弯曲的径迹，则下列说法正确的是()A．可知有α射线射入云室B．可知有β射线射入云室C．观察到的是射线粒子的运动D．观察到的是射线粒子运动路径上的酒精雾滴答案BD解析因为观察到威耳逊云室中存在短粗、弯曲的径迹，可知是β射线的径迹，选项A错误，B正确；射线粒子的运动是观察不到的，观察到的是过饱和酒精蒸气在射线粒子运动路径上形成的雾滴，选项C错误，D正确．2．(核反应方程的书写)(2019·百色市质检)下列核反应方程中X为中子的是()A.3015P→3014Si＋XB.238 92U→234 90Th＋XC.2713Al＋10n→2712Mg＋XD.2713Al＋42He→3015P＋X答案 D解析根据核反应遵循质量数守恒和电荷数守恒可知，选项A的核反应方程中X的质量数为零，电荷数为1，X为正电子；选项B的核反应方程中X的质量数为4，电荷数为2，X为氦核；选项C的核反应方程中X的质量数为1，电荷数为1，X为质子；选项D的核反应方程中X的质量数为1，电荷数为0，X为中子．故选D.3．(放射性同位素)(多选)有关放射性同位素3015P的下列说法，正确的是()A.3015P与3014X互为同位素B.3015P与其同位素有相同的化学性质C．用3015P制成化合物后它的半衰期变长D.3015P能释放正电子，可用作示踪原子，观察磷肥对植物的影响答案BD解析同位素有相同的质子数，不同的质量数，故A错；同位素有相同的化学性质，故B对；半衰期与物理、化学状态无关，故C错；3015P为放射性同位素，可用作示踪原子，故D对．4．(放射性同位素的应用)(多选)(2019·南通中学阶段测试)关于人工放射性同位素，下列说法正确的是()A．人工放射性同位素的半衰期比天然放射性物质的半衰期长很多B．人工放射性同位素的放射强度容易控制C．人工放射性同位素的γ射线能进行金属探伤D．使用人工放射性同位素也要遵守操作规程，防止对空气、水源、用具等的污染答案BCD解析人工放射性同位素的半衰期比天然放射性物质的短，故选项A错误；人工放射性同位素的放射强度容易控制，故选项B正确；人工放射性同位素的γ射线能进行金属探伤，故选项C正确；使用人工放射性同位素也要遵守操作规程，防止对空气、水源、用具等的污染，故选项D正确．。