4　放射性的应用与防护教案范文

放射性的应用与防护

[学习目标]

1.知道放射线的粒子与其他物质作用时产生的现象，了解几种仪器的简单构造和基本原理．(难点)

2.知道什么是放射性同位素和人工放射性同位素．(重点)

3.知道核反应及其遵从的规律，会正确书写核反应方程．(重点)

4.了解放射性在生产和科学领域的应用．知道射线的危害及防护．(重点)

[先填空]

1．探测方法

(1)组成射线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)射线能使照相乳胶感光．

(3)射线能使荧光物质产生荧光．

2．探测仪器

(1)威耳逊云室：原理：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．

粒子径迹形状α粒子的径迹直而粗γ粒子的电离本领很小，在云室中一般看不到它的径迹探测射线的方法

β粒子的径迹比较细，而且常常弯曲

(2)气泡室：气泡室的原理同云室的原理类似，所不同的是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，使用方便．

②缺点：只能用来计数，不能区分射线的种类．

[再思考]

如何利用云室区别射线的种类？

【提示】

利用射线在云室中的径迹区别，直而粗的为α射线，细而长的为β射线．

[后判断]

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．(√)

[先填空]

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

1919年卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，产生了氮的一种同位素，同时产生一个质子．

41卢瑟福发现质子的核反应方程：14→17

7N＋2He―

8O＋1H．

核反应和放射线的应用与防护

遵循规律：质量数守恒，电荷数守恒．

2．人工放射性同位素

(1)放射性同位素的定义：有些同位素具有放射性，叫做放射性同位素．

(2)人工放射性同位素的发现：1934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. 271发现磷同位素的方程：4→302He＋13Al―15P＋0n．

3．放射性同位素的应用与防护

(1)应用射线

应用射线可以测厚度、医疗方面的放射治疗、照射种子培育优良品种等．

(2)示踪原子：有关生物大分子的结构及其功能的研究，要借助于示踪原子．

(3)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．

[再思考]

1．衰变和原子核的人工转变有什么不同？

【提示】

衰变是具有放射性的不稳定核自发进行的变化，原子核的人工转变是利用α粒子、质子、中子或γ光子轰击靶核发生的变化．所有的原子核都可能发生人工转变．

2．医学上做射线治疗用的放射性元素，使用一段时间后当射线强度降低到一定程度时就需要更换放射材料，原来的材料成为核废料，这些放射治疗选用的放射性元素的半衰期应该很长还是较短？为什么？

【提示】

应选用半衰期较短的．因为半衰期短的放射性废料容易处理．当然也不能选用太短的，否则就需要频繁更换放射原料了．

[后判断]

1．医学上利用射线进行放射治疗时，要控制好放射的剂量．(√) 2．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．(√) 3．同一种元素的放射性同位素具有相同的半衰期．(×)

预习完成后，请把你认为难以解决的问题记录在下面的表格中

问题1

问题2 问题3 问题4

学生分组探究一

探测射线的方法和仪器

第1步探究——分层设问，破解疑难

在威尔逊云室中如何判断放射线的性质和带电的正负？

【提示】

根据放射线在威尔逊云室中径迹的长短和粗细，可以知道粒子的性质，把云室放在磁场中，根据带电粒子运动径迹的弯曲方向，还可以知道粒子

所带电荷的正负．

第2步结论——自我总结，素能培养

1．三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粗．

(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，所以它在云室中的径迹比较细，而且速度减小后的轨迹常常弯曲．

(3)γ粒子的电离本领更小，在云室中一般看不到它的径迹．

2．不同探测方法的对比

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，而盖革－米勒计数器只能计数，不能区分射线的种类．

第3步例证——典例印证，思维深化

(多选)用盖革－米勒计数器测定放射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

【思路点拨】

解答本题时应注意以下两点：

(1)根据α射线、β射线的穿透能力确定射线的种类．

(2)由半衰期的定义求出该元素的半衰期．

【解析】

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．

【答案】

AC 第4步巧练——精选习题，落实强化

1．(多选)下列关于放射线的探测说法中正确的是(

) A．气泡室探测射线的原理与云室探测射线原理类似

B．由气泡室内射线径迹可以分析粒子的带电、动量、能量等情况

C．盖革－米勒计数器探测射线也是利用射线的电离本领

D．盖革－米勒计数器不仅能计数，还能用来分析射线的性质

【解析】

气泡室探侧射线原理与云室探测射线原理类似，不同的是气泡室中是在射线经过时产生气泡来显示射线径迹的，故选项A正确；由气泡室内径迹中气泡的多少及径迹在磁场中的弯曲方向等，可分析射线的带电、动量、能量等情况，故选项B正确；盖革－米勒计数器利用射线电离作用，产生电脉冲进而计数，所以选项C正确；由于对于不同射线产生的脉冲现象相同，因此计数器只能用来计数，不能分析射线的性质，所以选项D错误．

【答案】

ABC

图19-3-1 2．如图19-3-1是科学史上一张著名的实验照片，显示一个带电粒子在云室中穿过某种金属板运动的径迹，云室放置在匀强磁场中，磁场方向垂直照片向里．云室中横放的金属板对粒子的运动起阻碍作用．分析此径迹可知粒子(

)

A．带正电，由下向上运动

B．带正电，由上向下运动

C．带负电，由上向下运动

D．带负电，由下向上运动

【解析】

由图可以看出粒子在金属板上方的轨道半径比在金属板下方时mv小，由带电粒子在匀强磁场中运动的半径公式R＝qB可知粒子在金属板上方运动的速率小，所以粒子由下往上运动，B、C错误；磁场方向垂直照片向里，结合粒子运动方向，根据左手定则可知粒子带正电，A正确，D错误．

【答案】

A

学生分组探究二

原子核的人工转变和核反应方程

第1步探究——分层设问，破解疑难

1．原子核的衰变与核反应有何区别？

【提示】

衰变是自发的、不受物理条件和化学条件影响的一种核变化，而核反应是在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程，需要一定的装置和材料才能发生．

2．原子核的人工转变有怎样的意义？

【提示】

用α粒子、质子、中子甚至用γ光子轰击一些原子核，实现原子核的转变，可以研究原子核的结构，发现和制造新元素．

第2步结论——自我总结，素能培养

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：

1441→17

7N＋2He―

8O＋1H (2)1932年查德威克发现中子的核反应：

941→124Be＋2He―

6C＋0n 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：2712Al＋21300He―→30→3015P＋0n；15P―14Si＋1e. 4．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，它不受物理和化学条件的影响．

(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．

第3步例证——典例印证，思维深化

1993年，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，同时放出质子、中子．

202(3)生成的202

78Pt发生两次衰变，变成稳定的原子核汞

80Hg.写出上述核反应方程．

【解析】

根据质量数守恒、电荷数守恒，确定新生核的电荷数和质量数，然后写出核反应方程．如下：

191(1)94Be＋1H→5B＋0n.

12023(2)①204

80Hg＋0n→

78Pt＋2He.

120211②204

80Hg＋0n→

78Pt＋21H＋0n.

02022022020(3)202

78Pt→

79Au＋－1e，

79Au→

80Hg＋－1e.

【答案】

见解析

写核反应方程时应注意的问题：

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．核反应方程应以实验事实为基础，不能凭空杜撰．

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．

第4步巧练——精选习题，落实强化

21．原子核AZX与氘核1H反应生成一个α粒子和一个质子．由此可知(

) A．A＝2，Z＝1

B．A＝2，Z＝2 C．A＝3，Z＝3

D．A＝3，Z＝2 241【解析】

写出核反应方程：AZX＋1H→2He＋1H，由质量数守恒和电荷数守

恒，列方程A＋2＝4＋1，Z＋1＝2＋1，解得：A＝3，Z＝2，故答案为D.

【答案】

D 2．以下是物理学史上3个著名的核反应方程

7x＋3Li―→2y

y＋14→x＋17

7N―

8O 9y＋4Be―→z＋12

6C x、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

74【解析】

把前两个方程化简．消去x，即14→y＋17可见y是2He，

7N＋3Li―

8O，结合第三个方程，根据电荷数守恒、质量数守恒可知z是中子10n.因此选项C正确．

【答案】

C 学生分组探究三

放射性同位素的应用

第1步探究——分层设问，破解疑难

1．放射性同位素可以怎样获得？

【提示】

放射性同位素可以由天然放射性元素获得，也可以用人工方法获得．

2．人工放射性同位素有哪些优点？

【提示】

(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．

第2步结论——自我总结，素能培养

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，凡是用到射线时，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相同的化学性质，通过探测放射性同位素的射线确定其位置．

第3步例证——典例印证，思维深化

下列说法正确的是(

) 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，只是较少，经济上不划算

D．放射性元素被植物吸收，其放射性将发生改变

【思路点拨】

(1)放射性元素和它的同位素化学性质相同．

(2)放射性同位素含量容易控制，衰变周期也短．

【解析】

放射性元素与它的同位素的化学性质相同，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，植物生长是相同的，A错；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；放射性是原子核的本身性质，与元素的状态、组成等无关，D错．放射性同位素可作为示踪原子，故B正确．

【答案】

B 第4步巧练——精选习题，落实强化

1．关于放射性同位素的应用下列说法中正确的有(

) A．放射线改变了布料的性质使其不再因摩擦而生电，因此达到了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，其结果一定是成为更优秀的品种

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α射线的电离性，使空气分子电离成导体，将静电泄出，A错误；γ射线对人体细胞伤害太大，因此不能用来人体透视，在用于治疗肿瘤时要严格控制剂量，B错误，D正确；DNA变异并不一定都是有益的，C错误．

【答案】

D 2．(多选)近几年来，我国北京、上海、山东、洛阳、广州等地引进了十多台γ刀，治疗患者5 000余例，效果极好，成为治疗脑肿瘤的最佳仪器．令人感叹的是，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，因而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服务．γ刀治疗脑肿瘤主要是利用(

) A．γ射线具有很强的穿透能力

B．γ射线具有很强的电离作用

C．γ射线具有很高的能量

D．γ射线能很容易绕过阻碍物到达目的地

【解析】

γ刀就是γ射线，γ射线的特点是穿透能力强，γ射线波长短，光子的能量高，杀伤力强，应用γ刀治疗脑肿瘤就是利用其穿透能力强和杀伤力强．

【答案】

AC