高中物理 第19章 第3节第4节 探测射线的方法 放射性的应用与防护同步辅导与检测课件 新人教版选修35.ppt

第3节探测射线的方法第4节放射性的应用与防护 原子核 神奇的 刀 刀技术是在立体定向技术基础上发展起来的一种新的治疗方法 它是利用 射线束 通过立体定向技术聚焦在脑内一个靶目标点 使该靶点处的脑组织或脑瘤组织细胞遭到毁损或被杀死而达到治疗目的 因临床治疗有刀的效果被称为 刀手术 是一种非侵入性治疗手段 首台原型机于1951年开始研究 主要设备是一台300kv深部x射线机 后因剂量学特性不能满足要求而放弃 1968年正式投入使用的设备是采用179个聚焦于同中心的多源钴60机 它产生缝隙状射线 切割 病变组织 故有 刀之称 刀用于多种脑部疾患的治疗 包括 脑血管疾病 如动脉瘤 动静脉畸形 avm 外科手术不可切除的脑瘤 术后残存肿瘤 年老及健康状况不适于手术的脑瘤 如听神经瘤 垂体瘤 松果体瘤 颅咽管瘤 脑膜瘤 脑转移瘤等 功能性疾病 如三叉神经痛 震颤麻痹和其他运动障碍性疾病等 一 探测射线的方法1 威耳逊云室 1 原理 粒子在云室内气体中飞过 使沿途的气体分子 酒精蒸气就会以这些离子为核心凝结成雾滴 于是显示出射线和径迹 2 粒子径迹 粒子的质量比较大 在气体中飞行时不易改变 由于它的电离本领大 沿途产生的离子 所以它在云室中的径迹直而粗 粒子的质量小 跟气体碰撞时容易改变 并且 本领小 沿途产生的离子 所以它在云室中的径迹比较 而且常常 粒子的电离本领 在云室中一般看不到它的径迹 答案 1 电离饱和 2 方向多 方向电离少细弯曲 更小 3 气泡室 气泡室原理同云室的原理类似 所不同的是气泡室里装的是过热液体 如液态氢 4 盖革 米勒计数器 g m计数器非常灵敏 用它推测射线十分方便 但不同的射线产生的脉冲现象 因此只能用来计数 不能区分射线的 2 核反应原子核在其他粒子的轰击下生成 的过程 人类第一次实现原子核的人工转变 是卢瑟福用 轰击氮原子核 产生了氧的一种同位素 该核反应方程为 这也使人们发现了 答案 1 4 相同种类2 新原子核 粒子质子 3 人工放射性同位素放射性同位素有 放射性同位素和 放射性同位素两种 它们的化学性质 居里夫人发现的放射性磷p是 放射性同位素 其核反应方程为 人造放射性同位素的优点是 容易控制 容易处理 可以制成各种所需的形状 二 放射性同位素的应用1 利用射线利用 射线具有很强的 作用 可以消除有害静电 利用 射线很强的 本领 工业用来探伤 另外在医疗 生物育种 保鲜方面也有广泛应用 答案 3 天然人造相同人造放射强度放射性废料二 1 电离穿透 2 作示踪原子同位素具有相同的 性质 可用放射性同位素代替非放射性同位素做 原子 3 放射性防护放射性对人体组织是有伤害作用的 要防止放射物质对水源 空气 用具 工作场所的污染 答案 2 化学示踪 一 探测射线的方法与仪器1 方法探测放射线的方法主要是利用放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 这些现象主要是 1 使气体电离 这些离子可使过饱和汽产生云雾或使过热液体产生气泡 2 使照相底片感光 3 使荧光物质产生荧光 2 仪器威尔逊云室 1 构造云室的主要结构如上图所示 圆筒形容器的下底是一个可在小范围活动的活塞 上盖是透明的 通过它可观察云室内发生的现象或进行照相 放射源可放在室内侧壁附近 也可放在室外侧壁的窗口 2 原理实验时 在云室内加一些酒精 使室内充满饱和汽 然后使活塞迅速向下移动一段距离 室内气体由于突然膨胀而温度降低 使酒精的饱和汽处于饱和状态 这时如果有能量较高的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迹 3 放射线在云室中的径迹 粒子的质量比较大 在气体中飞行时不易改变方向 由于它的电离本领大 沿途产生的离子多 所以它在云室中的径迹直而粗 粒子的质量小 跟气体碰撞时容易改变方向 并且电离本领小 沿途产生的离子少 所以它在云室中的径迹比较细 而且常常弯曲 粒子的电离本领更小 在云室中一般看不到它的径迹 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 3 气泡室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 如液态氢 控制气泡室内液体的温度和压强 使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 因此液体过热 粒子通过液体时在它的周围就有气泡形成 4 盖革 米勒计数器 1 构造计数器的主要部分是计数管 其结构如右图所示 它是一支玻璃管 里面有一个铜圆筒 或在管壁上涂有一层导电薄膜 这是阴极 穿过圆筒轴心的钨丝是阳极 管内充有低压的惰性气体 工作时在两极间加上的电压通常略低于管内气体的电离电压 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 优缺点 优点 放大倍数很大 非常灵敏 用它来检测放射性是很方便的 缺点 它对于不同的射线产生的脉冲现象相同 因此只用来计数 而不能区分射线的种类 如果同时有大量粒子 或两个粒子射来的时间间隔很短 小于200 s 时 也不能区分它们 双选 关于威尔逊云室探测射线 下述正确的是 a 威尔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 威尔逊云室中径迹粗而短的是 射线c 威尔逊云室中径迹细而长的是 射线d 威尔逊云室中显示粒子径迹原因是电离 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 雾滴沿射线的路线排列 显示出射线的径迹 故a选项正确 由于 粒子的电离本领大 贯穿本领小 所以 射线在云室中的径迹粗而短 即b选项正确 由于 射线的电离本领很弱 所以在云室中一般看不到它的径迹 而细长径迹是 射线的 所以c选项错误 把云室放在磁场中 由射线径迹的弯曲方向就可以判断射线所带电荷的正负 所以d选项错误 答案 ab 变式迁移 1 双选 利用威尔逊云室探测射线时能观察到细长而弯曲的径迹 则下列说法正确的是 a 可知有 射线射入云室中b 可知是 射线射入云室中c 观察到的是射线粒子的运动d 观察到的是射线粒子运动路径上的酒精雾滴 解析 因为观察到威尔逊云室中存在细而弯曲的径迹 是 射线的径迹 a选项错而b正确 射线粒子运动是肉眼观察不到的 观察到的是酒精过饱和蒸气在射线粒子运动路径上形成的雾滴 d选项正确 答案 bd点评 三种射线粒子肉眼都是看不见的 探测射线粒子的方法都是利用它们和其他物质发生作用时产生的现象 来显示射线粒子的存在 二 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 规律质量数守恒 电荷数守恒 3 人工核转变反应方程 1 卢瑟福发现质子的方程 2 查德威克发现中子的方程 3 约里奥 居里夫妇发现人工放射性同位素和正电子的方程 如右下图为查德威克实验示意图 由天然放射性元素钋 po 放射的 射线轰击铍时会产生粒子流a 用粒子流a轰击石蜡时 会打出粒子流b 经研究知道 a a为中子 b为质子b a为质子 b为中子c a为 射线 b为中子d a为中子 b为 射线解析 不可见射线a 轰击石蜡时打出的应该是质子 因为质子就是氢核 而石蜡中含有大量氢原子 轰击石蜡的不可见射线应该是中子 答案 a 变式迁移 2 双选 三个原子核x y z x核放出一个正电子后变为y核 y核与质子发生核反应后生成z核并放出一个氦核 则下面说法正确的是 a x核比z核多一个质子 b x核比z核少一个中子 c x核的质量数比z核的质量数大3 d x核与z核的总电荷数是y核电荷数的2倍 解析 设x核的核电荷数与质量数分别为a b x核放出正电子及y核与质子的核反应如下 可见 x核比z核多2个质子 故a项错 x核比z核多1个中子 故b项错 x核的质量数比z核的质量数大3 故c项对 z核与x核的总电荷数为 2a 2 是y核的2倍 故d项对 答案 cd 三 放射性同位素的应用1 放射性同位素有些元素的同位素具有放射性 叫做放射性同位素 注 天然存在的放射性元素只有四十多种 但人工方法得到的已达1000多种 由于人工放射性元素具有半衰期短 放射强度容易控制等特点 已广泛应用于各个领域 2 放射性同位素的应用 1 工业上使用射线测厚度 2 烟雾报警器 3 医学放疗杀伤癌细胞 4 射线照射种子 培育优良品种 杀死使食物腐败的细菌 抑制蔬菜发芽 延长保存期 5 作示踪原子由于放射性同位素跟同种元素的非放射性同位素具有相同的化学性质 如果把放射性同位素的原子搀到其他物质中去 让他们一起运动 迁移 再用放射性探测仪器进行追踪 就可知道放射性原子通过什么路径 运动到哪里去了 是怎样分布的 我们把用作这种用途的放射性同位素叫做示踪原子 例如 利用示踪原子可以检查输油管道上的漏油位置 在生物学研究方面 同位素示踪技术也起着十分重要的作用 在给农作物施肥时 在肥料里放一些放射性同位素 这样可以知道农作物在各季节吸收含有哪种元素的肥料 3 放射性的污染和防护 1 放射性污染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 几件需要记住的放射性污染事件是 1945年美国向日本的广岛和长崎投了两枚原子弹 当时炸死了十多万人 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 1987年前苏联切尔诺贝利核电站的泄露造成了大量人员的伤亡 至今大片领土仍是生物活动的禁区 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贫铀弹 使许多人患有莫名其妙的疾病 2 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措施 例如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 用过的核废粒要放在很厚的重金属箱内 并深埋地下 在生活中对那些有可能有放射性的物质要有防范的意识 尽可能远离放射源 关于放射性同位素的说法正确的是 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 解析 放射性应用的是放射性同位素 因为其含量易控制 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 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 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 输油管道漏油可以利用示踪原子确定漏油点 b正确 答案 b 变式迁移 3 下列叙述不是放射性同位素被用做示踪原子的原因是 a 放射性同位素不改变其化学性质b 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 半衰期与元素所处理的物理 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代替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废料是否容易处理 因此选项a b c正确 选项d不正确 答案 d 基础巩固 1 双选 关于同位素的下列说法中 正确的是 a 一种元素的几种同位素在元素周期表中的位置相同b 一种元素的几种同位素的化学性质 物理性质都相同c 同位素都具有放射性d 互称同位素的原子含有相同的质子数解析 质子数相同 中子数不同的原子互称同位素 由于它们的原子序数相同 因此在元素周期表中的位置相同 虽然核电荷数相同 但由于中子数不同 因此物理性质不同 不是每一种元素的同位素都具有放射性 只有具有放射性的同位