高中物理选修3-5学案：《原子核》 第3节 放射性的应用、危害与防护
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《放射性的应用、危害与防护》导学案一、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146C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。
1.人造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。
(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。
3．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，为人类对生命基本现象的认识开辟了一条新的途径。
1．当今医学影像诊断设备PET/CT堪称“现代医学高科技之冠”，它在医疗诊断中，常利用能放射正电子的同位素碳11作示踪原子。
碳11是由小型回旋加速器输出的高速质子轰击氮14获得，同时还产生另一粒子，试写出核反应方程。
若碳11的半衰期τ为20 min，经2.0 h剩余碳11的质量占原来的百分之几？(结果取2位有效数字)解析：核反应方程为14 7N ＋11H →11 6C ＋42He设碳11原有质量为m 0，经过t 1＝2.0 h 剩余的质量为m τ，根据半衰期定义有m τm 0＝(12)t 1τ＝(12)12020≈1.6%。
答案：14 7N ＋11H →11 6C ＋42He 1.6%2．防止放射性污染的防护措施有( )A ．将废弃的放射性物质进行深埋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：选ACD 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能力，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。
[例1]用人工方法得到放射性同位素，这是一个很重要的发现，天然的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。
放射性同位素在工业、农业、医疗卫生和科学研究的许多方面都得到广泛应用。
(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．放射线的贯穿作用B．放射线的电离作用C．放射线的物理、化学作用D．以上三个选项都不是(2)图是工厂利用放射线自动控制铝板厚度的装置示意图，如工厂生产的是厚度1 mm的铝板，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作________。
[解析](1)因放射线的电离作用，空气中与验电器所带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的铝板和几厘米厚的铅板，打在探测器上后其运动状态变化不大，探测器很难分辨，β射线也能穿透几毫米厚的铝板，铝板厚度不同，穿透后β射线中的电子运动状态变化较大，探测器容易分辨。
(3)把搀入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，从而可以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)示踪原子人工放射性同位素和天然放射性元素都具有放射性，且人工放射性同位素的放射强度容易控制，半衰期比天然放射性物质短得多，所以实际应用更广泛。
掌握三种射线的特性是解题的关键。
[例2]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，核反应堆有三道防护屏障：燃料包壳、压力壳和安全壳(见图甲)。
结合图乙可知，安全壳应当选用的材料是________。
(2)核反应堆中的核废料具有很强的放射性，目前常用的处理方法是将其装入特制的容器中，然后()A．沉入海底B．放至沙漠C．运到月球D．深埋地下(3)图丙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，结合图丙分析可知工作人员受到了________射线的辐射；当所有照相底片被感光时，工作人员受到了________射线的辐射。
[解析](1)反应堆最外层是厚厚的水泥防护层，防止射线外泄，所以安全壳应选用的材料是混凝土。
(2)D(3)β射线可穿透几毫米厚的铝片，而γ射线可透穿几厘米厚的铅板，所以两个空分别是：β射线和γ射线。
[答案](1)混凝土(2)D(3)βγ1．传统电脑的各个配件都能产生电磁辐射，并对人体造成伤害。
废弃的电脑设备变成“电脑垃圾”时，将对环境造成新的污染，因此生产厂商推出绿色电脑。
这里的“绿色电脑”是指()A．绿颜色的电脑B．价格低的电脑C．木壳的电脑D．低辐射、低噪声、健康环保的电脑解析：选D辐射、噪声对人体都能产生伤害，所以“绿色电脑”是指低辐射、低噪声、健康环保的电脑，D项正确。
2．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．含有3015P的磷肥释放正电子，可用作示踪原子，观察磷肥对植物的影响解析：选BD同位素有相同的质子数，所以选项A错误。
同位素有相同的化学性质，所以B正确。
半衰期与元素属于化合物和单质没有关系，所以用3015P 制成化合物后它的半衰期不变，即选项C错误。
含有3015P的磷肥由于衰变，可用作示踪原子，故正确答案为B、D。
3．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。
下列选项中，属于γ射线的应用的是()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行自动控制D．用γ射线照射草莓、荔枝等水果，可延长保存期解析：选ADγ射线的电离作用很弱，不能使空气电离成为导体，B错误；γ射线的穿透能力很强，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。
4．放射性同位素被用作示踪原子，主要是因为()A．放射性同位素不改变其化学性质B．放射性同位素的半衰期比天然放射性元素的半衰期短得多C．半衰期与元素所处的物理、化学状态无关D．放射性同位素容易制造解析：选ABC放射性同位素用作示踪原子，主要是用放射性同位素替代没有放射性的同位素参与正常的物理、化学、生物的过程，既要利用化学性质相同，也要利用衰变规律不受物理、化学变化的影响，同时还要考虑放射性废料容易处理等，因此选项A、B、C正确，D不正确。
5．关于放射性同位素的应用，下列说法中正确的是()A．利用γ射线使空气电离，把静电荷泄去B．利用α射线照射植物的种子，使产量显著增加C．利用β射线来治肺癌、食道癌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Dβ或α射线的电离本领较大，可以消除工业上有害的静电积累，A错误。
γ射线的穿透性强，可以辐射育种、辐射保鲜、消毒杀菌和医治肿瘤等，B、C错误。
放射性同位素跟它的非放射性同位素的化学性质相同，作示踪原子，D正确。
6．如图所示，x为未知放射源，它向右方发出射线，放射线首先通过一张黑纸P，并经过一个强电场区域后到达计数器，计数器上单位时间内记录到的射线粒子数是一定的，现将黑纸移开，计数器单位时间内记录的射线粒子数明显增加，然后再将强电场移开，计数器单位时间内记录的射线粒子数没有变化，则可以判定x可能为()A．α及γ放射源B．α及β放射源C．β及γ放射源D．γ放射源解析：选A此题要考查α射线、β射线、γ射线的穿透本领、电离本领大小。
黑纸P可以把α射线挡住，如果有β射线，那么在撤去电场后，显微镜内观察到荧光屏上每分钟闪烁的亮点数应该明显增加，而电场对γ射线没有影响，因此含有α射线和γ射线。
故正确答案为A。
7．在工业生产中，某些金属材料内部出现的裂痕是无法直接观察到的，如果不能够发现它们，可能会给生产带来极大的危害，自从发现放射线之后，则可以利用放射线进行探测，这是利用了()A．α射线产生的42He B．β射线的带电性质C．γ射线的贯穿本领D．放射性元素的示踪本领解析：选C放射性同位素的应用是沿着利用它的射线和作为示踪原子两个方向开展的，γ射线的贯穿本领较强，可以用来进行金属探伤。
