3　探测射线的方法教学设计与反思

第三节探测射线的方法

一、探测射线的方法┄┄┄┄┄┄┄┄①

1．探知射线存在的依据

(1)放射线中的粒子会使气体或液体电离，以这些离子为核心，过饱和的蒸气会产生雾滴，过热液体会产生气泡。

(2)放射线中的粒子会使照相乳胶感光。

(3)放射线中的粒子会使荧光物质产生荧光。

2．探测射线的仪器

(1)威耳逊云室

α粒子的径迹直而清晰；高速β粒子的径迹又细又直，低速β粒子的径迹又短又粗而且是弯曲的；γ粒子的电离本领很小，在云室中一般看不到它的径迹。

(2)气泡室

粒子通过液体时，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

G-M计数器非常灵敏，用它检测射线十分方便。但是不同的射线在盖革—米勒计数器中产生的脉冲现象相同，因此只能用来计数，不能区分射线的种类。

[说明] 1．探测原理方面：探测原理都是利用射线中的粒子与其他物质作用时产生的现象，来显示射线的存在。

2．G-M计数器区分粒子方面：G-M计数器不能区分时间间隔小于200 μs的两个粒子。

①[判一判] 1．放射性的观察往往通过射线粒子和其他物质的作用来间接地观察(√) 2．气泡室内液体的温度要略高于液体的凝固点(×) 3．盖革—米勒计数器既灵敏又能区分射线的种类(×) 二、核反应和放射性同位素的应用┄┄┄┄┄┄┄┄②

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

①1919年卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，产生了氧的一种同位素，同时产生一个质子；

4171②卢瑟福发现质子的核反应方程：

147N＋2He→

8O＋1H。

(3)遵循规律：质量数守恒，电荷数守恒。

2．放射性同位素的应用与防护

(1)定义：有些同位素具有放射性，叫做放射性同位素。

(2)发现

①1934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；

27301②发现磷同位素的方程：42He＋13Al→15P＋0n。

(3)应用与防护

①应用：应用放射性同位素的射线和作为示踪原子；

②防护：在使用放射性同位素时，必须严格遵守操作规程，注意人身安全，同时要防止放射性物质对空气、水源、用具等的污染。

[注意] 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，只能用单箭头表示反应方向。

2．核反应过程和衰变现象都遵循电荷数和质量数守恒。质量数守恒不是质量守恒，核反应过程中一般会发生质量的变化。

②[选一选] 1[多选]铝箔被α粒子轰击后发生了以下核反应：2713Al＋42He→X＋0n。下列判断正确的是(

) A.10n是质子

B.10n是中子

C．X是Si的同位素

D．X是P的同位素

解析：选BD

根据原子核的表示方法可知

10n为中子，A错误，B正确；根据电荷数和质量数守恒，X的电荷数为15，质量数为30，而Si的电荷数为14，P的电荷数为15，所以X是P的同位素，C错误，D正确。

1.人工转变核反应的条件

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．人工转变核反应的实质

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个发现

4171(1)卢瑟福发现质子：14

7N＋2He→

8O＋1H。

9121(2)查德威克发现中子：4Be＋42He→

6C＋0n。

(3)约里奥—居里夫妇发现放射性同位素和正电子：

0274301303013Al＋2He→15P＋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、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。

[典型例题] 例1.(2018·广州高二检测)在下列四个核反应方程中，X1、X2、X3和X4各代表某种粒子：

41①31H＋X1→2He＋0n 417②14

7N＋2He→

8O＋X2

412③94Be＋2He→

6C＋X3

427④2412Mg＋2He→13Al＋X4

以下判断正确的是(

) A．X1是质子

B．X2是中子

C．X3是电子

D．X4是质子

2[解析]

由质量数和电荷数守恒可知：X1是

1H(氘核)；X2是

1X3是

11H(质子)；0n(中子)；X4是

11H(质子)；故选项D正确。

[答案]

D [点评]

书写核反应方程的原则

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．核反应必须是能够实际发生的。

[即时巩固] 121．[多选]用α粒子轰击铍核(94Be)，生成一个碳核(

6C)和一个粒子，则该粒子(

) A．带正电，能在磁场中发生偏转

B．在任意方向的磁场中都不会发生偏转

C．电离本领特别强，是原子核的组成部分之一

D．由卢瑟福预言，查德威克发现

9121解析：选BD

核反应方程为42He＋4Be→

6C＋0n，这种粒子是中子，故B、D正确。

1.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。

2．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，抵制蔬菜发芽，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。

[典型例题] 例2.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。表中列出了一些放射性元素的半衰期和可供利用的射线。

元素

钋210

氡222

锶90

铀238

射线

α

β

β

α、β、γ

半衰期

138天

3.8天

28年

4.5×109年

某塑料公司生产聚乙烯薄膜，方法是让厚的聚乙烯膜通过轧辊把聚乙烯膜轧薄，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(

) A．钋210

B．氡222

C．锶90

D．铀238 [解析]

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 半衰期太短，铀238半衰期太长，所以只有锶90较合适，C正确。

[答案]

C [点评]

放射性技术应用问题

放射性同位素在生产、科技和医疗等方面有很多的应用。解答这类问题要弄清以下两个方面：

1．弄清各种射线的特性，确定应用射线的哪种特性，如穿透本领、电离本领等。

2．对于半衰期不同的放射性元素，要根据实际需要来确定半衰期的长短，半衰期太长或太短都不适用。

[即时巩固] 2．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：选D

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，将静电消除，A错误；γ射线对人体细胞伤害太大，因此不能用来进行人体透视，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。

1．关于气泡室，下列说法错误的是(

) A．气泡室里装的是液体

B．气泡室的工作原理是，刚开始压强很大，以后压强突然降低，液体沸点变低，粒子通过液体时在它的周围有气泡生成

C．气泡室的原理同云室相似

D．粒子在气泡室中的径迹可用来分析带电粒子动能等情况，不能用来分析动量

解析：选D

根据气泡室的工作原理可知A、B、C选项正确；把气泡室放在磁场中，粒子在洛伦兹力的作用下径迹为曲线，根据照片可分析粒子的带电情况、动量和能量，故D选项错误。

2．(2018·襄阳四中期中)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

解析：选A

用14C标记C60来查明元素的行踪，发现可以通过断裂DNA抑制艾滋病病毒的繁殖，因此14C的用途是示踪原子，故选项A正确。

3．[多选](2018·海口实验中学期中)关于放射性同位素的一些应用，下列说法正确的是(

) 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．利用射线改良农作物的品种是因为射线可使DNA发生变异

D．在研究农作物合理施肥中是以放射性同位素作为示踪原子

解析：选BCD

消除静电是利用射线的电离作用使空气电离，A错误；探测机器部件内部的砂眼或裂纹和改良农作物品种分别是利用它的穿透作用和射线可使DNA发生变异的性质，B、C正确；在研究农作物合理施肥中是利用放射性同位素作为示踪原子，D正确。

4．[多选](2018·邯郸一中期末)下列应用中把放射性同位素作为示踪原子的是(

) A．射线探伤仪

B．利用含有放射性131

53I的油，检测地下输油管的漏油情况

C．利用6027Co治疗肿瘤等疾病

D．把含有放射性元素的肥料施给农作物，用以检测确定农作物吸收养分的规律

解析：选BD

射线探伤仪利用了射线的穿透能力，选项A不符合题意；利用含有放射60性131

53I的油，可以记录油的运动踪迹，进而检查管道的漏油情况，选项B符合题意；利用27Co治疗肿瘤等疾病，利用了射线的穿透能力和高能量，选项C不符合题意；把含有放射性元素的肥料施给农作物，可以记录放射性元素的踪迹，用以检测确定农作物吸收养分的规律，选项D符合题意。

5．用中子轰击6529Cu核时，产生镍的放射性同位素，其质量数为65，写出人工制造镍的核反应方程，所产生的放射性镍要发生β衰变，写出镍发生β衰变的核衰变方程。

解析：中子轰击铜核的核反应方程为

16565A0n＋29Cu→28Ni＋ZX 根据质量数守恒和电荷数守恒知1＋65＝65＋A

0＋29＝28＋Z

得A＝1，Z＝1，则X为H。

65651核反应方程为10n＋29Cu→28Ni＋1H。

同理可得镍发生β衰变的核衰变方程：

0656528Ni→29Cu＋－1e。

1651答案：0n＋6529Cu→28Ni＋1H

0656528Ni→29Cu＋－1e