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4.3　讓射線造福人類 學 習 目 標 知 識 脈 絡 1.了解放射性粒子與其他物質(zhì)作用時產(chǎn)生的一些現(xiàn)象. 2.知道什么是核反應，會寫出人工轉變方程.(重點、難點) 3.了解探測射線的儀器和方法.(重點) 4.知道什么是放射性同位素.(重點) 5.了解放射性在生產(chǎn)和科學領域的應用，知道放射性污染及其對人類和自然產(chǎn)生的嚴重危害，了解防范放射性物質(zhì)的措施，建立防范意識.(重點) 人工放射性元素的發(fā)現(xiàn)　探測射線的儀器和方法 [先填空] 1.人工放射性元素的發(fā)現(xiàn) (1)人工放射性的發(fā)現(xiàn) 約里奧—居里夫婦用α粒子轟擊鋁箔時，意外地探測到了正電子.停止轟擊后，仍能測到正電子，物質(zhì)放射正電子的性能也隨時間衰減，有一定的半衰期. (2)核反應方程 He＋Al→P＋n P→Si＋e P有放射性，衰變時放出正電子. 2.探測射線的儀器和方法 (1)計數(shù)器 計數(shù)器結構示意圖 圖431 計數(shù)器的主要部分是計數(shù)管，結構如圖431所示.外面是玻璃管，里面有一個接在電源負極上的導電圓筒，中間有一根接電源正極的鎢絲，里面充入低壓惰性氣體，工作時在兩極間加上的電壓略低于管內(nèi)氣體的擊穿電壓.當射線進入管內(nèi)時，會使氣體電離，產(chǎn)生的電子和正離子在強電場中加速，再與氣體分子碰撞.又使氣體電離，產(chǎn)生電子……這樣，一個粒子進入玻璃管內(nèi)就會產(chǎn)生大量的電子，這些電子到達陽極，就形成一次瞬間導電，電路中形成一個脈沖電流，電子儀器把這次脈沖記錄下來. (2)云室：粒子在云室內(nèi)氣體中飛過，使沿途的氣體分子電離，過飽和酒精蒸氣就會以這些離子為核心凝結成霧滴，于是顯示出射線的徑跡. (3)乳膠照相 利用高速運動的帶電粒子能使照相底片感光的特性，可以直接用照相膠片來得到粒子的徑跡. [再判斷] 1.云室和氣泡室都是應用射線的穿透能力研究射線的軌跡.() 2.計數(shù)器既可以統(tǒng)計粒子的數(shù)量，也可以區(qū)分射線的種類.() 3.衰變和原子核的人工轉變均滿足質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒.(√) [后思考] 在云室中如何判斷放射線的性質(zhì)和帶電的正負？ 【提示】　根據(jù)放射線在云室中徑跡的長短和粗細，可以知道粒子的性質(zhì)，把云室放在磁場中，根據(jù)帶電粒子運動徑跡的彎曲方向，還可以知道粒子所帶電荷的正負. [核心點擊] 1.原子核人工轉變的三大發(fā)現(xiàn) (1)1919年盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應： N＋He→O＋H (2)1932年查德威克發(fā)現(xiàn)中子的核反應： Be＋He→C＋n (3)1934年約里奧—居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素和正電子的核反應：Al＋He→P＋n；P→Si＋e. 2.人工轉變核反應與衰變的比較 (1)不同點：原子核的人工轉變是一種核反應，是其他粒子與原子核相碰撞的結果，需要一定的裝置和條件才能發(fā)生，而衰變是原子核的自發(fā)變化，它不受物理和化學條件的影響. (2)相同點：人工轉變與衰變過程一樣，在發(fā)生過程中質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)都守恒，反應前后粒子總動量守恒. 3.三種射線在云室中的徑跡比較 (1)α粒子的質(zhì)量比較大，在氣體中飛行時不易改變方向.由于它的電離本領大，沿途產(chǎn)生的離子多，所以它在云室中的徑跡直而粗. (2)β粒子的質(zhì)量小，跟氣體碰撞時容易改變方向，并且電離本領小，沿途產(chǎn)生的離子少，所以它在云室中的徑跡比較細，而且速度減小后的軌跡常常彎曲. (3)γ粒子的電離本領更小，在云室中一般看不到它的徑跡. 4.不同探測方法的對比 云室是依據(jù)徑跡探測射線的性質(zhì)和種類，而計數(shù)器只能計數(shù)，不能區(qū)分射線的種類. 1.在云室中，關于放射源產(chǎn)生的射線徑跡，下列說法中正確的是(　　) A.由于γ射線的能量大，容易顯示其徑跡 B.γ射線的電離本領很小，在云室中一般看不到它的徑跡 C.由于β粒子的速度大，其徑跡細而且長 D.由于α粒子的速度小，不易顯示其徑跡 E.由于α粒子的電離作用強，其徑跡直而粗 【解析】　在云室中顯示粒子徑跡是由于引起氣體電離，電離作用強的α粒子容易顯示其徑跡，因質(zhì)量較大，飛行時不易改變方向，所以徑跡直而粗，故只有B、C、E正確. 【答案】　BCE 2.利用云室探測射線時能觀察到細長而彎曲的徑跡，則可知是________射線射入云室中，觀察到的是射線粒子在運動路徑上的________. 【解析】　α射線質(zhì)量較大，在氣體中飛行時不易改變方向，在云室中的徑跡直而粗，β射線質(zhì)量較小，在云室中的徑跡細而彎曲，因此觀察到云室中細長而彎曲的徑跡是β射線的徑跡，射線粒子的運動肉眼是觀察不到的，觀察到的是酒精的過飽和蒸氣在射線粒子運動路徑上形成的霧滴. 【答案】　β　酒精霧滴 3.用計數(shù)器測定放射源的放射強度為每分鐘405次，若將一張厚紙板放在計數(shù)器與放射源之間，計數(shù)器幾乎測不到射線.10天后再次測量，測得該放射源的放射強度為每分鐘101次，則該放射性元素的半衰期是________天，放出的射線是________射線. 【解析】　因厚紙板能擋住這種射線，可知這種射線是穿透能力最差的α射線；因放射性元素原子核個數(shù)與單位時間內(nèi)衰變的次數(shù)成正比，10天后測出放射強度為原來的四分之一，說明10天后放射性元素的原子核個數(shù)只有原來的四分之一，由半衰期公式知，已經(jīng)過了兩個半衰期，故半衰期是5天. 【答案】　5　α 三種射線肉眼都看不見，探測射線的方法都是利用它們和其他物質(zhì)發(fā)生作用時產(chǎn)生的現(xiàn)象，來顯示射線的存在. 射線的應用　放射性污染及防護 [先填空] 1.射線的應用 (1)作為射線源 利用γ射線的穿透能力強的特點，可以檢查物體工件內(nèi)部有無砂眼或裂縫. 利用透過物體的射線的強度跟物體的密度和厚度有關，可以檢查產(chǎn)品的厚度，密封容器中液面的高度等； 利用射線的生物效應，可以消滅害蟲、殺菌消毒、治療癌癥.儲藏肉類、水產(chǎn)、谷物和水果等.利用射線的化學效應，可以制造各種塑料或改善塑料性能. (2)作為示蹤原子 利用放射性同位素放出的射線，可以掌握它的蹤跡，研究它所經(jīng)歷的變化，作這種用途的放射性同位素通常叫做示蹤原子. 2.放射性污染及其防護 人類一直生活在放射性的環(huán)境中，過強的輻射，會對生物體造成危害.要防止放射性物質(zhì)對空氣、水源和食品的污染. [再判斷] 1.利用放射性同位素放出的γ射線可以給金屬探傷.(√) 2.用放射性同位素代替非放射性的同位素來制成各種化合物做“示蹤原子”.(√) 3.醫(yī)療照射是利用放射性，對人和環(huán)境沒有影響.() 4.密封保存放射性物質(zhì)是常用的防護方法.(√) [后思考] 1.醫(yī)學上做射線治療用的放射性元素，使用一段時間后當射線強度降低到一定程度時就需要更換放射材料，原來的材料成為核廢料，這些放射治療選用的放射性元素的半衰期應該很長還是較短？為什么？ 【提示】　應選用半衰期較短的.因為半衰期短的放射性廢料容易處理.當然也不能選用太短的，否則就需要頻繁更換放射原料了. 2.放射性污染危害很大，放射性穿透力很強，是否無法防護？ 【提示】　放射線危害很難防護，但是通過屏蔽、隔離等措施可以進行有效防護，但防護的有效手段是提高防范意識. [核心點擊] 1.放射性同位素的分類 可分為天然放射性同位素和人工放射性同位素兩種，天然放射性同位素不過40多種，而人工放射性同位素已達1 000多種，每種元素都有自己的放射性同位素. 2.人工放射性同位素的優(yōu)點 (1)放射強度容易控制； (2)可以制成各種所需的形狀； (3)半衰期比天然放射性物質(zhì)短得多，放射性廢料容易處理.因此，凡是用到射線時，用的都是人工放射性同位素. 3.放射性同位素的主要應用 (1)利用它的射線. ①工業(yè)部門使用射線測厚度——利用γ射線的穿透特性； ②農(nóng)業(yè)應用——γ射線使種子的遺傳基因發(fā)生變異，殺死使食物腐敗的細菌，抑制蔬菜發(fā)芽，延長保存期等； ③醫(yī)療上——利用γ射線的高能量治療癌癥. (2)作為示蹤原子：放射性同位素與非放射性同位素有相同的化學性質(zhì)，通過探測放射性同位素的射線確定其位置. 4.下列哪些應用是把放射性同位素作為示蹤原子 (　　) A.γ射線探傷儀 B.利用含有放射性碘131的油，檢測地下輸油管的漏油情況 C.利用鈷60治療腫瘤等疾病 D.把含有放射性元素的肥料施給農(nóng)作物，用檢測放射性的辦法確定放射性元素在農(nóng)作物內(nèi)轉移和分布情況，找出合理施肥的規(guī)律 E.給人注射碘的放射性同位素碘131，然后定時用探測器測量甲狀腺及鄰近組織的放射強度，幫助診斷甲狀腺的疾病 【解析】　A是利用了γ射線的穿透性；C利用了γ射線的生物作用；B、D、E是利用示蹤原子. 【答案】　BDE 5.關于放射性同位素的應用下列說法中正確的有(　　) A.放射線改變了布料的性質(zhì)使其不再因摩擦而生電，因此達到了消除有害靜電的目的 B.利用γ射線的貫穿性可以為金屬探傷 C.用放射線照射作物種子能使其DNA發(fā)生變異，其結果一定是成為更優(yōu)秀的品種 D.用γ射線治療腫瘤時一定要嚴格控制劑量，以免對人體正常組織造成太大的傷害 E.不能利用γ射線進行人體透視 【解析】　利用放射線消除有害靜電是利用α射線的電離性，使空氣分子電離成導體，將靜電泄出，A錯誤；γ射線對人體細胞傷害太大，因此不能用來人體透視，在用于治療腫瘤時要嚴格控制劑量，B、D、E正確；DNA變異并不一定都是有益的，C錯誤. 【答案】　BDE 放射性同位素的兩類應用 (1)利用它的射線：α射線的電離作用，γ射線的貫穿本領和生物作用，β射線的貫穿本領. (2)作為示蹤原子：多數(shù)情況下用β射線，因為γ射線難以探測到.