3　探测射线的方法优秀公开课教案

第三节

探测射线的方法

第四节

放射性的应用与防护

学

习

目

标

※

※

※

知

识

导

图

理解原子核的人工转变及人工放射性同位素

了解探测射线的仪器和方法

了解放射性的应用和防护

知识点1

探测射线的基本方法

探测射线的原理

利用射线粒子与其他物质作用时产生的一些现象来探知放射线的存在。

(1)粒子使气体或液体电离，以这些离子为核心，过饱和汽会产生__云雾__，过热液体会产生__气泡__。

(2)使照相底片__感光__。

(3)使荧光物质产生__荧光__。

知识点2

几种常用的探测器

1．威尔逊云室

(1)结构见教材。

(2)工作原理：粒子从室内气体中飞过，就会使沿途的气体分子__电离__产生离子，过饱和汽便以这些离子为核心凝成__一条雾滴__，于是显示出射线的径迹。

根据径迹的长短和粗细，可以知道粒子的__性质__；把云室放在磁场中，从带电粒子运动轨迹的弯曲方向，还可以知道粒子所带电荷的__正负__。

2．气泡室

(1)原理：当高能粒子穿过室内__过热__液体时，形成一串__气泡__而显示粒子行迹。

(2)作用：可以分析粒子的带电、动量、能量等情况。

3．盖革—米勒计数器

(1)结构见课本

(2)原理：

当某种射线粒子进入管内时，它使管内的气体__电离__，产生的电子在电场中被加速，能量0越来越大，电子跟管中的气体分子__碰撞__时，又使气体分子电离，产生__电子__……这样，一个射线粒子进入管中后可以产生大量__电子__。这些电子到达阳极，阳离子到达阴极，在外电路中就产生一次脉冲放电，利用电子仪器可以把放电__次数__记录下来。

(3)特点：检测射线十分方便，但只能用来__计数__，不能区分射线的种类。此外如果同时有大量粒子或两个粒子射来的间隔时间小于200μs

G－M计数器也不能区分它们。

知识点3

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，称为核反应。

2．原子核的人工转变

(1)1919年，卢瑟福第一次实现了原子核的人工转变并发现了质子，核反应方程是

1441→__17

7N＋2He―

8O__＋1H。

(2)查德威克发现了中子，核反应方程是

941→__12

6C__＋0n。

4Be＋2He―3．遵循规律

__质量数__守恒，__电荷数__守恒。

知识点4

人工放射性同位素的应用与防护

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

30(1)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。

2730(2)发现磷同位素的方程：4→__15P＋12He＋13Al―0n__。

3．放射性同位素的应用

(1)利用射线：利用α射线具有很强的__电离__作用，消除有害__静电__；利用γ射线很强的__贯穿__本领，工业用来__探伤__。

(2)作示踪原子：同位素具有相同的__化学__性质，可用放射性同位素代替非放射性同位素做__示踪__原子。

4．放射性的污染和防护

(1)放射性污染

过量的放射会对__环境__造成污染，对人类和自然界产生__破坏__作用。

(2)防护

辐射防护的基本方法有__时间__防护、距离、__屏蔽__防护。要防止放射性物质对__水源__、__空气__、用具、__工作场所__的污染，要防止射线__过多__地__长时间__照射人体。

预习反馈

『判一判』

(1)威尔逊云室可以显示α粒子和β粒子的径迹。(√) (2)G-M计数器非常灵敏，不仅可以计数，还可以区分射线的种类。(×) (3)在核反应中，质量数守恒，电荷数守恒。(√) (4)放射性同位素3015P，即可以通过核反应人工获得，也可以从自然界中获得。(×) (5)利用γ射线照射种子，可以培育出优良品种。(√) (6)任何放射性物质都可以作为示踪原子使用。(×) 『选一选』

以下是物理学史上3个著名的核反应方程

71417912x＋3Li→2y

y＋

7N→x＋

8O

y＋4Be→z＋

6C x、y和z是3种不同的粒子，其中z是(

C

) A．α粒子

C．中子

B．质子

D．电子

解析：设x、y、z的电荷数分别为Zx、Zy、Zz，质量数分别为Ax、Ay、Az。由前两个核反应方程中的电荷数守恒，Zx＋3＝2Zy，Zy＋7＝Zx＋8，可得Zy＝2；质量数守恒Ax＋7＝2Ay，Ay＋14＝Ax＋17，可得Ay＝4；由第三个核反应方程中的电荷数守恒2＋4＝Zz＋6，得Zz＝0，质量数守恒4＋9＝Az＋12，Az＝1。即z是电荷数为零，质量数为1的粒子，也就是中子，C正确。

『想一想』

放射性同位素的放射强度易于控制，它的半衰期比天然放射性物质短得多，因此在生产和科学领域得以广泛的应用。

(1)能用α射线来测量金属板的厚度吗？

(2)γ射线照射食品延长保存期的原理是什么？

提示：(1)不能

(2)用γ射线照射食品可以杀死使食物腐败的细菌，抑制蔬菜发芽，延长保存期。

探究一

探测射线的方法和仪器

思考讨论Si kao tao lun

1 下图为α粒子和β粒子在威尔逊云室中的径迹示意图。

(1)如何根据径迹的情况，分析判断粒子的性质？

(2)如何判断粒子所带电荷的正负？

提示：(1)α粒子质量比较大，在气体中飞行时不易改变方向，轨迹为直线；β粒子质量小，原气体碰撞易改变方向，故轨迹常常弯曲。

(2)根据轨迹的弯曲方向来判断带电的性质。

归纳总结Gui na zong jie

1．威尔逊云室

原理：实验时先往云室里加入少量的酒精，使室内充满酒精的饱和蒸气，然后使活塞迅速向下运动，室内气体由于迅速膨胀，温度降低，酒精蒸气达到过饱和状态。这时让射线粒子从室内的气体中飞过，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，这些雾滴沿射线经过的路线排列，于是就显示出了射线的径迹，可用照相机拍摄下其运动的径迹进行观察分析。

2．气泡室

(1)原理：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，控制气泡室内液体的温度和压强，使室内温度略低于液体的沸点。当气泡室内压强突然降低时，液体的沸点变低，使液体过热，此时让射线粒子射入室内，粒子周围就有气泡形成。用照相机拍摄出径迹照片，根据照片上记录的情况，可以分析粒子的性质。

(2)气泡室和云室的比较：气泡室的工作原理与云室相类似，云室内装有气体，而气泡室内装的是液体。相同之处在于都可以形成射线粒子的运动径迹，通过研究径迹，研究射线的性质。

3．盖革——米勒计数器

(1)原理：在金属丝和圆筒间加上一定的电压，这个电压稍低于管内气体的电离电压，当某种射线粒子进入管内时，它使管内的气体电离，产生电子……这样，一个射线粒子进入管中后可以产生大量电子，这些电子到达阳极，正离子到达阴极，在外电路中产生一次脉冲

放电，利用电子仪器可以把放电次数记录下来。

(2)优缺点

优点：放大倍数很大，非常灵敏，用它检测射线十分方便。

缺点：a.不同射线产生的脉冲现象相同，只能用来计数，不能区分射线种类。b.如果同时有大量粒子或两个粒子射来的时间间隔小于200μs，则计数器不能区分它们。

特别提醒：(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200μs的两个粒子。

典例剖析Dian li pou xi

典例1

(多选)下列关于放射线的探测说法正确的是(

AC

) A．气泡室探测射线的原理与云室探测射线的原理类似

B．由气泡室内射线径迹不能分析粒子的带电、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性质

解题指导：认真阅读教材，掌握探测三种射线的方法与实验原理。

解析：气泡室探测射线原理与云室类似，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A选项正确；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B选项不正确；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C选项正确；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，不能区分射线的种类，所以D选项错误。,

〔对点训练1〕

现代建筑使用的花岗岩石材和家庭装修使用的花岗岩板材中也存在不同程度的放射性，某同学要测定附近建筑材料厂生产的花岗岩板材的放射性辐射是否超标，他选用哪种仪器较好(

C

) A．威耳逊云室

C．盖革—米勒计数器

B．气泡室

D．以上三种效果都很好

解析：花岗岩板材的放射性都比较弱，用云室、气泡室很难测出，而计数器非常灵敏，用它检测射线十分方便。

探究二

原子核的人工转变和核反应方程

思考讨论Si kao tao lun

2 如图所示为α粒子轰击氮原子核示意图。

(1)充入氮气前荧光屏上看不到闪光，充入氮气后荧光屏上看到了闪光，说明了什么问题？

(2)原子核的人工转变与原子核的衰变有什么相同规律？

提示：(1)产生了新粒子

(2)质量数与电荷数都守恒，动量守恒

归纳总结Gui na zong jie

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：

94121→

4Be＋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：27→3013Al＋2He―15P＋1300→300n；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。

特别提醒：(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。

典例剖析Dian li pou xi

典例2

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；

202(2)用快中子轰击汞204

80Hg，反应过程可能有三种：①生成

78Pt，放出氦原子核；②生成

20220278Pt，放出质子和中子；③生成的

78Pt发生两次衰变，变成稳定的原子核汞202

80Hg，写出上述核反应方程。

解题指导：此题只要严格按照写核反应方程的原则进行，一般是不会出错的，写核反应方程的原则是：(1)质量数守恒和电荷数守恒；(2)中间用箭头，不能写成等号。因两端仅仅是质量数守恒，没有体现质量相等；也不能仅画一横线，因箭头的方向还表示反应进行的方向；(3)能量守恒，但中学阶段不作要求；(4)核反应必须是实验能够发生的，不能毫无根据地写未经实验证实的核反应方程。

解析：根据质量数守恒和电荷数守恒，算出新生核的电荷数和质量数，然后写出上述核反应方程如下：

191(1)9→5B＋0n 4Be＋1H―12023(2)①204→

80Hg＋0n―78Pt＋2He 120211②204→

80Hg＋0n―78Pt＋21H＋0n 0③202→202

78Pt―

79Au＋－1e

0202202→

79Au―80Hg＋－1e,

〔对点训练2〕

(江西九江一中2015～2016学年高二下学期期中)下面列出的是一些核309210447反应方程：3015P→14Si＋X，4Be＋1H→

5B＋Y，2He＋2He→3Li＋Z。其中(

A

) A．X是正电子，Y是中子，Z是质子

B．X是质子，Y是中子，Z是正电子

C．X是正电子，Y是质子，Z是中子

D．X是中子，Y是正电子，Z是质子

解析：根据电荷数守恒、质量数守恒，知X的电荷数为1，质量数为0，为正电子，Y的电荷数为0，质量数为1，为中子，Z的电荷数为1，质量数为1，为质子，故A正确，B、C、D错误。

探究三

放射性的应用及防护

思考讨论Si kao tao lun

3 射线在人们心里是一个恶魔，谈核色变，怎样进行有效的防护呢？

提示：其实射线并不可怕，可怕的是无知，只要熟知各种射线的特点，就可以避开射线对我们的危害，如图所示，从图中你可能有所体会。

归纳总结Gui na zong jie

1．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)人工放射性同位素的优势

①放射强度容易控制

②可制成各种所需的形状

③半衰期短，废料易处理

(3)放射性同位素的主要应用

①利用它的射线

a．利用放出的γ射线检查金属部件是否存在砂眼、裂痕等，即利用γ射线进行探伤。

b．利用放射线的贯穿本领与物质的厚度和密度的关系，可用它来检查各种产品的厚度和密封容器中的液体的高度等，从而实现自动控制。

c．利用放射线使空气电离而把空气变成导电气体，以除去化纤、纺织品上的静电。

d．用射线照射植物，引起植物的变异，也可以利用它杀菌、治病等。

②做示踪原子

把放射性同位素原子通过物理或化学反应的方式掺到其他物质中，然后用探测仪进行追踪，这种使物质带有“放射性标记”的放射性同位素原子就是示踪原子。例如：

a．在农业生产中，探测农作物在不同的季节对元素的需求。

b．在工业上，检查输油管道上的漏油位置。

c．在生物医疗上，可以检查人体对某元素的吸收情况，也可以帮助确定肿瘤的部位和

范围。

2．放射性的污染与防护

污染

与防护

举例与

措施

核爆炸

说明

核爆炸的最初几秒钟辐射出来的主要是强烈的γ射线与中子流

核工业生产和核科学研究中使用放射性原材料，一旦泄漏就会造成严重污染

医疗中如果放射线的剂量过大，也会导致病人受到损害，甚至造成病人的死亡

把放射源密封在特殊的包壳里，或者用特殊的方法覆盖，以防止射线泄漏

距放射源越远，人体吸收的剂量就越少，受到的危害就越轻

尽量减少受辐射的时间

在放射源与人体之间加屏蔽物能起到防护作用。铅的屏蔽作用最好

污染

核泄漏

医疗照射

密封防护

距离防护

时间防护

屏蔽防护

典例剖析Dian li pou xi

防护

典例3

下列说法正确的是(

B

) 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

解题指导：掌握放射性同位素在我们日常生产、生活中的应用是解题关键。

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错误；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错误；放射性是原子核的本身性质，与元素的状态、组成等无关，D错误。放射性同位素可作为示踪原子，故B正确。,

〔对点训练3〕

(山东省高密市2017～2018学年高二下学期质检)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。下表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天

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(

C

) A．钋210

C．锶90

B．氡222 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半衰期太小，铀238半衰期太长，所以只有锶90较合适。

放射线在云室中的径迹

案例

英国物理学家布拉凯特在充氮的云室中做α粒子轰击氮核的实验。在如图所示的云室照片中，正确的是(

B

)

171解析：首先在α粒子(42He)、反冲核(

8O)和质子(1H)这三种粒子中，反冲核的电离能力最强，穿透能力最弱——径迹短而粗；质子的电离能力最弱，穿透能力最强——径迹细而长。

另外，在α粒子轰击氡核的过程中，系统动量守恒，即pα＝pO＋pH。因此，反冲核与质子的运动方向不可能在同一直线上。

1．(山西省吕梁2016～2017学年高三模拟)如图是带电粒子在气泡室中运动径迹的照片及其中某条径迹的放大图。匀强磁场与带电粒子的运动径迹垂直，A、B、C是该条径迹上

的三点。若该粒子在运动过程中质量和电荷量保持不变，不断克服阻力做功，则关于此径迹下列说法正确的是(

A

)

A．粒子由A经B向C运动

B．粒子由C经B向A运动

C．粒子一定带正电，磁场方向垂直纸面向里

D．粒子一定带负电，磁场方向垂直纸面向外

解析：据题意，带电粒子沿垂直于磁场方向射入匀强磁场，粒子的动能逐渐减小，速度mv减小，则由公式r＝得知，粒子的轨迹半径逐渐减小，由图看出，粒子的运动方向是从AqB经B向C运动，故A正确，B错误；因磁场方向未知，故粒子电性无法确定，C、D错误。

2．(青岛市部分重点中学2016～2017学年高二联考)在下列四个核反应方程中，X1、X2、X3和X4各代表某种粒子：

4114417①31H＋X1→2He＋0n

②

7N＋2He→

8O＋X2

41224427③94Be＋2He→

6C＋X3

④12Mg＋2He→13Al＋X4

以下判断中正确的是(

D

) A．X1是质子

C．X3是电子

B．X2是中子

D．X4是质子

21解析：由质量数和电荷数守恒可知：X1是1H(氘核)；X2是11H(质子)；X3是0n(中子)；X4是11H(质子)；故选项D正确。

3．(北京市临川育人学校2017～2018学年高二下学期期中)某实验室工作人员用初速度1v0＝2.7×107m/s的α粒子轰击静止的氮原子核147N，产生了质子1H。若某次碰撞可看作对心正碰，碰后新核与质子同方向运动，运动方向垂直磁场方向，通过分析偏转半径可得出新核与质子的速度大小之比为1：20，已知质子的质量为m。

(1)写出核反应方程；

(2)求出质子的速度。

141717答案：(1)42He＋7N→

8O＋1H

(2)5.8×10m/s 解析：(1)根据电荷数守恒、质量数守恒得

4141712He＋7N→8O＋1H；

(2)设α粒子、新核的质量分别为4m、17m，质子的速度为v，对心正碰，由动量守恒v定律得：4mv0＝17m·＋mv

20

解得：v＝5.8×107m/s。

基础夯实

一、选择题(1～4题为单选题，5、6题为多选题) 1．下列关于盖革—米勒计数器的说法错误的是(

B

) A．射线的电离作用使计数器计数

B．α射线的电离作用强，而γ射线电离作用弱，故计数器只能记录α粒子

C．无论是α、β、γ射线都能用计数器计数

D．计数器不能区分时间间隔小于200μs的两个粒子

解析：根据盖革—米勒计数器的计数原理可知，当射线进入管内时，它使管内气体电离，产生的电子在电场中加速到达阳极，正离子到达阴极，产生脉冲放电，使计数器计数。选项A、C正确，B错误；两个射来的粒子如果时间间隔小于200μs，计数器不能区分，故选项D正确。

2．关于国际通用的放射性标志，下列说法错误的是(

A

) A．国际通用的放射性标志是毒性标志的骷髅

B．国际通用的放射性标志是以黄色圆形为背景的黑色的圆形中心和三个黑色叶瓣的图形

C．有此项标志的地方是有放射性危险的地方

D．没有特别的极其特殊的需要要远离有国际通用的放射性标志的地方

解析：国际通用的放射性标志如图所示。

161a03．用中子轰击氧原子核的核反应方程式

8O＋0n→7N＋bX，对式中X、a、b的判断正

确的是(

C

)

A．X代表中子，a＝17，b＝1 B．X代表正电子，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 解析：根据质量数、电荷数守恒可知a＝17，b＝8＋0－7＝1，因此X可表示为01e，为正电子，故C项正确。

4．关于放射性同位素的应用，下列说法正确的是(

D

)

A．利用γ射线使空气电离，把静电荷导走

B．利用β射线照射植物的种子，使产量显著增加

C．利用α射线来治疗肺癌、食道癌等疾病

D．利用放射性同位素跟它的非放射性同位素的化学性质相同，作为示踪原子

解析：γ射线的电离作用很弱，应利用α射线的电离作用，A错误；γ射线对生物具有物理化学作用，照射种子可使基因变异，可用于放射性治疗，β射线不具有生物作用，B、C错误；同位素的核外电子数相同，化学性质相同，放射性同位素带有“放射性标记”，可用探测器探测到，D正确。

5．关于威耳逊云室探测射线，下列说法正确的是(

AB

) A．威耳逊云室内充满过饱和蒸气，射线经过时可显示出射线运动的径迹

B．威耳逊云室中径迹直而粗的是α射线

C．威耳逊云室中径迹细而弯曲的是γ射线

D．威耳逊云室中显示粒子径迹的原因是电离，所以无法由径迹判断射线所带电荷的正负

解析：云室内充满过饱和蒸气，射线经过时把气体电离，过饱和蒸气以离子为核心凝结成雾滴，雾滴沿射线的路径排列，显示出射线的径迹，故A正确；由于α粒子的电离本领大贯穿本领小，故α粒子在云室中的径迹直而粗，即B正确；γ射线的电离本领很弱，所以在云室中一般看不到它的径迹，而细而弯曲的是β射线，所以C错误；把云室放到磁场中，由射线径迹的弯曲方向就可以判断射线所带电荷的正负，故D错误。

6．以色列对加沙地带的哈马斯组织发动了代号为“铸铅”的军事打击行动，轰炸了加沙的大型工程设施，据报道，以色列在为期20多天的以巴军事战争中使用了白磷弹和贫铀弹。其中贫铀弹是从金属铀中提炼铀235以后的副产品，其主要成分是铀238。贫铀炸弹贯穿力是常规炸弹的9倍，杀伤力极大而且残留物可长期危害环境，下列关于其残留物长期危害环境的理由正确的是(

AD

) A．爆炸后的弹片存在放射性，对环境产生长期危害

B．爆炸后的弹片不会对人体产生危害，对环境产生长期危害

C．铀238的衰变速度很快

D．铀的半衰期很长

解析：天然放射现象周期很长，会对环境和生物造成长期的影响，故A、D正确，B、C错误。

二、非选择题

7．过量的放射性会对环境造成污染，对人类和自然界产生破坏作用。

(1)1945年美国向日本的广岛和长崎投了两枚原子弹，当日炸死了二十万人。另有无数的平民受到辐射后患有各种疾病，使无辜的平民痛不欲生。

(2)1986年前苏联切尔诺贝尔利核电站的泄露造成了大量人员的伤亡，至今大片土地仍是生物活动的禁区。

(3)美国在近几年的两次地区冲突(海湾地区、科索沃地区)中大量使用了含有放射性的炸弹，使许多人患有莫名其妙的疾病。

如何对放射线进行有效的防护？

答案：应该避免接触有放射性的材料，远离放射源，使用放射性材料时要选用半衰期短的，核电站核反应堆外层用厚厚的水泥防护层防止放射线外泄，用过的核废料要放在厚金属箱内，深埋在深海等。

能力提升

一、选择题(1题为单选题，2、3题为多选题) 1．(江西南昌二中2015～2016学年高二下学期期中)下列说法正确的是(

B

) 239239A．研制核武器的钚239(

94Pu)由铀239(

92U)经过4次β衰变而产生

9121B．发现中子的核反应方程是4Be＋42He→

6C＋0n 238C．20g的

92U经过两个半衰期后其质量变为15g 94140D．238

92U在中子轰击下，生成38Sr和

54Xe的核反应前后，原子核的核子总数减少

239解析：经过β衰变电荷数多1，质量数不变，所以钚239(239

94Pu)由铀239(

92U)经过2次4121β衰变而产生，A错误；发现中子的核反应方程是94Be＋2He→

6C＋0n，B正确；根据公式m

1t238＝m0()知，20g的

92U经过两个半衰期后其质量变为5g，C错误；核反应前后，原子核的2T核子总数守恒，D错误。

2．(新疆农业大学附中2015～2016学年高二下学期期中)某实验室工作人员，用初速度23为v0＝0.09c(c为真空中的光速)的α粒子，轰击静止在匀强磁场中的钠原子核11Na，产生了质子。若某次碰撞可看做对心正碰，碰后新核的运动方向与α粒子的初速度方向相同，质子的运动方向与新核运动方向相反，它们在垂直于磁场的平面内分别做匀速圆周运动。通过分析轨迹半径，可得出新核与质子的速度大小之比为1∶10，已知质子质量为m。则(

AC

) 23261A．该核反应方程是42He＋11Na→12Mg＋1H 4261B．该核反应方程是2He＋2311Na→12Mg＋0n C．质子的速度约为0.225c

D．质子的速度为0.09c

解析：新原子核的质量数：m＝23＋4－1＝26，核电荷数：z＝11＋2－1＝12 23261核反应方程：42He＋11Na→12Mg＋1H。故A正确，B错误；质子质量为m，α粒子、新核的质量分别为4m、26m，设质子的速度为v，对心正碰，选取α粒子运动的方向为正方向，则由动量守恒得：

v4mv0＝26m－mv

10

解出v＝0.225c，故C正确，D错误。

3．正电子发射型计算机断层显像(PET)的基本原理是：将放射性同位素15

8O注入人体，15

8O在人体内衰变放出的正电子与人体内的负电子相遇湮灭转化为一对γ光子，被探测器采集后，经计算机处理生成清晰图象。则根据PET原理判断下列表述正确的是(

ABC

) 15150A．15

8O在人体内衰变方程是

8O→

7N＋1e 0B．正、负电子湮灭方程是01e＋－1e→2γ

C．在PET中，15

8O主要用途是作为示踪原子

D．在PET中，15

8O主要用途是参与人体的新陈代谢

解析：由题意知，A、B正确；显像的原理是采集γ光子，即注入人体内的15

8O衰变放15出正电子和人体内的负电子湮灭转化为γ光子，因此

故C正8O主要用途是作为示踪原子，确，D错误。

二、非选择题

4．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

4A．10→13

5B＋2He―

7N＋(

) 121B．9→

4Be＋(

)―6C＋0n 1C．27→2713Al＋(

)―12Mg＋1H 4D．14→17

7N＋2He―

8O＋(

) 238E.

→234

90Th＋(

) 92U―1F.23→2411Na＋(

)―11Na＋1H 4G.27→113Al＋2He―0n＋(

) 30→3015P―14Si＋(

) 104131解析：A．

→

5B＋2He―7N＋0n 41B．9→12

6C＋0n此核反应使查德威克首次发现了中子。

4Be＋2He―127C．27→12Mg＋113Al＋0n―1H 41D．14→17

7N＋2He―

8O＋1H此核反应是卢瑟福首次发现了质子。

2384E.

→234

90Th＋2He 92U―21F.23→2411Na＋1H―11Na＋1H 430300G.27→1→30此核反应使约里13Al＋2He―0n＋15P(磷30放射性同位素)，15P―14Si＋1e(正电子)，奥·居里夫妇首次发现了正电子。

5．同位素这个概念是1913年英国科学家索迪(1877～1956)提出的。许多元素都存在同位素现象，在目前已发现的114种元素中，稳定同位素约300多种，而放射性同位素达1500种以上，而且大多数是人工制造的。

(1)中国科学院近代物理研究所的科学家利用兰州重离子加速器在重质量半中子区首次234234制得镤元素的一种同位素(234Pa)。已知

→234Pa(镤)＋－0Pa原子核里90Th(钍)―1e(电子)，则

的中子数应为__143__。

(2)1934年，科学家在用α粒子轰击铝箔时，除探测到预料中的中子外，还探测到了正电子，更意外的是拿走α放射源后，铝箔虽不再发射中子，但仍继续发射正电子，而且这种放射性随时间衰减规律跟天然放射性一样，也有一定的半衰期。

27①写出α粒子轰击铝箔(13Al)产生中子的核反应方程式，并请写出核反应和一般化学反应的不同点(请答3点)。

②上述产生的具有放射性的同位素叫放射性同位素，写出其产生正电子的核反应方程式。

4303030答案：(2)27→15P＋1→14Si＋＋013Al＋2He―0n；15P―1e

解析：(1)由方程两边的质量数和电荷数相同，可知234－91＝143。

234Pa中质子数为91，则中子数为43030(2)①②铝核被α粒子击中后产生中子的反应为27→15P＋113Al＋2He―0n；15P是磷的一种同30位素，也有放射性，像天然放射性元素一样发生衰变，衰变时放出正电子，该反应为：→3015P―14Si＋＋01e，核反应和一般化学反应的不同点：核反应是原子层次上的变化，而化学反应是分

子层次上的变化(或核反应前后元素发生变化，化学反应前后则元素种类不变)；一种同位素不论处于何种状态，它们的核反应性质是相同的，而它们的化学性质是不同的；同一元素的不同同位素，它们的化学性质是相同的，但它们的核反应性质是不同的。