4　放射性的应用与防护教学实录与评析

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放射性的应用与防护

[目标定位]

1.了解探测射线的几种方法，熟悉探测射线的几种仪器.2.知道什么是放射性同位素和人工放射性同位素.3.了解放射性在生产和科学领域的应用.4.知道核反应及其遵从的规律，会正确书写核反应方程．

一、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．遵循规律：质量数守恒，电荷数守恒．

3．原子核的人工转变

1919年卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，产生了氧的一种同位素，同时产生了一个质子，核反应方程：4141→

172He＋

7N―8O＋1H，第一次实现了原子核的人工转变．

二、人工放射性同位素

1．有些同位素具有放射性，叫放射性同位素．

3042．1934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15P.方程2He＋27→3013Al―15P＋10n. 想一想

医学上做射线治疗用的放射性元素，应用半衰期长的还是短的？为什么？

答案

半衰期短的．因为半衰期短的放射性废料容易处理．

三、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探伤，也可以用γ射线照射种子，会使种子的遗传基因发生变异，从而培育出新品种．

2．农业上利用3015P作为示踪原子来研究农作物对磷肥的吸收情况．

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．

想一想

原子核的人工转变与放射性元素的衰变有何区别？

答案

原子核的人工转变是指在其他粒子轰击下变成新核的过程，放射性元素的衰变是指核自动转化为新核的过程．

一、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：

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 274130(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：→30→3013Al＋2He―15P＋0n；15P―14Si＋0＋1e. 4．人工转变核反应与衰变的比较

(1)不同点：人工转变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．

例2

完成下列各核反应方程，并指出哪个核反应是首次发现质子、中子和正电子的．

4(1)10→13

5B＋2He―

7N＋(

) 1(2)9→

124Be＋(

)―6C＋0n 1(3)27→2713Al＋(

)―12Mg＋1H 4(4)14→

17

7N＋2He―8O＋(

) 24(5)23→11Na＋111Na＋(

)―1H 430(6)27→1→3013Al＋2He―0n＋(

)；15P―14Si＋(

) 41答案

(1)10n

(2)2He

(3)0n 2300(4)11H

(5)1H

(6)15P，＋1e

41解析

(1)10→13

5B＋2He―

7N＋0n

41(2)9→

124Be＋2He―6C＋0n

此核反应使查德威克首次发现了中子．

127(3)27→12Mg＋113Al＋0n―1H

41(4)14→

17

7N＋2He―8O＋1H

此核反应使卢瑟福首次发现了质子．

224(5)23→11Na＋111Na＋1H―1H

430(6)27→113Al＋2He―0n＋15P；

030→3015P―14Si＋＋1e(正电子)

此核反应使约里奥—居里夫妇首次发现了正电子．

借题发挥

书写核反应方程四条重要原则

(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)能量守恒(中学阶段不做要求)；

(4)核反应必须是实验中能够发生的．

针对训练

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＋

126C 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

二、放射性同位素及其应用

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．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．

3．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，杀死腐败细菌、抑制发芽等．

(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．

例3

下列哪些应用是把放射性同位素作为示踪原子的(

) A．γ射线探伤仪

B．利用含有放射性碘131的油，检测地下输油管的漏油情况

C．利用钴60治疗肿瘤等疾病

D．把含有放射性元素的肥料施给农作物，用检测放射性的办法确定放射性元素在农作物内转移和分布情况，找出合理施肥的规律

核反应方程

1．下列核反应或核衰变方程中，符号“X”表示中子的是(

) 4A.9→

124Be＋2He―6C＋X 4B.

14→177N＋2He―

8O＋X 11C.

204→

20280Hg＋0n―78Pt＋21H＋X D.

239→23992U―

93Np＋X 2．[2013·新课标35(1)]一质子束入射到静止靶核2713Al上，产生如下核反应：

P＋27→X＋n式中P代表质子，n代表中子，X代表核反应产生的新核．由反应式可知，新核X13Al―的质子数为________，中子数为________．

放射性同位素的应用

3．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多种，而今天人工制造的放射性同位素已达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得到了广泛的应用．

(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

图19－3、4－1 (2)图19－3、4－1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为1毫米的铝板，在α、β、γ三种射线中，你认为对铝板的厚度控制起主要作用的是________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的结晶是同一种物质，为此曾采用放射性同位素14C做________．

．

(时间：60分钟) 1．下列关于放射线的探测说法错误的是(

) 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的原理中也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种类

答案

D 2.

图19－3、4－2 用α粒子照射充氮的云室，摄得如图19－3、4－2所示的照片，下列说法中正确的是(

) A．A是α粒子的径迹，B是质子的径迹，C是新核的径迹

B．B是α粒子的径迹，A是质子的径迹，C是新核的径迹

C．C是α粒子的径迹，A是质子的径迹，B是新核的径迹

D．B是α粒子的径迹，C是质子的径迹，A是新核的径迹

3．医学界通过14C标记的C60发现一种C60的羧酸衍生物，在特定条件下可以通过断裂DNA抑制艾滋病病毒的繁殖，则14C的用途是(

) A．示踪原子

B．电离作用

C．催化作用

D．贯穿作用

304．有关放射性同位素15P的下列说法，正确的是(

) 30A.3015P与14X互为同位素

30B.15P与其同位素有相同的化学性质

30C．用15P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

5．近几年，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，半个小时内完成手术，无须住院，因而γ刀被誉为“神刀”．据报道，我国自己研究的旋式γ刀性能更好，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射线具有很强的贯穿本领

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射线能很容易地绕过阻碍物到达目的地

6．目前，在居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装修材料，这些岩石都不同程度地含有放射性元素，比如，有些含有铀、钍的花岗岩等岩石会释放出放射性惰性气体氡，而氡会发生放射性衰变，放出α、β、γ射线，这些射线会导致细胞发生癌变及呼吸道等方面的疾病．根据有关放射性知识可知，下列说法正确的是(

) A．氡的半衰期为3.8天，若取4个氡原子核，经7.6天后就一定剩下一个原子核了

B．β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子和电子所产生的

C．γ射线一般伴随着α或β射线产生，在这三种射线中，γ射线的穿透能力最强，电离能力也最强

D．发生α衰变时，生成核与原来的原子核相比，中子数减少了4 题组二

核反应方程

7．在下列四个核反应方程中，X1、X2、X3和X4各代表某种粒子

1144①3→4→

171H＋X1―2He＋0n

②

7N＋2He―8O＋X2

4244③9→12→274Be＋2He―

6C＋X3

④12Mg＋2He―13Al＋X4

则以下判断中正确的是(

)

A．X1是质子

B．X2是中子

C．X3是电子

D．X4是质子

1a08．用中子轰击氧原子核的核反应方程式为16对式中X、a、b的判断正确的是(

)

8O＋0n→7N＋bX，A．X代表中子，a＝17，b＝1 B．X代表电子，a＝17，b＝－1 C．X代表正电子，a＝17，b＝1 D．X代表质子，a＝17，b＝1

9．一个质子以1.0×107 m/s的速度撞一个静止的铝原子核后被俘获，铝原子核变成硅原子核．已知铝原子核的质量是质子的27倍，硅原子核的质量是质子的28倍，则下列判断正确的是(

) 1A．核反应方程为27→2813Al＋1H―14Si 128B．核反应方程为27→14Si 13Al＋0n―C．硅原子核速度的数量级为107 m/s，方向跟质子的初速度方向一致

D．硅原子核速度的数量级为105 m/s，方向跟质子的初速度方向一致

20610．(2013·上海，21)放射性元素210

84Po衰变为

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

9F，________．

题组三

综合应用

11．将威耳逊云室置于磁场中，一个静止在磁场中的放射性同位素原子核3015P，放出一个正电子后变成原子核3014Si，如图所示能近似反映正电子和Si核轨迹的是(

)

6012．1956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27Co的衰变来验证，其0核反应方程是60→A27Co―ZNi＋－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．

(1)在上述衰变方程中，衰变产物AZNi的质量数A是________，核电荷数Z是________．

0(2)在衰变前6027Co核静止，根据云室照片可以看出，衰变产物Ni和－1e的运动径迹不在一条直线上，

如果认为衰变产物只有Ni和－01e，那么衰变过程将违背________守恒定律．

(3)6027Co是典型的γ放射源，可用于作物诱变育种．我国应用该方法培育出了许多农作物新品种，如棉花高产品种“鲁棉1号”，年种植面积曾达到3 000多万亩，在我国自己培育的棉花品种中栽培面积最大．γ射线处理作物后主要引起________，从而产生可遗传的变异．

13．1934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430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：27→15P＋113Al＋2He―0n，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30我们知道原子核内只有中子和质子，那么正β15P放出正电子的衰变称为正β衰变，衰变中的正电子从何而来？