4　放射性的应用与防护

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,=,新课标物理选修,3-5=,：,第十九章：,原子核,zxxk,19.4,放射性的应用与防护,问题情景：,为了使水果、蔬菜或其它的食物能存放的时间长一些，能在长时间保持新鲜，你有什么办法？,辐射方法处理粮食,导入新课,三种射线在磁场中的运动轨迹不同,射线,的实质就是高速运动的氦核流,射线,的实质就是高速运动的电子流。,射线,是一种电磁波。,知识回顾,1,、,衰变,用衰变方程式来表示：,238,92,U,234,90,Th+,4,2,He,2,、,衰变,用衰变方程式来表示：,1,0,n,1,1,H,0,-1,e,3,、,衰变方程式遵守的规律,：,（,1,）质量数守恒,（,2,）核电荷数守恒,知识回顾,本节课我们要学习核反应的另一种形式：,人工转变,以及,人工转变产生的放射性同位素的应用和核辐射的防护,。,引入,前面已经学习了核反应的一种形式：,衰变,。,衰变,是原子核的,自发,变化，科学家更希望,人工控制,原子核的变化。,一、核反应,卢瑟福在实验中发现，往容器中通入氮气后，在荧光屏上出现了闪光，用,粒子击中氮核而使该核发生变化,放出氧,17,。卢瑟福通过人工方法实现了原子核的转变，,人类第一次打开了原子核的大门,。,射线,铝箔,荧光屏,氮气,显微镜,一、核反应,1,、卢瑟福用,粒子,轰击,氮核,，生成,质子,和,氧,17,.,第一次实现了原子核的人工转变。,一、核反应,核反应：,原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程。,用,粒子、质子、中子等去轰击其它元素的原子核，也都产生类似的转变，并产生质子，说明质子是各种原子核里都有的成分，质子是人类继电子、光子后发现的第三个基本粒子。,核反应中,质量数,与,电荷数,守恒,核反应是,原子核的变化,，化学,反应是,核外电子的变化,一、核反应,为了认定新粒子，把新粒子引进电场和磁场，测出了它的,质量和电量,，确认与氢核相同：,带有一个单位的正电量，质量是电子质量的,1800,多倍。,卢瑟福把它叫做质子质子的符号是,p,1930,年，德国科学家,玻特,和,贝克,用,粒子轰击,元素 铍核，发现铍核没射出质子，而放出了一种新的射线（铍辐射）这种射线几乎不能使气体电离，在电场和磁场中也不发生偏转，是不带电的，,射线的贯穿能力强，他们认为这是,射线,经检测，射线的能量在,10,eV,左右，,远大于天然放射物质衰变时发出的,射线的能量,材料,中子的发现,1931,年，,约里奥夫妇,重复了玻特和贝克的实验，并用这种,未知射线（铍辐射）,去轰击石蜡,。结果竟从中打出能量约,5.7 MeV,的质子这是异常惊人的新发现，因为其行为完全不同于,射线，,射线只能打出电子而打不出质子，,光子的质量近乎，电子也很轻，光子撞击电子，使它动起来是合乎常理的，但质子质量是电子的,1800,倍，一颗子弹怎么能撞动一辆汽车呢？如果认为轰击石蜡的射线是,射线，那么光子的能量应达,55 MeV,，这与实际测得的射线能量,10 MeV,相去甚远可惜的是，他们,擦肩而过，无缘相识,。面对,55eV,与,10eV,的矛盾 ，他们还是十分,牵强地解释为其它的原因,，并于,1932,年月,11,日向巴黎科学院提交了实验情况和对未知射线判定为,射线的结论。,材料,中子的发现,1932,年月底，,查得威克,得到这一论文，约里奥夫妇的实验使他心跳，他认为约里奥夫妇的结论肯定有误，违反能量守恒啊！,他敏感到这很可能是导师卢瑟福预言、自己苦苦寻找了,12,年的中子,。,他决定,用云室的方法,探测射线的速度和质量。,材料,中子的发现,他先测出射线的速度不到光速的十分之一，排除了是,射线的可能，又用弹性碰撞动量守恒的方法测出不带电粒子的质量与质子质量差不多。他还确定这不带电的粒子不可能是由质子和电子组合而成，只能是另一种新的独立粒子，他称之为中子。就这样，仅用了十天时间，成功地证实了这种中性射线就是中子流。他当之无愧地成为,“,中子之父,”,，并因此获,1935,年诺贝尔物理奖。,中子的发现，有重大的意义：,中子不带电，用它去轰击原子核，不受库仑力的影响，,是研究原子核的强有力的,“,炮弹,”,。,在此以前，可供研究用的,“,炮弹,”,只有天然放射元素发出的,、,、,三种射线，,中子流则是穿透本领更大，轰击原子核更有效的,“,炮弹,”,，,人们用它轰击各种原子核，获得了许多人工放射性同位素，,用它轰开铀核，实现了原子能的利用,。,用,粒子、质子、中子等去轰击其它元素的原子核，也都产生类似的转变。,在核反应中，,质量数和电荷数,都守恒。,2,、查德威克用,粒子,轰击,铍核,发现,中子,n,：,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，,-,核反应,2,、规律：,在核反应中，质量数和电荷数都守恒,3,、两个人工核转变方程,一、核反应小结,（,1,）发现质子的核反应方程,卢瑟福,（,2,）发现中子的核反应方程,查德威克,二、人工放射性同位素,材料,居里夫妇发现放射性同位素和,正电子,1934,年，约里奥,居里和伊丽芙,居里在用粒子轰击铝箔时，除探测到预料中的中子外，还,探测到了正电子,，正电子的质量跟电子相同，所带电荷与电子相反，为一个单位的正电荷，更意外的是，拿走放射源后，铝箔虽不再发射中子，但仍继续发射正电子，而且这种放射性也有一定的半衰期原来，铝核被粒子击中后发生了下面的反应：,1934,年，约里奥,居里夫妇 发现,粒子轰击的铝片中含有放射性磷 ：,反应生成物,P,是磷的一种同位素，自然界没有天然的 ，它是通过核反应生成的,人工放射性同位素,。,有些同位素具有放射性，叫做,放射性同位素,.,二、人工放射性同位素,人工转变与衰变的比较,相同点：,在发生过程中,质量数,和,电荷数,都守恒；反应前后粒子,总动量守恒,不同点：,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,衰变是原子核,自发,的变化，不受物理化学条件的影响,1,、放射性同位素,天然存在的放射性元素只有四十几种,，但用,人工方法,得到的放射性性同位素有,一千多种,，因而放射性同位素有着广泛的用途。由于同位素的核电荷数相同，所以化学性质相同。,天然放射性同位素,人工放射性同位素,二、人工放射性同位素,与天然的放射性物质相比，人工放射性同位素有以下特点：,1,、放射强度容易控制,2,、可以制成各种需要的形状,3,、半衰期更短,4,、,放射性废料容易处理,二、人工放射性同位素,三、放射性同位素的应用,（,1,）利用它的射线,A,、由于,射线贯穿本领强，可以用来,射线检查金属内部有没有砂眼或裂纹，所用的设备叫,射线探伤仪,B,、利用射线的穿透本领与物质厚度密度的关系，来检查各种产品的厚度和密封容器中液体的高度等，从而,实现自动控制。,C,、利用射线使空气电离而把空气变成导电气体，以,消除化纤、纺织品上的静电。,D,、利用射线照射植物，引起植物变异而,培育良种,，也可以利用它,杀菌、治病,等,三、放射性同位素的应用,（,1,）利用它的射线,A,、由于,射线贯穿本领强，可以用来,射线检查金属内部有没有砂眼或裂纹，所用的设备叫,射线探伤仪,射线探伤仪,三、放射性同位素的应用,70cm,厚的金属,B,、利用射线的穿透本领与物质厚度密度的关系，来,检查各种产品的厚度和密封容器中液体的高度等,，从而实现自动控制,放射线测厚仪,三、放射性同位素的应用,C,、利用钴,60,的,射线治疗癌症（放疗）,射线对癌细胞的破坏比对健康细胞的更快,三、放射性同位素的应用,D,、食物保鲜（延缓发芽，生长，长期保存）,三、放射性同位素的应用,被不同剂量,射线照射后的马铃薯,8,个月后的,情况，左上方的马铃薯没经过,射线照射，右下,方的被,射线照射的剂量最大，左下方保存最好的,马铃薯被,射线照射的剂量适中。,E,、利用射线使空气电离而把空气变成导电气体，以消除化纤、纺织品上的静电,三、放射性同位素的应用,粮食保存,食品保鲜,棉花育种,三、放射性同位素的应用,“,鲁棉一号”就是山东省棉花研究所的科技人员应用放射性同位素钴,-60,放出的伽玛射线处理棉花杂交的后代育成的,棉花在结桃、开花的时候需要较多的磷肥，利用,磷的放射性同位素,制成肥料喷在棉花叶面上，被植物吸收，然后每隔一定时间用探测器,测量,棉株各部位的放射性强度，就可知道什么时候磷的吸收率最高、磷在作物体内能存留多长时间、磷在作物体内的分布情况等，,（,2,）作为示踪原子：,工业、农业及生物研究,三、放射性同位素的应用,人体甲状腺的工作需要碘碘被吸收后会聚集在甲状腺内给人注射碘的放射性同位素碘,131,，然后定时用探测器测量甲状腺及邻近组织的放射强度，,有助于诊断甲状腺的器质性和功能性疾病,用碘,-131,诊断甲状腺,示踪原子,三、放射性同位素的应用,放射性的应用,1,、射线应用,2,、示踪原子,探伤仪,培育新种,保存食物,消除有害静电,消灭害虫,治疗恶性肿瘤,农作物检测,诊断器质性和功能性疾病,生物大分子结构及功能研究,三、放射性同位素的应用,四、辐射与安全,原子弹爆炸、核电站泄露会产生严重的污染,.,在利用放射性同位素给病人做“放疗”时，如果放射性的剂量过大，皮肤和肉就会溃烂不愈，导致病人因放射性损害而死去。,有些矿石中含有过量的放射性物质，如果不注意也会对人体造成巨大的危害。,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,四、辐射与安全,35,辐射的防护,其基本方法有：,（,1,）距离防护,-,就是要尽可能远离射线源；,(2),时间防护,-,就是要尽量减少可能受到照射的时间；,(3),屏蔽防护,-,就是在射线源的周围设置能够吸收或阻挡射线的屏蔽物体，以尽可能减弱射线的强度与能量,.,(4),仪器监测,-,要配置适当的剂量测量设备，加强对环境的监测，特别是加强对核电站等有放射源的区域周边环境的监控,.,四、辐射与安全,20,世纪人们在毫无防备的情况下研究放射性,遭原子弹轰炸的广岛,放射性的防护,1,）在核电站的核反应堆外层用,厚厚的水泥,来防止放射线的外泄,.,2,）用过的核废料要放在很厚很厚的,重金属箱,内，并埋在深海里,.,3,）在生活中要有防范意识，尽可能,远离放射源,.,放射性物质标志,秦山核电站,核反应堆外层的厚厚的水泥建筑,安全壳内衬钢板,放射性的防护,为了防止有害的放射线对人类和自然的破坏，人们采取了有效的防范,检测,：,检测辐射装置,全身污染检测仪,辐射检测系统,辐射源的存放,铀,40,国际上规定，对于从事放射性职业的人员，全身照射的终身累计剂量当量不能超过,250rem(,雷姆）以工作,50,年计，相当于每人每年受辐射的最大允许剂量当量为,5rem.,对于不直接从事放射性工作，但可能受到放射线照射的普通人员，每人每年不得超过,0.5rem,。,放射性污染防治标准,雷姆是测量辐射对人体伤害的剂量单位，,1ren=0.01J/Kg,通常的一次,X,光检查，其照射计量约,10,-2,ren,41,一次突然的对全身的,25 -100,rem,剂量的照射会在血液中造成短期的变化，而这样的变化人可能不会注意到,.,当剂量为,100-300,rem,时，对血液和胃肠的效应会引起典型的辐射病病征，如发烧、呕吐、红细胞受到损害、白细胞和血小板减少、脱发、从变脆弱的血管自发地内出血和外出血以及少量的皮下出血,.500,rem,的剂量会引起,50%,的死亡率；,1000,rem,的剂量能使人在,30,天内死亡；而,10000,rem,的剂量则可以使人在几个小时内死亡,.,放射性污染防治标准,操作放射性物质的设备,在防护状态下操作放射性物质,放射性的防护,在生活中要有防范意识，尽可能,远离放射源,.,放射性物质标志,本节总结,一、核反应,三、放射性同位素的应用,二、人工放射性的同位素,四、辐射与安全,放射性同位素,人工放射性的发现,1934,年约里奥,居里和伊里夫,居里夫妇首次发现人工放射性同位素磷,30,二 放射性同位素的应用,1,利用放射线的贯穿本领和电离本领，进行探伤，培育优良品 种，治疗恶性肿瘤，消除静电。,2,、作为示踪原子，,三放射性的污染和防护,1,、 射线对人体和环境的危害。,2,、防护放射性的主要措施。,本节总结,教材习题解答,1,、答：原子核的人工转变是指核在其它粒子的轰击下变成新核的过程，而放射性元素的衰变是指核自动转化成新核的变化过程。,2,、解：（,1,）,23,11,Na+,4,2,He,1,1,H,26,12,Mg,（,2,）,27,13,Al+,4,2,He,1,0,n,30,15,P,（,3,）,16,8,O+,1,0,n,1,1,H,16,7,N,（,4,）,30,14,Si+,（,4,2,He,）,1,0,n,30,15,P,3,、解：（,1,）,19,9,F+,4,2,He,1,1,H,（,22,11,Ne,）,（,2,）,11,5,B+,（,4,2,He,）,1,0,n,14,7,N,（,3,）,14,7,N +,1,0,n ,（,14,6,C),1,1,H,4,、解,:,设某同学的身体质量为,50kg,。该同学体内含碳质量为,5018%kg=9kg,，该同学身体中,1s,内衰变的碳原子的个数为,1500.,5,、答：在医院的放射室看到过这个标志，一般情况要远离这些地方。特殊情况下要在医生的指导下进出这些场所。,教材习题解答,1,、“,刀,”,可以是病人在清醒状态下在较短的时间内完成手术。这主要是利用了,射线的（ ）,A.,穿透本领,B.,衍射能力,C.,电离能力,D.,具有很高的能量,A D,课堂练习,2,、,下列关于放射线的说法中不正确的是,( ),A,、,放射线可以用来进行工业探伤,B,、,放射线可以使细胞发生变异,C,、,放射同位素可以用来做示踪原子,D,、,放射线对人体无害,D,课堂练习,3,、关于半衰期，以下说法正确的是：,A,同种放射性元素在化合物中的半衰期比,单质中长。,B,升高温度可以使半衰期缩短。,C,氡的半衰期为,3.8,天，若有四个氡原子,核，经过,7.6,天氡原子核就只剩下一个。,D,氡的半衰期为,3.8,天，,4,克氡原子核，经,过,7.6,天氡原子核就只剩下,1,克。,D,课堂练习,4,、关于,射线，下列说法中正确的是,( ),(A),它是波长极短的电磁波,(B),它是高速运动的电子流,(C),它的贯穿本领比,射线弱,(D),它对空气的电离作用比,射线强,A,课堂练习,