4　放射性的应用与防护教学设计内容推荐

课时19.4

放射性的应用与防护

1.知道什么是核反应,会写人工转变的核反应方程。

2.知道什么是放射性同位素,了解人造和天然放射性物质的主要不同点。

3.了解放射性同位素在生产和科学领域的应用。

4.知道放射性污染及其对人类和自然产生的严重危害,了解防范放射性的措施,建立防范意识。

重点难点:人工转变的核反应方程及反应过程中遵循的规律。

教学建议:本节课内容属于常识性介绍知识。教学过程中建议先让学生阅读教材,然后讨论、总结放射性的各种应用和防护办法。讨论过程中,要让学生理清通过原子核的人工转变研究原子核结构(核反应)、发现和制造新元素的研究方法,了解人工放射性同位素和天然放射性同位素的区别,了解教材所列举的放射性的应用。最后在讨论的基础上,归纳出利用放射性同位素的两个主要途径:一是利用它的射线,二是作为示踪原子。有关放射性的污染问题,可让学生事先查阅有关放射性污染和防护的资料、信息,然后在课堂上讨论,丰富这方面的知识,激发学生学习的兴趣。

导入新课:衰变时原子核会自发变化,科学家还可以通过人工控制原子核的变化实现原子核的人工转变。通过原子核的人工转变不仅可以研究原子核的结构,还可以发现和制造新的元素。放射性元素放出的射线有利有弊。这节课,我们就来研究原子核的人工转变和放射性的利用和防护。

1.核反应

(1)原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程叫核反应。在核反应中①质量数守恒和②电荷数守恒。

(2)发现质子的核反应方程:③

N

He

O

H,发现者:④卢瑟福

。 2.人工放射性同位素

(1)放射性同位素:有些同位素具有放射性,叫作放射性同位素。放射性同位素有⑤天然和⑥人造两种,它们的⑦化学性质相同。

(2)人工放射性同位素的优点:放射强度⑧容易控制;形状容易控制;半衰期⑨短,废料⑩容易处理。

3.放射性同位素的应用

(1)利用射线来测量金属的(2)利用射线破坏厚度,实行生产的自动控制。

癌细胞。

变异,从而培育优良品种,还可以延长食物的保存期。

示踪原子”,用于生物研究。

(3)利用射线照射种子会使种子的遗传基因发生(4)放射性元素与其同位素具有相同的化学性质,放射性元素还可以做“

4.辐射与安全

安全剂量之内的辐射对人体位素时,必须严格遵守没有危害,过量的射线对人体组织有破坏作用,因此,在使用放射性同操作规程,同时要防止放射性物质对空气、水源、用具等的污染。

1.如何实现原子核的人工转变?它有何意义? 解答:用α粒子、质子、中子甚至光子去轰击一些原子核。人工转变可以制造人工放射性同位素,还可以发现和制造新元素。

2.人工放射性同位素与天然放射性同位素相比,主要的优点在哪里? 解答:放射强度容易控制;方便制作成各种所需形状;半衰期较短;废料容易处理。

3.放射性同位素主要有哪些方面的应用? 解答:放射性同位素主要应用:用射线测厚度;烟雾报警器;放射治疗;培育新品种;延长保质期;作为示踪原子:棉花对磷肥的吸收、甲状腺疾病的诊断。

主题1:核反应

情景:阅读教材中“核反应”内容,思考下面的问题。

问题:什么是核反应?核反应与衰变有何异同?书写核反应方程遵循什么原则? 解答:原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程叫核反应,也叫原子核的人工转变。用一些微观粒子,如质子、中子、α粒子甚至γ光子等,可使一些原子核实现转变。衰变是指原子核自发放出射线,变成新的原子核。核反应方程和衰变方程一样,也遵循两个守恒,质量数守恒和电荷数守恒。

知识链接:核反应也叫原子核的人工转变,可以通过核反应了解原子核的内部结构和粒子的本质及特点。

主题2:人工放射性同位素

情景:人工放射性同位素主要利用裂变反应堆和粒子加速器制备。通过反应堆制备有以下两个途径。①利用反应堆中产生的强中子流照射靶核,靶核俘获中子而成为放射性核;②利用中子引起重核裂变,从裂变产物中提取放射性同位素。用加速器制备的途径主要是带电粒子引起的核反应产生放射性核。利用反应堆生产的产量高、成本低,是人工放射性同位素的主要来源。用反应堆生产的是丰中子同位素,因此它们通常具有β-放射性。用加速器生产的则相反,往往是缺中子同位素,因而一般具有β+放射性,而且多数的半衰期短。在目前所知的大约2000种同位素中, 绝大多数是人工放射性同位素。它们在科学研究和生产实践中起着重要作用,如核电站的核燃料钚239和常用的医疗用γ放射源钴60。阅读教材中“人工放射性同位素”部分的内容,回答下列问题。

问题:什么是人工放射性同位素?它有何特点? 解答:有些同位素具有放射性,叫作放射性同位素。放射性同位素有天然和人造两种,它们的化学性质相同。用某种粒子轰击一些原子核,会生成自然界没有的、具有放射性的元素,这种元素就叫人工放射性同位素。例如,居里夫妇用α粒子轰击铝,得到人工放射性同位素磷 P,核反应方程是

Al

He→

P

n。

人工放射性同位素与天然放射性物质相比,具有的优点是放射强度容易控制;容易制成所需形状;半衰期短;废料容易处理。

知识链接:人工放射性同位素主要利用裂变反应堆和粒子加速器制备。利用反应堆生产的优点是产量高、成本低。

主题3:放射性同位素的应用

情景:阅读教材中“放射性同位素的应用”内容,思考下列问题。

问题:放射性同位素有哪些应用? 解答:放射性同位素主要应用有以下两点。

一是利用它的射线。例如,利用γ射线进行探伤,医疗上用于放疗,培育新品种,延长保质期,等等。

二是作为示踪原子。

知识链接:放射性同位素作为示踪原子具有灵敏度高、测量方法简便易行、能准确地定位等优点。

1.(考查核反应方程)完成下列核反应方程,指出核反应的类型。

N+

He→

O+ ,核反应类型:

。 U→ Th+

,核反应类型:

。 【解析】根据核反应方程遵循的原则——质量数守恒、电荷数守恒解题。

【答案】

H

人工转变

He

α衰变

2.(考查放射性同位素)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.人工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】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的危害,因此,选项A、B、C正确,选项D错误。

【答案】ABC 3.(考查人工放射性同位素的应用)关于放射性同位素的应用,下列说法中正确的是(

)。

A.示踪原子是利用了放射性同位素贯穿能力很强的性质

B.示踪原子是利用了放射性同位素放出的射线可被仪器探测到的特点

C.γ射线探伤利用了γ射线贯穿能力很强的性质

D.γ射线探伤利用了γ射线电离能力很强的性质

【解析】示踪原子是利用了放射性同位素放出的射线可被仪器探测到的特点,γ射线探伤是利用了γ射线的贯穿能力强的性质,正确选项为B、C。

【答案】BC 4.(考查示踪原子的应用)放射性同位素可作为示踪原子,例如,在医学上可以确定肿瘤的位置。今有四种不同的放射性同位素R、P、Q、S,它们的半衰期分别为半年、38天、15天和2天,则应选用的同位素是(

)。

A.S

B.Q

C.P

D.R

【解析】作为示踪原子的放射性同位素,应该有稳定的放射性,半衰期越长,放射性越稳定;但放射性对人体有危害,半衰期越长,对人体的危害越大,检查结束,放出的射线量越少越好。因此应选择半衰期较短、衰变稍快的放射性元素作示踪原子,用2天的就可以了。

【答案】A

拓展一:核反应

1.核反应方程

N

关于这个方程,下列说法正确的是(

)。

He

O

H是发现质子的核反应方程。 A.这个核反应方程是人类首次实现的原子核的人工转变

B.完成这个核反应方程实验的科学家是卢瑟福

C.这个核反应方程利用了放射源放出的β射线

D.这个核反应方程利用了放射源放出的α射线

【分析】卢瑟福用α粒子进行了大量的研究,并于1919年用α粒子轰击氮核时发现了质子。

【解析】1911年,卢瑟福利用放射源放出的α射线轰击氮原子核,产生了氧17和一个新发现的粒子——质子,这是人类首次实现的原子核的人工转变。故正确选项是A、B、D。

【答案】ABD 【点拨】记住发现质子的科学家和核反应方程,掌握核反应方程遵循的两个守恒:质量数守恒和电荷数守恒。

2.图示为云室内用α粒子轰击氮核生成一个新核放出一个质子的示意图,则发生核反应前α粒子的径迹是

,核反应后生成的新核是

,新核的径迹是

,质子的径迹是

,核反应方程是

。 【解析】本题考查α粒子轰击氮核生成一个氧核并放出一个质子的实验。

b是核反应前α粒子的径迹;a是核反应后生成的新核的径迹,新核是氧核;c是质子的径迹。核反应方程是:

N+

He→

O+

H。

【答案】b 氧核

a c

N+

He→

O+

H 拓展二:核反应中的动能与动量

3.一静止的硼核(

B)吸收一个慢中子(速度可忽略)后,转变成锂核(

Li)并发出一个粒子。已知该粒子的动能为1.8 MeV,求锂核的动能。

【分析】应先确定核反应方程,即可确定各个粒子间的质量关系。另外,核反应过程系统的动量守恒。

【解析】核反应方程:

B+

n→

设

Li

He,发生核反应时动量守恒。α粒子和锂核的质量、速度、动能分别为:m1,m2;v1,v2;Ek1,Ek2

则有m1v1=m2v2

所以Ek2=m2

=

=Ek1=×1.8 MeV=1.03 MeV。

【答案】1.03 MeV

【点拨】动量守恒是宏观、微观均适用的定律。

核反应

质量数守恒

电荷数守恒

发现中子

➝

人工放射性同位素

人工放射性同位素的优点放射性的应用与防护

利用射线

放射性同位素的应用

作示踪原子

辐射与安全