第3节：放射性元素的应用

第3节探测射线的方法第4节放射性的应用与防护1．了解探测射线的几种方法，熟悉探测射线的几种仪器。

2．知道核反应及其遵循的规律，会书写核反应方程。

3．知道什么是放射性同位素和人工放射性同位素。

4．了解放射性同位素在科学与生产领域的应用，了解辐射过量的危害。

一、探测射线的方法探测器材的设计思路：放射线中的粒子会使气体或液体电离，以这些离子为核心，过饱和蒸气会产生□01雾滴，过热液体会产生气泡。

射线中的粒子会使照相乳胶感光。

射线中的粒子会使□02荧光物质产生荧光。

1．威耳逊云室其结构为一个圆筒状容器，上盖透明，底部可以上下移动，相当于□03活塞。

实验时先往容器内加入少量酒精，使容器内充满酒精的饱和蒸气，然后迅速下拉活塞，气体迅速膨胀，温度降低，酒精蒸气达到□04过饱和状态。

粒子穿过该空间时，沿途使气体分子□05电离，过饱和蒸气就会以这些离子为核心□06凝成雾滴，于是显示出射线的径迹。

2．气泡室与云室原理类似，只是容器里装的是液体，并控制里面液体的温度和压强，使温度略低于液体的沸点。

当气泡室内的□07压强突然降低时，液体的□08沸点变低，因此液体过热，粒子通过液体时在它周围就有□09气泡形成，显示出粒子的径迹。

3．盖革－米勒计数器它的主要部分是盖革－米勒计数管，外面是玻璃管，里面有一个接在电源负极上的□10导电圆筒，□11金属丝，里面充入□12惰性气体以及少量□13酒精或溴蒸气。

当射线进入管内时，会使管内气体□14电离，产生的□15电子在电场中加速，再与管内气体分子碰撞，又使气体电离，产生电子……一个粒子进入玻璃管内就会产生大量的电子，这些电子到达阳极，正离子到达阴极，电路中形成一次脉冲□16放电，电子仪器把脉冲次数记录下来。

二、核反应1．定义：原子核在其他粒子的轰击下产生□01新原子核的过程。

2．原子核的人工转变(1)1919年□02卢瑟福用α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。

学习资料汇编第3节放射性的应用、危害与防护(对应学生用书页码P38)一、放射性的应用放射性的应用主要表现在以下三个方面：一是利用射线的电离作用、穿透能力等特征，二是作为示踪原子，三是利用衰变特性考古。

1．射线特性的应用(1)α射线：利用α射线带电、能量大，电离作用强的特性可制成静电消除器等。

(2)β射线：由于β射线可穿过薄物或经薄物反射的特性来测量薄物的厚度或密度。

(3)γ射线：由于γ射线穿透能力极强，可以利用γ射线探伤，也可以用于生物变异，在医学上可以用于肿瘤的治疗等。

另外还可以利用射线勘探矿藏等。

2．作为示踪原子在某种元素里掺进一些该元素的放射性同位素，同位素和该元素经历过程相同。

用仪器探测出放射性同位素放出的射线，就可查明这种元素的行踪。

3．衰变特性应用应用14 6C的放射性判断遗物的年代。

二、放射性的危害和防护1．危害来源(1)地壳表面的天然放射元素。

(2)宇宙射线。

(3)人工放射。

2．防护措施(1)距离防护；(2)时间防护；(3)屏蔽防护；(4)仪器监测。

1．判断：(1)放射性元素发出的射线的强度可以人工控制。

( )(2)α射线的穿透本领最弱，电离作用很强。

( )(3)放射性同位素只能是天然衰变产生的，不能用人工方法合成。

( )答案：(1)×(2)√(3)×2．思考：衰变和原子核的人工转变有什么不同？提示：衰变是放射性元素自发的现象，原子核的人工转变是能够人工控制的核反应。

其核反应方程的书写也有区别。

(对应学生用书页码P38)1.(1)放射强度容易控制；(2)可以制成各种所需的形状；(3)半衰期很短，废料容易处理。

2．放射出的射线的利用(1)利用γ射线的贯穿本领，利用钴60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。

第三节放射性同位素【学习目标】1•了解同位素的概念2.了解放射性同位素有哪些应用3•了解放射性污染及其对人类核自然产生的严重危害。

了解防范放射线的措施，建立防范意识。

【学习目标】一、同位素同种元素的原子，质子数相同，核外电子数也相同，具有相同的化学性质，但是它们的中子数不同，这些具有相同质子数而中子数不同的原子核，称为________ 。

二、放射性同位素有些同为素具有放射性，叫做放射性同位素。

1934年，居里夫妇发现经过:-粒子轰击的铝片中含有放射性的磷35P，即：自然界中没有天然的3；P，它是通过核反应生成的人工放射性同位素。

反应生成的3；P 是磷的一种同位素，它有放射性，会释放出正电子，我们用符号0e表示正电子，于是30P的衰变反应方程可写为：在这之前人们只知道有铀、钍、镭、钋等天然存在的放射性元素，这些元素都是位于元素周期表末尾的重核元素。

10 P的发现开启了人们认识同位素的新篇章，今天每种元素都有了自己的放射性同位素。

三、放射性同位素的应用、危害以及防护1•放射性同位素的应用(1)射线的应用：①工业上利用射线的穿透性来检查金属内部的伤痕(无损的探伤)；②利用:射线、1射线导走有害静电；③利用射线杀死细菌，突变基因培育良种；④医疗上，患了癌症的病人可以接收钴60的放射治疗。

(2)示踪原子的应用。

(3)利用半衰期推断地层或文物年代。

练习1.关于原子核衰变，下列说法正确的是：A •同一种放射性元素处于单质状态或化合物状态，其半衰期相同B •原子核衰变可同时放〉、：、射线，它们都是电磁波C.治疗脑肿瘤的“刀”是利用了射线电离本领大的特性D •-射线的电子是原子核外电子释放出来而形成的练习1 •碳14的半衰期是5730年，现有一份古代生物遗骸，其中碳14在碳原子中所占的比例只相当于现代生物中的四分之一，请推算生物的死亡时间。

2•放射性同位素的危害以及防护人类从来就生活在有放射性的环境之中。

地球上的每个角落都有来自宇宙的射线，夜光表的荧光粉含有放射性物质，平时吃的食盐和有些水晶眼睛片中含有钾40,香烟中含有钋210,这些也是放射性同位素，体检时还会做X射线透视。

高中物理《人民教育出版社》普通高中课程标准实验教科书---目录（全）必修1物理学与人类文明第一章运动的描述1 质点参考系和坐标系2 时间和位移3 运动快慢的描述──速度4 实验：用打点计时器测速度课外读物必修2第五章曲线运动1.曲线运动2.平抛运动3.实验：研究平抛运动4.圆周运动5.向心加速度6.向心力7.生活中的圆周运动第六章万有引力与航天1.行星的运动2.太阳与行星间的引力3.万有引力定律4.万有引力理论的成就5.宇宙航行6.经典力学的局限性第七章机械能守恒定律选修二、电流的磁场三、磁场对通电导线的作用四、磁场对运动电荷的作用五、磁性材料第三章电磁感应一、电磁感应现象二、法拉第电磁感应定律三、交变电流四、变压器五、高压输电六、自感现象涡流七、课题研究：电在我家中第四章电磁波及其应用一、电磁波的发现二、电磁波谱三、电磁波的发射与接收四、信息化社会五、课题研究：社会生活中的电磁波课外读物选修1-2五、课题研究：太阳能综合利用的研究课题研究高中物理新课标教材·选修2-1第一章电场直流电路第1节电场第2节电源第3节多用电表第4节闭合电路的欧姆定律第5节电容器第2章磁场第1节磁场磁性材料第2节安培力与磁电式仪表第3节洛伦兹力和显像管第3章电磁感应第1节电磁感应现象第2节感应电动势第3节电磁感应现象在技术中的应用第4章交变电流电机第6节物体平衡的稳定性第2章材料与结构第1节物体的形变第2节弹性形变与范性形变第3节常见承重结构第3章机械与传动装置第1节常见的传动装置第2节能自锁的传动装置第3节液压传动第4节常用机构第5节机械第4章热机第1节热机原理热机效率第2节活塞式内燃机第3节蒸汽轮机燃气轮机第4节喷气发动机第5章制冷机第1节制冷机的原理第2节电冰箱第3节空调器课题研究第1节天然放射现象原子结构第2节原子核衰变第3节放射性同位素的应用第4节射线的探测和防护第6章核能与反应堆技术第1节核反应和核能第2节核裂变和裂变反应堆第3节核聚变和受控热核反应课题研究高中物理新课标教材·选修3-1第一章静电场1 电荷及其守恒定律2 库仑定律3 电场强度4 电势能和电势5 电势差6 电势差与电场强度的关系7 静电现象的应用高中物理新课标教材·选修3-2第四章电磁感应1 划时代的发现2 探究感应电流的产生条件3 楞次定律4 法拉第电磁感应定律5 电磁感应现象的两类情况6 互感和自感7 涡轮流、电磁阻尼和电磁驱动第五章交变电流1 交变电流2 描述交变电流的物理量3 电感和电容对交变电流的影响4 变压器5 电能的输送第六章传感器1 传感器及其工作原理2 传感器的应用3 实验：传感器的应用3 热力学第一定律能量守恒定律4 热力学第二定律5 热力学第二定律的微观解释6 能源和可持续发展课题研究普通高中课程标准实验教科书物理选修3-4第十一章机械振动1 简谐运动2 简谐运动的描述3 简谐运动的回复力和能量4 单摆5 外力作用下的振动第十二章机械波1 波的形成和传播2 波的图象3 波长、频率和波速4 波的衍射和干涉5 多普勒效应第十六章动量守恒定律1 实验：探究碰撞中的不变量2 动量和动量定理3 动量守恒定律4 碰撞5 反冲运动火箭第十七章波粒二象性1 能量量子化2 光的粒子性3 粒子的波动性4 概率波5 不确定性关系第十八章原子结构1 电子的发现2 原子的核式结构模型3 氢原子光谱4 玻尔的原子模型第十九章原子核1 原子核的组成2 放射性元素的衰变。

第3节放射性的应用与防护学习目标知识脉络1.知道什么是放射性同位素和人工放射性同位素．(重点)2．理解放射性在消费和科学领域的应用．(重点)2．知道放射性污染及其对人类和自然产生的严重危害，理解防护放射性的措施，建立防范意识．(重点)[先填空]1．放射性同位素的应用主要分为两类：一是利用射线的电离作用、穿透才能等性质；二是作为示踪原子．2．射线特性的利用(1)辐射育种、食品辐射保存、放射性治疗等．(2)放射性同位素电池：把放射性同位素衰变时释放的能量转换成电能的装置．(3)γ射线探伤：利用了γ射线穿透才能强的特点．3．作为示踪原子：用仪器探测放射性同位素放出的射线，可以查明放射性元素的行踪，好似带有“标记〞一样．人们把具有这种用处的放射性同位素叫作示踪原子．[再判断]1．利用放射性同位素放出的γ射线可以给金属探伤．(√)2．利用放射性同位素放出的射线消除有害的静电积累．(√)3．利用放射性同位素放出的射线保存食物．(√)[后考虑]放射性元素为什么能做示踪原子？【提示】由于放射性同位素不断发出辐射，无论它运动到哪里，都很容易用探测器探知它的下落，因此可以用作示踪物来区分其他物质的运动情况和变化规律．这种放射性示踪物称为示踪原子或标记原子．[核心点击]1．分类：可分为天然放射性同位素和人工放射性同位素两种，天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)放射强度容易控制；(2)可以制成各种所需的形状；(3)半衰期比天然放射性物质短得多，放射性废料容易处理．因此，但凡用到射线时，用的都是人工放射性同位素．3．放射性同位素的主要应用(1)利用它的射线．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医疗上——利用γ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．1．(多项选择)以下关于放射性同位素的一些应用的说法中正确的选项是()A．利用放射性消除静电是利用射线的穿透作用B．利用射线探测机器部件内部的砂眼或裂纹是利用射线的穿透作用C．利用射线改进品种是因为射线可使DNA发生变异D．放射性同位素的半衰期是一样的【解析】消除静电是利用射线的电离作用使空气导电，A错误；探测机器部件内部的砂眼或裂纹和改进品种分别是利用它的穿透作用和射线可使DNA发生变异，B、C正确；不同的放射性同位素的半衰期是不同的，D错误．【答案】BC2．(多项选择)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，是因为农作物吸收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．天然放射元素也可以作为示踪原子加以利用，只是含量较少，经济上不划算D．放射性元素被植物吸收，其放射性不会发生改变【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收含有哪种元素的肥料．无论植物吸收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错误；人工放射性同位素，含量易控制，衰变周期短，不会对环境造成永久污染，而天然放射性元素，剂量不易控制、衰变周期长、会污染环境，所以不用天然放射元素，C错误；放射性是原子核的本身性质，与元素的状态、组成等无关，D正确；放射性同位素可作为示踪原子，是因为它不改变元素的化学性质，故B正确．【答案】BD3．γ刀已成为治疗脑肿瘤的最正确仪器，用γ刀治疗时不用麻醉，病人清醒，时间短，半小时完成手术，无需住院，因此γ刀被誉为“神刀〞．据报道，我国自己研制的旋式γ刀性能更好，即将进入各大医院为患者效劳．γ刀治疗脑肿瘤主要是利用γ射线很强的________才能和很________的能量．【解析】γ刀治疗脑肿瘤主要是利用γ射线很强的穿透才能和很高的能量．【答案】穿透高放射性同位素的应用技巧(1)用射线来测量厚度，一般不选取α射线是因为其穿透才能太差，更多的是选取γ射线，也有局部选取β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γ射线．(3)使用放射线时平安是第一位的．放射性污染和防护[先填空]1．放射性污染的主要来源(1)核爆炸；(2)核泄漏；(3)医疗照射．2．为了防止放射线的破坏，人们主要采取以下措施(1)密封防护；(2)间隔防护；(3)时间防护；(4)屏蔽防护．[再判断]1．核泄漏会造成严重的环境污染．(√)2．医疗照射是利用放射性，对人和环境没有影响．(×)3．密封保存放射性物质是常用的防护方法．(√)[后考虑]放射性污染危害很大，放射性穿透力很强，是否无法防护？【提示】放射线危害很难防护，但是通过屏蔽、隔离等措施可以进展有效防护，但防护的有效手段是进步防范意识．[核心点击]) A．国际通用的辐射警示标志是毒性标志的骷髅B．国际通用的辐射警示标志是以黄色为背景的黑色的圆形中心和三个黑色叶瓣的图形C．有此项标志的地方是有辐射警示危险的地方D．没有特别的极其特殊的需要远离有国际通用的辐射警示标志的地方【解析】国际通用的辐射警示标志是以黄色为背景的黑色的圆形中心和三个黑色叶瓣的图形，A错，B正确；因为放射性的危险性和放射性的强穿透性，所以要远离有放射性的地方，C、D正确．【答案】BCD5．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漏，核反响堆有三道防护屏障：燃料包壳、压力壳和平安壳．图3-3-1结合图3-3-1甲可知，平安壳应中选用的材料是________．(2)图乙是用来监测工作人员受到辐射情况的胸章，通过照相底片被射线感光的区域，可以判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，结合图甲分析可知工作人员一定受到了________射线的辐射；当所有照相底片被感光时，工作人员一定受到了________射线的辐射．【解析】(1)核反响堆最外层是厚厚的水泥防护层，以防止射线外泄，所以平安壳应选用的材料是混凝土．(2)β射线可穿透几毫米厚的铝片，而γ射线可穿透几厘米厚的铅板．【答案】(1)混凝土(2)βγ射线具有一定的能量，对物体具有不同的穿透才能和电离才能，从而使物体或机体发生一些物理和化学变化.假如人体受到长时间大剂量的射线照射，就会使细胞器官组织受到损伤，破坏人体DNA分子构造，有时甚至会引发癌症，或者造成下一代遗传上的缺陷.学业分层测评(十)(建议用时：45分钟)[学业达标]1．(多项选择)关于放射性同位素，以下说法正确的选项是()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，不能用人工方法制得D．放射性同位素可用于培育良种【解析】放射性同位素也具有放射性，半衰期也不受物理和化学因素的影响，衰变后形成新的原子核，选项A、B正确；大局部放射性同位素都是人工转变后获得的，选项C错误；放射性同位素放出的射线照射种子，可使种子内的遗传物质发生变异，从而培育出良种，D正确．【答案】ABD2．(多项选择)关于放射性的应用与防护，以下说法正确的选项是()A．通过原子核的人工转变可以发现和制造新元素B．在人工核反响过程中，质量守恒C．利用示踪原子可以研究生物大分子的构造D．人类一直生活在放射性的环境中【解析】通过原子核的人工转变可以发现和制造新元素，A项正确；在人工核反响过程中，质量数守恒，B项错；利用示踪原子可以研究生物大分子的构造，C项正确；人类一直生活在放射性的环境中，地球上的每个角落都有射线，D项正确．【答案】ACD3．(多项选择)放射性同位素钴60能放出较强的γ射线，其强度容易控制，这使得γ射线得到广泛应用．以下选项中，属于γ射线应用的是() 【导学号：64772045】A．医学上制成γ刀，无需开颅即可治疗脑肿瘤B．机器运转时常产生很多静电，用γ射线照射机器可将电荷导入大地C．铝加工厂将接收到的γ射线信号输入计算机，可对薄铝板的厚度进展自动控制D．用γ射线照射草莓、荔枝等水果，可延长保存期【解析】γ射线的电离作用很弱，不能使空气电离成为导体，B错误；γ射线的穿透才能很强，薄铝板的厚度变化时，接收到的信号强度变化很小，不能控制铝板厚度，C错误；γ射线能量很大，可以杀菌，延长水果的保存期，对肿瘤细胞有很强的杀伤作用，故A、D正确．【答案】AD4．以下哪些应用是把放射性同位素不是作为示踪原子的()A．利用含有放射性碘131的油，检测地下输油管的漏油情况B．把含有放射性元素的肥料施给农作物，利用探测器的测量，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，以判断甲状腺的器质性和功能性疾病【解析】利用射线探伤法检查金属中的砂眼和裂纹是利用γ射线穿透才能强的特点，医学上利用“放疗〞治疗恶性肿瘤，利用的是射线照射，而不是作为示踪原子．【答案】 C5．(多项选择)防止放射性污染的防护措施有()A．将废弃的放射性物质进展深埋B．将废弃的放射性物质倒在下水道里C．接触放射性物质的人员穿上铅防护服D．严格和准确控制放射性物质的放射剂量【解析】因为放射性物质残存的时间太长，具有辐射性，故应将其深埋，A对、B错；铅具有一定的防止放射性的才能，接触放射性物质的人员穿上铅防护服，并要控制一定的放射剂量．故C、D对．【答案】ACD6．(多项选择)关于放射性同位素的应用，以下说法中正确的选项是() A．放射线改变了布料的性质使其不再因摩擦而生电，从而到达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，也能进展人体透视C．用放射线照射作物种子使其DNA发生变异，其结果也不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【解析】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，不能用来进展人体透视，用于人体透视的是X射线，故B错误；作物种子发生的DNA突变不一定都是有益的，还要经过挑选才能培育出优秀品种，C正确；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．【答案】CD7．放射性在技术上有很多应用，不同的放射源可用于不同目的．下表列出了一些放射性元素的半衰期和可供利用的射线.薄，利用适当的放射线来测定通过轧辊后的薄膜厚度是否均匀，可利用的元素是________．【解析】要测定聚乙烯薄膜的厚度，那么要求射线可以穿透薄膜，因此α射线不适宜；另外，射线穿透作用还要受薄膜厚度影响，γ射线穿透作用最强，薄膜厚度不会影响γ射线穿透，所以只能选用β射线，而氡222半衰期太小，铀238半衰期太长，所以只有锶90较适宜．【答案】锶908．如图3-3-2所示是工厂利用放射线自动控制铝板厚度的装置示意图．图3-3-2(1)请简述自动控制的原理；(2)假如工厂消费的是厚度为2 mm的铝板，在α、β和γ三种射线中，哪一种对铝板的厚度控制起主要作用？为什么？【解析】(1)放射线具有穿透本领，假如向前挪动的铝板的厚度有变化，那么探测器接收到的放射线的强度就会随之变化，将这种变化转变为电信号输入到相应的装置，使之自动地控制图中右侧的两个轮间的间隔，到达自动控制铝板厚度的目的．(2)β射线起主要作用，因为α射线的贯穿本领很小，穿不过2毫米的铝板；γ射线的贯穿本领很强，能穿过几厘米的铅板，2毫米左右的铝板厚度发生变化时，透过铝板的γ射线强度几乎不发生变化；β射线的贯穿本领较强，能穿过几毫米厚的铝板，当铝板厚度发生变化时，透过铝板的β射线强度变化较大，探测器可明显地反映出这种变化，使自动化系统做出相应的反响．【答案】见解析[才能提升]9．我国科学家首次用人工方法合成的牛胰岛素与天然牛胰岛素是同一种物质，所使用的鉴别技术是() 【导学号：64772104】A．光谱分析B．同位素示踪原子C．微电子技术D．纳米技术【解析】人工合成的牛胰岛素中掺入14 6C作为示踪原子，跟天然牛胰岛素混合，屡次重新结晶，结果14 6C均匀分布，证明了人工合成的牛胰岛素与天然牛胰岛素是同一物质，应选B.【答案】 B10．(多项选择)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才能，而且铀238具有放射性，残留物可长期对环境起破坏作用而造成污染．人长期生活在该环境中会受到核辐射而患上皮肤癌和白血病．以下结论正确的选项是() A．铀238的衰变方程式为：238 92U→234 90Th＋42HeB.235 92U和238 92U互为同位素C．人患皮肤癌和白血病是因为核辐射导致了基因突变D．癌症病人可以生活在遭受贫铀炸弹破坏的环境里，以到达放射性治疗的效果【解析】铀238具有放射性，放出一个α粒子，变成钍234，A正确．铀238和铀235质子数一样，故互为同位素，B正确．核辐射能导致基因突变，是皮肤癌和白血病的诱因之一，C正确．医学上利用放射线治疗癌症是有放射位置和放射剂量限制的，不能直接生活在被贫铀炸弹破坏的环境里，D错．【答案】ABC11．如图3-3-3甲是α、β、γ三种射线穿透才能的示意图，图乙是工业上利用射线的穿透性来检查金属内部的伤痕的示意图，请问图乙中的检查是利用了________射线．图3-3-3【解析】由题图甲可知，γ射线的穿透性最强，且能穿透钢板，其他两种射线不能穿透钢板．【答案】γ12．一个静止在匀强磁场中的放射性同位素原子核3015P，放出一个正电子后变成一个新原子核．(1)写出核反响方程；(2)求正电子和新核做圆周运动的半径之比．【解析】(1)3015P→3014Si＋ 0＋1e.(2)由洛伦兹力提供向心力，即q v B＝m v2r，所以做匀速圆周运动的半径为r＝m vqB.衰变时放出的正电子与反冲核Si的动量大小相等，因此在同一个磁场中做圆周运动的半径与它们的电荷量成反比，即r er Si ＝q Siq e＝141.【答案】(1)略(2)141第 11 页。

第三节放射性同位素1.知道什么是核反应，知道在核反应中质量数和电荷数守恒．2.掌握同位素的概念．3．了解放射性同位素的应用． 4.了解放射线的危害与防护．一、核反应1．核反应：除天然放射性元素会产生自发核衰变外，还可以利用高速粒子或利用人工加速的粒子去轰击原子核，产生新的原子核，这个过程叫做核反应．2．反应能：核反应过程中，原子核的质量数和电荷数会发生变化，同时伴随着能量的释放或吸收，所放出或吸收的能量叫做反应能．3．核反应规律：质量数和电荷数守恒．4．举例(1)α粒子轰击氮核而发现质子14 7N＋42He―→17 8O＋11H.(2)α粒子轰击铍而发现中子94Be＋42He―→12 6C＋10n.二、放射性同位素1．原子核内的质子数决定了元素的化学性质，同种元素的质子数相同，核外电子数也相同，所以有相同的化学性质，但它们的中子数可以不同．具有相同质子数、不同中子数的原子互称同位素．例如，氢的三种同位素：氕(11H)、氘(21H)、氚(31H)．2．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)的反应方程为：2713Al ＋42He→3015P＋10n.3015P衰变放出正电子的反应方程为：3015P→3014Si＋01e＋ν．3．放射性同位素：具有放射性的同位素，叫做放射性同位素．1．(1)放射性同位素3015P，既可以通过核反应人工获得，也可以从自然界中获得．()(2)现在用到射线时，既可以用人工放射性同位素，也可以用天然放射性物质．()提示：(1)×(2)×三、放射性同位素的应用放射性同位素的应用分为三类：射线的应用，示踪原子的应用，半衰期的应用．2．(1)利用γ射线照射种子，可以培育出优良品种．()(2)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．()(3)任何放射性物质都可以作为示踪原子使用．()提示：(1)√(2)√(3)×四、放射线的危害及防护尽管放射线有着广泛的用途，但它对人体却是有伤害作用的．辐射防护的基本方法有时间防护、距离防护、屏蔽防护．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．3．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14N＋42He―→17 8O＋11H.7(2)1932年查德威克发现中子的核反应9Be＋42He―→12 6C＋10n.4(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：2713Al＋42He→3015P＋10n；30P→3014Si＋01e.154．人工转变核反应与衰变的比较(1)不同点：原子核的人工转变，是一种核反应，是其他粒子与原子核相碰撞的结果，需要一定的装置和条件才能发生，而衰变是原子核的自发变化，它不受物理化学条件的影响．(2)相同点：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，反应前后粒子总动量守恒．(1)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．(2)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．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＋________[思路点拨] 书写核反应方程要点：(1)分清反应的种类，是衰变还是人工核反应．(2)根据电荷数守恒和质量数守恒确定出新原子核和放出的粒子．[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(1)原子核的人工转变的发生方面：原子核的人工转变必须要有一定的装置和条件，不可以自发产生．(2)原子核的人工转变的实质方面：粒子打入核内部使核发生了转变．放射性元素210 84Po衰变为206 82Pb，此衰变过程的核反应方程是____________________ ；用此衰变过程中发出的射线轰击19 9F，可得到质量数为22的氖(Ne)元素和另一种粒子，此核反应过程的方程是________________________．解析：根据核反应中的质量数、电荷数守恒规律，可以求出新生射线为42He，另一粒子为11H.方程式中一定要使用箭头，不能用符号．答案：210 84Po→206 82Pb＋42He42He＋19 9F→2210Ne＋11H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．③利用γ射线对生物组织的物理、化学效应使种子发生变异，培育优良品种．④利用放射性产生的能量轰击原子核，实现原子核的人工转变．⑤在医疗上，常用以控制病变组织的扩大．(2)作为示踪原子①在工业上，可用示踪原子检查地下输油管道的漏油情况．②在农业生产中，可用示踪原子确定植物在生长过程中所需的肥料和合适的施肥时间．③在医学上，可用示踪原子帮助确定肿瘤的部位和范围．④在生物科学研究方面，放射性同位素示踪法在生物化学和分子生物学领域应用极为广泛，它为揭示体内和细胞内理化过程的秘密，阐明生命活动的物质基础，起了极其重要的作用，使生物化学从静态进入动态，从细胞水平进入分子水平．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．用人工方法得到放射性同位素，这是一个很重要的发现，天然放射性同位素只不过40几种，而今天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、科研等许多方面得到广泛应用．(1)带电的验电器在放射线照射下电荷会很快消失，其原因是________．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)如图是工厂利用放射线自动控制铝板厚度的装置示意图，如果工厂生产的是厚度1 mm铝板，在α、β、γ三种射线中，你认为对铝板的厚度起主要作用的是________射线．(3)在我国首先用人工方法合成牛胰岛素时需要证明人工合成的牛胰岛素结晶跟天然牛胰岛素结晶是同一物质，为此曾采用放射性同位素14C做________．[解析](1)因放射性的电离作用，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失．(2)α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，γ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分辨，β射线也能穿透几毫米厚的铝板，但厚度不同，穿透后β射线中的电子运动状态不同，探测器容易分辨．(3)把掺入14C的人工合成牛胰岛素与天然牛胰岛素混合在一起，经多次重新结晶后，得到了放射性14C分布均匀的牛胰岛素结晶，这就证明了人工合成的牛胰岛素与天然牛胰岛素合为一体，它们是同一物质，把这种放射性同位素的原子掺到其他物质中去，让它们一起运动迁移，再用放射性探测仪器进行追踪，就可以知道放射性原子通过什么路径，运动到哪里了，是怎样分布的，从而可了解某些不容易查明的情况或规律，人们把这种用途的放射性同位素叫做示踪原子．[答案](1)B(2)β(3)示踪原子(1)用射线来测量厚度，一般不选取α射线是因为其穿透能力太差，更多的是选取γ射线，也有部分选取β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γ射线．(3)使用放射线时安全是第一位的．原子核的人工转变与衰变的比较原子核的衰变原子核的人工转变发生反应的原子核具有放射性的不稳定核所有的原子核反应条件自发进行，无条件利用α粒子、质子、中子或γ光子作为“炮弹”轰击靶核反应本质核子数变化，形成新核核子的重组，形成新核典型反应23892U→23490Th＋42He14 7N＋42He→17 8O＋11H核反应方程的特点箭头左边只有一个放射性原子核箭头左边有靶核和“炮弹”各一个核反应的规律质量数守恒(注意质量并不守恒)，电荷数守恒书写方程的原则尊重实验事实，不能仅仅依据守恒定律主观臆造下列方程中属于衰变的是()，属于人工转变的是()，生成原来元素的同位素的是()，放出β粒子的是()①12353I＋10n→12453I②23892U→23490Th＋42He③21482Bb→21483Bi＋0－1e④94Be＋42He→12 6C＋10n[解析]首先从方程左端去判断哪种是衰变、哪种是人工转变，当方程左端只有一种元素的原子核时，只能是衰变，故②③为衰变，①④为人工转变；而同位素的产生，是根据原子序数相同而质量数不同来判断，所以①会生成该元素的同位素；判断β衰变，只需要看清衰变方程右端是否产生电子即可，应选③.[答案]②③①④①③[随堂检测]1．如图所示是查德威克实验示意图，在这个实验中发现了一种不可见的贯穿能力很强的粒子，这种粒子是()A．正电子B．中子C．光子D．电子解析：选B.查德威克实验用人工转变的方法发现了中子，中子的贯穿能力很强，故B 正确．2．(多选)在下列应用中，利用了放射性同位素射线的是()A．利用α射线照射可消除机器运转中产生的有害静电B．用射线照射种子可以使种子变异，培育出新品种C．用伦琴射线透视人体D．肿瘤病人在医院进行放疗答案：ABD3．(多选)下列应用中，放射性同位素作为示踪原子的是()A．利用含有放射性碘131的油，检测地下输油管的漏油情况B．把含有放射性元素的肥料施给农作物，根据探测器的测量，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．给怀疑患有甲状腺病的病人注射碘131，诊断甲状腺的疾病解析：选ABD.利用射线探伤法检查金属中的砂眼和裂纹是利用γ射线穿透能力强的特点，因此选项C不属于示踪原子的应用．4．以下是物理学史上3个著名的核反应方程x＋73Li→2y y＋14 7N→x＋17 8O y＋94Be→z＋12 6Cx、y和z是3种不同的粒子，其中z是()A．α粒子B．质子C．中子D．电子解析：选C.根据质量数守恒和电荷数守恒可以确定x为质子11H，y为42He即α粒子，z 为中子10n.5．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，并指出哪些是核的人工转变．(1)238 92U→234 90Th＋________；(2)94Be＋42He→126C＋________；(3)234 90Th→234 91Pa＋________；(4)3015P→3014Si＋________；(5)147N＋42He→178O＋________．解析：在核反应过程中，遵循反应前后电荷数守恒、质量数守恒规律．对参与反应的所有基本粒子来用左下角(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)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)，质子(11H)．其中(2)、(5)是核的人工转变．答案：(1)42He(2)10n，核的人工转变(3)0－1e(4)0＋1e(5)11H，核的人工转变[课时作业]一、单项选择题1．关于放射性同位素的应用，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产生电，因此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，也能进行人体的透视C．用放射线照射作物种子能使其DNA发生变异，其结果一定是使其成为更优良的品种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危害解析：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，将静电泄出．γ射线对人体细胞伤害太大，不能用来进行人体透视．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良品种．用γ射线治疗肿瘤对人体肯定有副作用，因此要科学地严格控制剂量．本题选D.2．关于放射性同位素的应用，下列说法正确的是()A．利用γ射线使空气电离，把静电荷导走B．利用β射线照射植物的种子，使产量显著增加C．利用α射线来治疗肺癌、食道癌等疾病D．利用放射性同位素跟它的非放射性同位素的化学性质相同，作为示踪原子解析：选D.γ射线的电离作用很弱，应利用α射线的电离作用，A错；γ射线对生物具有物理化学作用，照射种子可使基因变异，可用于放射性治疗，β射线不具有生物作用，B、C均错；同位素的核外电子数相同，化学性质相同，放射性同位素带有“放射性标记”，可用探测器探测，D对．3．用中子轰击2713Al，产生2411Na和X粒子，2411Na具有放射性，它衰变后变成2412Mg，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衰变解析：选C.无论原子核的衰变，还是原子核的人工转变，都满足质量数守恒和电荷数守恒，根据以上守恒可得如下方程：10n＋2713Al→2411Na＋42He，2411Na→2412Mg＋0－1e.显然，X粒子是α粒子，钠发生了β衰变．4．以下几个核反应方程，粒子X代表中子的方程是()A．14 7N＋42He→17 8O＋X B．94Be＋42He→12 6C＋XC．3015P→3014Si＋X D．14 6C→14 7N＋X解析：选B.由核反应过程中质量数和电荷数守恒可以判断出选项B正确．5．用中子轰击氧原子核的核反应方程式为16 8O＋10n→a7N＋0b X，对式中X、a、b的判断正确的是()A．X代表中子，a＝17，b＝1B．X代表正电子，a＝17，b＝－1C．X代表正电子，a＝17，b＝1D．X代表质子，a＝17，b＝1解析：选C.根据质量数、电荷数守恒可知a＝17，b＝8＋0－7＝1，因此X可表示为01e，即正电子，故C项正确，A、B、D三项错误．6．放射性在技术上有很多应用，不同的放射源可用于不同目的．下表列出了一些放射性元素的半衰期和可供利用的射线．利用适当的放射线来测定通过轧辊后的薄膜厚度是否均匀．可利用的元素是() A．钋210 B．氡222C．锶90 D．铀238解析：选C.要测定聚乙烯薄膜的厚度，则要求射线可以穿透薄膜，因此α射线不合适；另外，射线穿透作用还要受薄膜厚度影响，γ射线穿透作用最强，薄膜厚度不会影响γ射线穿透，所以只能选用β射线，而氡222半衰期太小，铀238半衰期太长，所以只有锶90较合适．二、多项选择题7．对放射性同位素的应用，下列说法中正确的是()A．射线能杀伤癌细胞或阻止癌细胞分裂，对人体的正常细胞不会有伤害作用B．对具有放射性的废料，要装入特制的容器并深埋地下进行处理C．γ射线探伤仪中的放射源必须存放在特制的容器里，而不能随意放置D．对可能产生放射性污染的场所或物品进行检测是很有必要的解析：选BCD.射线杀伤癌细胞的同时对人体的正常细胞也是有害的，A选项错误；B、C、D关于射线的防护的表述都是正确的．8．三个原子核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(42He)．则下面说法正确的是()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3D．X核与Z核的总电荷是Y核电荷的2倍解析：选CD.设原子核X的符号为a b X，则原子核Y为a b－1Y，a b X―→0＋1e＋a b－1Y，11H＋a b－1Y―→42He＋a－3b－2Z，故原子核Z为a－3b－2Z.9．用盖革·米勒计数器测定放射线源的放射强度为每分钟405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天解析：选AC.因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．10．正电子发射计算机断层显像(PET)的基本原理是：将放射性同位素15 8O注入人体，15 8 O在人体内衰变放出的正电子与人体内的负电子相遇而湮灭转化为一对γ光子，被探测器采集后，经计算机处理生成清晰图象．则根据PET的原理判断下列表述正确的是() A．15 8O在人体内的衰变方程是15 8O→15 7N＋01eB．正、负电子湮灭方程是01e＋0－1e→2γC．在PET中，15 8O主要用途是作为示踪原子D．在PET中，15 8O主要用途是参与人体的新陈代谢解析：选ABC.显像的原理是采集γ光子，即注入人体内的15 8O衰变放出正电子和人体内的负电子湮灭转化为γ光子，因此15 8O主要用途是作为示踪原子，D错．三、非选择题11．中国科学院上海原子核研究所制得了一种新的铂元素的同位素202 78Pt.制取过程如下：(1)用质子轰击铍靶94Be产生快中子；(2)用快中子轰击汞204 80Hg，反应过程可能有两种：①生成202 78Pt，放出氦原子核；②生成202 78Pt，放出质子、中子；(3)生成的202 78Pt发生两次β衰变，变成稳定的原子核汞202 80Hg.写出上述核反应方程式．解析：根据质量数守恒和电荷数守恒，算出新核的电荷数和质量数，然后写出核反应方程．(1)94Be＋11H→95B＋10n.(2)①204 80Hg＋10n→202 78Pt＋32He；②204 80Hg＋10n→202 78Pt＋211H＋10n.(3)202 78Pt→202 79Au＋0－1e；202Au→202 80Hg＋0－1e.79答案：见解析12．1934年，约里奥·居里夫妇在用α粒子轰击铝箔时，除了测到预料中的中子外，还探测到了正电子．正电子的质量跟电子的质量相同，带一个单位的正电荷，跟电子的电性正好相反，是电子的反粒子．更意外的是，拿走α放射源以后，铝箔虽不再发射中子，但仍然继续发射正电子，而且这种放射性也有一定的半衰期．原来，铝箔被α粒子击中后发生了如下反应：2713Al＋42He→3015P＋10n，这里的3015P就是一种人工放射性同位素，正电子就是它衰变过程中放射出来的．(1)写出放射性同位素3015P放出正电子的核反应方程；(2)放射性同位素3015P放出正电子的衰变称为正β衰变，我们知道原子核内只有中子和质子，那么正β衰变中的正电子从何而来？解析：(1)核反应方程为3015P→3014Si＋01e.(2)原子核内只有质子和中子，没有电子，也没有正电子，正β衰变是原子核内的一个质子转换成一个中子，同时放出正电子，核反应方程为11H→10n＋01e.答案：(1)3015P→3014Si＋01e(2)正电子是原子核内的一个质子转换成一个中子放出正电子。