2024-2025學(xué)年高中物理第三章原子核3放射性的應(yīng)用危害與防護(hù)教案教科版選修3-5

PAGE10-3放射性的應(yīng)用、危害與防護(hù)一、放射性的應(yīng)用放射性的應(yīng)用主要表現(xiàn)在以下三個方面：一是利用射線的電離作用、穿透實(shí)力等特征，二是作為示蹤原子，三是利用衰變特性考古．1．利用射線的特性(1)α射線：利用α射線帶電、能量大、電離作用強(qiáng)的特性可制成靜電消退器等．(2)β射線：由于β射線可穿過薄物或經(jīng)薄物反射的特性來測量薄物的厚度或密度．(3)γ射線：由于γ射線穿透實(shí)力極強(qiáng)，可以利用γ射線探傷，也可以用于生物變異，在醫(yī)學(xué)上可以用于腫瘤的治療等．另外還可以利用射線勘探礦藏等．2．作為示蹤原子在某種元素里摻進(jìn)一些該元素的放射性同位素，同位素和該元素經(jīng)驗(yàn)的過程相同．用儀器探測出放射性同位素放出的射線，就可查明這種元素的行蹤．3．衰變特性應(yīng)用應(yīng)用eq\o\al(14,6)C的放射性推斷遺物的年頭．1930年，德國科學(xué)家玻特和貝克用α粒子轟擊輕元素鈹核，發(fā)覺并未放射出質(zhì)子，而放出了一種新的射線．這種射線幾乎不能使氣體電離，在電場和磁場中也不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，是不帶電的，射線的貫穿實(shí)力強(qiáng)，他們認(rèn)為這是γ射線．經(jīng)檢測，射線的能量在100MeV左右，遠(yuǎn)大于自然放射物質(zhì)衰變時發(fā)出的γ射線的能量．1931年，約里奧夫婦重復(fù)了玻特和貝克的試驗(yàn)，并用這種未知射線去轟擊石蠟．結(jié)果竟從中打出能量約5.7MeV的質(zhì)子．這是異樣驚人的新發(fā)覺，因?yàn)槠湫袨橥耆煌讦蒙渚€，γ射線只能打出電子而打不出質(zhì)子，γ光子的質(zhì)量近乎為0，電子也很輕，光子撞擊電子，使它動起來是合乎常理的，但質(zhì)子質(zhì)量約是電子的1800倍，一顆子彈怎么能撞動一輛汽車呢？假如認(rèn)為轟擊石蠟的射線是γ射線，那么光子的能量應(yīng)達(dá)55MeV，這與實(shí)際測得的射線能量10MeV相差甚遠(yuǎn)．這射線在向約里奧夫婦招手呼喊：我不是γ射線！……惋惜的是，他們擦肩而過，無緣相識．面對55MeV與10MeV的沖突，他們還是非常牽強(qiáng)地說明為其他的緣由，并于1932年1月11日向巴黎科學(xué)院提交了試驗(yàn)狀況和對未知射線判定為γ射線的結(jié)論．你認(rèn)為這是哪種粒子？你對約里奧夫婦的做法有什么看法？提示：中子．約里奧夫婦在這個問題的處理上不夠科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)．二、放射性的危害與防護(hù)1．放射性污染的主要來源在自然界中，存在于人體身邊的放射性來源眾多，包括自然的和人工產(chǎn)生的．前者主要由兩部分組成：一是來自地殼表面的自然放射性元素以及空氣中氡等產(chǎn)生的放射線；二是來自空間的宇宙射線．人工放射線的來源主要是醫(yī)療、核動力以及核武器試驗(yàn)中的放射線．2．放射線對人體組織造成的損害，主要是由于射線對原子和分子產(chǎn)生作用，這種作用將導(dǎo)致細(xì)胞損傷，甚至破壞人體DNA的分子結(jié)構(gòu)．3．放射性的防護(hù)其基本方法有：(1)距離防護(hù)；(2)時間防護(hù)；(3)屏蔽防護(hù)；(4)儀器監(jiān)測．考點(diǎn)一放射性同位素及其應(yīng)用1．放射性同位素的分類(1)自然放射性同位素．(2)人工放射性同位素．2．人工放射性同位素的優(yōu)勢(1)放射強(qiáng)度簡單限制．(2)可制成各種所需的形態(tài)．(3)半衰期短，廢料易處理．3．放射性同位素的主要應(yīng)用(1)利用它的射線①利用γ射線的貫穿本事，可用γ射線探傷等．②利用α射線的電離作用很強(qiáng)，可消退有害靜電．③利用γ射線對生物組織的物理和化學(xué)作用，可用來使種子發(fā)生變異，培育良種、滅菌消毒．④利用放射線的能量，在醫(yī)療上，常用以抑制甚至殺死病變組織，還可以轟擊原子核，誘發(fā)核反應(yīng)．(2)作示蹤原子①在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，探測農(nóng)作物在不同的季節(jié)對元素的需求．②在工業(yè)上，檢查輸油管道上的漏油位置．③在生物醫(yī)療上，可以檢查人體對某元素的汲取狀況，也可以幫助確定腫瘤的部位和范圍．【例1】用人工方法得到放射性同位素，這是一個很重要的發(fā)覺，自然放射性同位素只不過40幾種，而今日人工制造的同位素已達(dá)1000多種，每種元素都有放射性同位素，放射性同位素在農(nóng)業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生、科研等很多方面得到廣泛應(yīng)用．(1)如圖是工廠利用放射線自動限制鋁板厚度的裝置示意圖，如工廠生產(chǎn)的是厚度為1mm的鋁板，在α、β、γ三種射線中，你認(rèn)為對鋁板的厚度起主要作用的是________射線．(2)在我國首先用人工方法合成牛胰島素時須要證明人工合成的牛胰島素結(jié)晶跟自然牛胰島素結(jié)晶是同一物質(zhì)，為此曾采納放射性同位素碳14作________．利用三種射線的特性及放射性同位素的應(yīng)用與防護(hù)分析、推斷．【解析】(1)β射線起主要作用，因?yàn)棣辽渚€的貫穿本事很小，一張薄紙就能把它攔住，更穿不過1mm的鋁板；γ射線的貫穿本事很強(qiáng)，能穿過幾厘米的鉛板，1mm左右的鋁板厚度發(fā)生變更時，透過鋁板的γ射線強(qiáng)度變更不大；β射線的貫穿本事較強(qiáng)，能穿過幾毫米的鋁板，當(dāng)鋁板厚度發(fā)生變更時，透過鋁板的β射線強(qiáng)度變更較大，探測器可明顯地反映出這種變更，使自動化系統(tǒng)做出相應(yīng)的反應(yīng)．(2)把摻入碳14的人工合成牛胰島素與自然牛胰島素混合在一起，經(jīng)多次重新結(jié)晶后，得到了放射性碳14分布勻稱的牛胰島素結(jié)晶，這就證明白人工合成的牛胰島素與自然牛胰島素合為一體，它們是同一物質(zhì)．把這種放射性同位素的原子摻到其他物質(zhì)中去，讓它們一起運(yùn)動遷移，再用放射性探測儀器進(jìn)行追蹤，就可以知道放射性原子通過什么路徑，運(yùn)動到哪里了，是怎樣分布的，從而可了解某些不簡單查明的狀況或規(guī)律，人們把這種用途的放射性同位素叫做示蹤原子．【答案】(1)β(2)示蹤原子總結(jié)提能這是一道運(yùn)用放射線特性解決實(shí)際問題的題目．要求同學(xué)們對三種放射線的特性以及放射性同位素的應(yīng)用有所了解，并能敏捷應(yīng)用．現(xiàn)在很多血管?？漆t(yī)院引進(jìn)了一種被稱為“心臟灌注顯像”的檢測技術(shù)，將若干毫升含放射性元素锝(Tc)的注射液注入被檢測者的動脈中，經(jīng)過40分鐘后，這些含放射性物質(zhì)的注射液通過血液循環(huán)勻稱地分布到血液中．這時對被檢測者的心臟進(jìn)行造影，心臟血管正常的位置由于放射性物質(zhì)隨血液到達(dá)而顯示有放射線射出；心臟血管被堵塞的部分由于無放射性物質(zhì)到達(dá)，將無放射線射出．醫(yī)生依據(jù)顯像狀況就可判定被檢測者心臟血管有無病變，并判定病變位置．你認(rèn)為檢測所用放射性元素锝的半衰期應(yīng)當(dāng)最接近以下哪個值(B)A．6分鐘 B．6小時C．6天 D．6個月解析：依據(jù)題意可知，將若干毫升含放射性元素锝(Tc)的注射液注入被檢測者的動脈中，經(jīng)過40分鐘后，這些含放射性物質(zhì)的注射液通過血液循環(huán)勻稱地分布到血液中，可知檢測所用放射性元素锝的半衰期應(yīng)當(dāng)大于40分鐘，且不能太長，故選B.考點(diǎn)二放射性的危害與防護(hù)【例2】核能是一種高效的能源．(1)在核電站中，為了防止放射性物質(zhì)泄漏，核反應(yīng)堆有三道防護(hù)屏障：燃料包殼、壓力殼和平安殼如圖甲所示．結(jié)合圖乙可知，平安殼應(yīng)當(dāng)選用的材料是________．(2)核反應(yīng)堆中的核廢料具有很強(qiáng)的放射性，目前常用的處理方法是將其裝入特制的容器中，然后()A．沉入海底 B．放至沙漠C．運(yùn)到月球 D．深埋地下(3)圖丙是用來監(jiān)測工作人員受到輻射狀況的胸章，通過照相底片被射線感光的區(qū)域，可以推斷工作人員受到何種輻射，當(dāng)胸章上1mm鋁片和3mm鋁片下的照相底片被感光，而鉛片下的照相底片未被感光時，結(jié)合圖乙分析可知工作人員受到了________射線的輻射；當(dāng)全部照相底片被感光時，工作人員受到了________射線的輻射．【解析】(1)反應(yīng)堆最外層是厚厚的水泥防護(hù)層，防止射線外泄，所以平安殼應(yīng)選用的材料是混凝土．(3)β射線可穿透幾毫米厚的鋁片，而γ射線可穿透幾厘米厚的鉛板，所以兩個空分別是：β射線和γ射線．【答案】(1)混凝土(2)D(3)βγ(多選)貧鈾是從金屬中提煉鈾235以后的副產(chǎn)品．其主要成分為鈾238.貧鈾炸彈貫穿力是常規(guī)炸彈的9倍，殺傷力極大，而且殘留物會長期危害環(huán)境，下列關(guān)于殘留物長期危害環(huán)境的理由，正確的是(AD)A．爆炸后的彈片存在放射性，對環(huán)境產(chǎn)生長期危害B．爆炸后的彈片不會對人體產(chǎn)生危害C．鈾235的衰變速度很快D．鈾238的半衰期很長解析：eq\o\al(238,92)U能發(fā)生衰變，其衰變方程為eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He，其半衰期為4.5億年，eq\o\al(234,90)Th也能發(fā)生衰變，衰變產(chǎn)生的射線對人體都有損害，故正確答案為A、D.重難疑點(diǎn)辨析人工轉(zhuǎn)變核反應(yīng)與原子核衰變的比較原子核的人工轉(zhuǎn)變，是一種核反應(yīng)，是其他粒子與原子核相碰撞的結(jié)果，須要確定的裝置和條件才能發(fā)生，而衰變是原子核的自發(fā)變更，它不受物理化學(xué)條件的影響．【典例】下列方程中屬于衰變的是()，屬于人工轉(zhuǎn)變的是()，生成原來元素的同位素的是()，放出β粒子的是()．①eq\o\al(123,53)I＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(124,53)I②eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He③eq\o\al(214,82)Pb→eq\o\al(214,83)Bi＋eq\o\al(0,－1)e④eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n【解析】首先從方程左端去推斷哪種是衰變、哪種是核反應(yīng)，當(dāng)方程左端只有一種元素的原子核時，只能是衰變，故②③為衰變，①④為核反應(yīng)；而同位素的產(chǎn)生，是依據(jù)原子序數(shù)相同而質(zhì)量數(shù)不同來推斷，所以①會生成該元素的同位素；推斷β衰變，只須要看清衰變方程右端是否產(chǎn)生電子即可，應(yīng)選③.【答案】②③①④①③人工轉(zhuǎn)變核反應(yīng)與衰變的比較(1)不同點(diǎn)：原子核的人工轉(zhuǎn)變，是一種核反應(yīng)，是其他粒子與原子核相碰撞的結(jié)果，須要確定的裝置和條件才能發(fā)生，而衰變是原子核的自發(fā)變更，它不受物理化學(xué)條件的影響．(2)相同點(diǎn)：人工轉(zhuǎn)變與衰變過程一樣，在發(fā)生過程中質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)都守恒，反應(yīng)前后粒子總動量守恒．1．在工業(yè)生產(chǎn)中，某些金屬材料內(nèi)部出現(xiàn)的裂痕是無法干脆視察到的，假如不能夠發(fā)覺它們，可能會給生產(chǎn)帶來極大的危害，自從發(fā)覺放射線之后，則可以利用放射線進(jìn)行探測，這是利用了(C)A．原子核在α衰變中產(chǎn)生的eq\o\al(4,2)HeB．β射線的帶電性質(zhì)C．γ射線的貫穿本事D．放射性元素的示蹤本事解析：γ射線的貫穿本事極強(qiáng)，可以用來進(jìn)行金屬探傷，故正確答案為C.2．關(guān)于放射性同位素的應(yīng)用，下列說法中正確的是(D)A．放射線變更了布料的性質(zhì)使其不再因摩擦而生電，從而達(dá)到消退有害靜電的目的B．利用γ射線的貫穿性可以為金屬探傷，也能進(jìn)行人體的透視C．用放射線照耀作物種子使其DNA發(fā)生變異，其結(jié)果確定是更優(yōu)秀的品種D．用γ射線治療腫瘤時確定要嚴(yán)格限制劑量，以免對人體正常組織造成太大的損害解析：利用放射線消退有害靜電是利用放射線的電離作用，使空氣分子電離成為導(dǎo)體，將靜電消退，A錯誤；γ射線對人體細(xì)胞損害太大，不能用來進(jìn)行人體透視，B錯誤；作物種子發(fā)生的DNA突變不確定都是有益的，還要經(jīng)過篩選才能培育出優(yōu)良品種，C錯誤；用γ射線治療腫瘤對人體確定有副作用，因此要科學(xué)地限制劑量，D正確．3．(多選)俄羅斯“庫爾斯克”號核潛艇在巴倫支海遇難，沉入深度約為100m的海底，“庫爾斯克”號核潛艇的沉沒再次引起人們對核廢料與環(huán)境問題的重視．幾十年來人們向巴倫支海海疆傾倒了不少核廢料，核廢料對海洋環(huán)境有嚴(yán)峻的污染作用．其緣由有(AC)A．鈾、钚等核廢料有放射性B．鈾、钚等核廢料的半衰期很短C．鈾、钚等重金屬有毒性D．鈾、钚等核廢料會造成爆炸解析：放射性對人體組織、生物都是有害的，核廢料的主要污染作用是其放射性，且其半衰期長，在很長時間內(nèi)都具有放射性，另外核廢料中有大量重金屬，但不會自發(fā)爆炸，所以選項A、C正確．4．醫(yī)學(xué)界通過14C標(biāo)記的C60發(fā)覺一種C60的羧酸衍生物，在特定條件下可以通過斷裂DNA抑制艾滋病病毒的繁殖，則14A．示蹤原子 B．電離作用C．催化作用 D．貫穿作用解析：用14C標(biāo)記C60來查明元素的行蹤，發(fā)覺可以通過斷裂DNA抑制艾滋病病毒的繁殖，因此145．用人工方法得到放射性同位素，這是一個很重要的發(fā)覺，自然的放射性同位素只不過40多種，而今日人工制造的放射性同位素已達(dá)1000多種，每種元素都有放射性同位素．放射性同位素在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生和科學(xué)探討的很多方面得到了廣泛的應(yīng)用．(1)帶電的驗(yàn)電器在放射線照耀下電荷會很快消逝．其緣由是(B)A．射線的貫穿作用B．射線的電離作用C．射線的物理、化學(xué)作用D．以上三個選項都不是(2)右圖是工廠利用放射線自動限制鋁板厚度的裝置示意圖．假如工廠生產(chǎn)的是厚度1毫米的鋁板，在α、β、γ三種射線中，你認(rèn)為對鋁板的厚度限制起主要作用的是β射線．(3)在我國首先用人工方法合成牛胰島素時，須