高三 探測射線的方法 放射性的應(yīng)用與防護

1、練習練習1：在下列核反應(yīng)方程中,X代表質(zhì)子的方程是（ ）( )( )( )( )nHeXHDXnHCXOHeNBXPHeAlA042311021178421473015422713+1+g+BC 練習練習2 2：靜止在勻強磁場中的某放射性元素的原：靜止在勻強磁場中的某放射性元素的原子核，當它放出一個子核，當它放出一個粒子后，其速度方向與磁粒子后，其速度方向與磁場方向垂直，測得場方向垂直，測得粒子和反沖核軌道半徑之比粒子和反沖核軌道半徑之比為為4444：1 1，如圖所示：則（，如圖所示：則（ ）A A、 粒子與反沖粒子的動粒子與反沖粒子的動 量大小相等，方向相反量大小相等，方向相反B B、原來放

2、射性元素的原子核原來放射性元素的原子核 電荷數(shù)為電荷數(shù)為9090C C、反沖核的核電荷數(shù)為反沖核的核電荷數(shù)為8888D D、粒子與反沖核的速度之粒子與反沖核的速度之 比為比為1 1：8888R1R2ABC半衰期、它表征放射性元素的原子核有半衰期、它表征放射性元素的原子核有一半發(fā)生衰變所需的時間。它是從大量一半發(fā)生衰變所需的時間。它是從大量原子核衰變中得出的統(tǒng)計規(guī)律，對個別原子核衰變中得出的統(tǒng)計規(guī)律，對個別的放射性原子核的衰變無實際物理意義。的放射性原子核的衰變無實際物理意義。半衰期由原子核的內(nèi)部因素決定，與外半衰期由原子核的內(nèi)部因素決定，與外界條件及與物質(zhì)的物理、化學狀態(tài)無關(guān)。界條件及與物質(zhì)的

3、物理、化學狀態(tài)無關(guān)。即使處于物理運動，化學變化中也不會即使處于物理運動，化學變化中也不會影響它的半衰期。因此它是反映某種元影響它的半衰期。因此它是反映某種元素原子核特征的重要物理量。素原子核特征的重要物理量。練習練習3 3：完成核反應(yīng)方程：完成核反應(yīng)方程： Th Pa 。 衰變?yōu)樗プ優(yōu)?的半衰期是的半衰期是1.2分鐘，分鐘，則則64克克 經(jīng)過經(jīng)過6分鐘還有分鐘還有 克尚未克尚未衰變。衰變。2349023491Th23490Pa23491Th234902 e01 探測射線的方法探測射線的方法1、粒子使氣體或液體電離，以這些、粒子使氣體或液體電離，以這些離子為核心，過飽和汽會產(chǎn)生云霧，離子為核心，

4、過飽和汽會產(chǎn)生云霧，過熱液體會產(chǎn)生氣泡過熱液體會產(chǎn)生氣泡2、使照相底片感光、使照相底片感光3、使熒光物質(zhì)產(chǎn)生熒光、使熒光物質(zhì)產(chǎn)生熒光射線中的粒子與其它物質(zhì)作用會產(chǎn)生的現(xiàn)象：射線中的粒子與其它物質(zhì)作用會產(chǎn)生的現(xiàn)象：一、威爾遜云室：一、威爾遜云室：構(gòu)造：一個圓筒狀容器，構(gòu)造：一個圓筒狀容器，低部可以上下移動，上低部可以上下移動，上蓋是透明的，內(nèi)有干凈蓋是透明的，內(nèi)有干凈空氣空氣實驗時，加入少量酒精，實驗時，加入少量酒精，使酒精蒸汽達到過飽和使酒精蒸汽達到過飽和狀態(tài)。狀態(tài)。利用射線的電離本領(lǐng)利用射線的電離本領(lǐng)a射線射線在云室中的徑跡：在云室中的徑跡：直而粗直而粗原因：原因：a粒子質(zhì)量大，不易改變方向

5、，電離粒子質(zhì)量大，不易改變方向，電離本領(lǐng)大，沿涂產(chǎn)生的粒子多本領(lǐng)大，沿涂產(chǎn)生的粒子多射線射線在云室中的徑跡：在云室中的徑跡：比較細，而且常比較細，而且常常彎曲常彎曲原因：粒子質(zhì)量小，跟氣體碰撞易改變原因：粒子質(zhì)量小，跟氣體碰撞易改變方向，電離本領(lǐng)小，沿途產(chǎn)生的離子少方向，電離本領(lǐng)小，沿途產(chǎn)生的離子少二、氣泡室二、氣泡室-高能物理實驗的最風行的探測設(shè)備 氣泡室是由一密閉容器氣泡室是由一密閉容器組成，容器中盛有工作組成，容器中盛有工作液體液體 液體在特定的溫度和壓力下進行液體在特定的溫度和壓力下進行絕熱膨脹絕熱膨脹，由于在，由于在一定的時間間隔內(nèi)（例如一定的時間間隔內(nèi)（例如50ms）處于）處于過熱

6、狀態(tài)過熱狀態(tài)，液，液體不會馬上沸騰，這時如果有高速帶電粒子通過液體不會馬上沸騰，這時如果有高速帶電粒子通過液體，在帶電粒子所經(jīng)軌跡上不斷與液體原子發(fā)生碰體，在帶電粒子所經(jīng)軌跡上不斷與液體原子發(fā)生碰撞而產(chǎn)生低能電子，因而形成離子對，這些離子在撞而產(chǎn)生低能電子，因而形成離子對，這些離子在復合時會引起局部發(fā)熱，從而以這些離子為核心形復合時會引起局部發(fā)熱，從而以這些離子為核心形成胚胎氣泡，經(jīng)過很短的時間后，胚胎氣泡逐漸長成胚胎氣泡，經(jīng)過很短的時間后，胚胎氣泡逐漸長大，就沿粒子所經(jīng)路徑留下痕跡。如果這時對其進大，就沿粒子所經(jīng)路徑留下痕跡。如果這時對其進行拍照，就可以把一連串的氣泡拍攝下來，從而得行拍照，

7、就可以把一連串的氣泡拍攝下來，從而得到記錄有高能帶電粒子軌跡的底片。到記錄有高能帶電粒子軌跡的底片。 照相結(jié)束后，在液體沸騰之前，立即壓縮工作液照相結(jié)束后，在液體沸騰之前，立即壓縮工作液體，氣泡隨之消失，整個系統(tǒng)就很快回到初始狀體，氣泡隨之消失，整個系統(tǒng)就很快回到初始狀態(tài)，準備作下一次探測。態(tài)，準備作下一次探測。 氣泡室中帶電粒子的徑跡氣泡室中帶電粒子的徑跡氣泡室的優(yōu)點：氣泡室的優(yōu)點：它的空間和時間分它的空間和時間分辨率高；辨率高；工作循環(huán)周期短，工作循環(huán)周期短，本底干凈、徑跡清本底干凈、徑跡清晰，可反復操作。晰，可反復操作。但也有不足之處：但也有不足之處：那就是掃描和測量那就是掃描和測量時間

8、還嫌太長；時間還嫌太長；體積有限，而且甚體積有限，而且甚為昂貴，為昂貴， 三、蓋革三、蓋革- -米勒計數(shù)器米勒計數(shù)器一種能自動把放射一種能自動把放射微粒計數(shù)出來的儀微粒計數(shù)出來的儀器，利用了射線的器，利用了射線的電離本領(lǐng)電離本領(lǐng)威爾遜云室與威爾遜云室與蓋革蓋革- -米勒計數(shù)器的優(yōu)缺點米勒計數(shù)器的優(yōu)缺點威爾遜云室可以觀察粒子的徑跡，知道威爾遜云室可以觀察粒子的徑跡，知道粒子的性質(zhì)；把云室放在磁場中，還可粒子的性質(zhì)；把云室放在磁場中，還可以知道粒子所帶電荷的正負，但是不能以知道粒子所帶電荷的正負，但是不能用來計數(shù)。用來計數(shù)。蓋革蓋革- -米勒計數(shù)器只能用來計米勒計數(shù)器只能用來計數(shù)，不能區(qū)分射線的種

9、類。數(shù)，不能區(qū)分射線的種類。放射性的應(yīng)用與防護放射性的應(yīng)用與防護盧瑟福在實驗中發(fā)現(xiàn)，往容器中通入氮氣后，在熒盧瑟福在實驗中發(fā)現(xiàn)，往容器中通入氮氣后，在熒光屏上出現(xiàn)了閃光，這表明，有一種新的能量比光屏上出現(xiàn)了閃光，這表明，有一種新的能量比粒粒子大的粒子穿過鋁箔，撞擊在屏上，這種粒子肯定子大的粒子穿過鋁箔，撞擊在屏上，這種粒子肯定是在是在粒子擊中某個氮核而使該核發(fā)生變化時放出的。粒子擊中某個氮核而使該核發(fā)生變化時放出的。這樣，盧瑟福通過人工方法實現(xiàn)了原子核的轉(zhuǎn)變，人這樣，盧瑟福通過人工方法實現(xiàn)了原子核的轉(zhuǎn)變，人類第一次打開了原子核的大門類第一次打開了原子核的大門。 核反應(yīng)核反應(yīng) 為了認定新粒子，把

10、新粒子引進電場和磁為了認定新粒子，把新粒子引進電場和磁場，測出了它的質(zhì)量和電量，確認與氫核場，測出了它的質(zhì)量和電量，確認與氫核相同：相同：帶有一個單位的正電量，質(zhì)量是電帶有一個單位的正電量，質(zhì)量是電子質(zhì)量的子質(zhì)量的1800 多倍。盧瑟福把它叫做質(zhì)多倍。盧瑟福把它叫做質(zhì)子質(zhì)子的符號是子質(zhì)子的符號是 H 或或 P在云室里做盧瑟福實驗，還可以根據(jù)徑跡在云室里做盧瑟福實驗，還可以根據(jù)徑跡了解整個人工轉(zhuǎn)變的過程英國物理學家了解整個人工轉(zhuǎn)變的過程英國物理學家布拉凱特在所拍攝的兩萬多張照片的布拉凱特在所拍攝的兩萬多張照片的40多多萬條萬條粒子徑跡中，發(fā)現(xiàn)了條產(chǎn)生分叉的粒子徑跡中，發(fā)現(xiàn)了條產(chǎn)生分叉的記錄記錄

11、分叉情況表明，分叉情況表明，粒子擊中氮核后，粒子擊中氮核后，生成一個新核，同時放出質(zhì)子。生成一個新核，同時放出質(zhì)子。新新核的電量較大速度較慢，徑跡短而核的電量較大速度較慢，徑跡短而粗；質(zhì)子速度大，電量小，故徑跡粗；質(zhì)子速度大，電量小，故徑跡細而長細而長根據(jù)核反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)守恒根據(jù)核反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，可以寫出這個發(fā)現(xiàn)和電荷數(shù)守恒，可以寫出這個發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程并得知氮核放出質(zhì)子的核反應(yīng)方程并得知氮核放出質(zhì)子后變成了氧核質(zhì)子后變成了氧核 用用粒子、質(zhì)子、中子等去轟擊其它元素的原子粒子、質(zhì)子、中子等去轟擊其它元素的原子核，也都產(chǎn)生類似的轉(zhuǎn)變，并產(chǎn)生質(zhì)子，說明核，也都產(chǎn)生類似的轉(zhuǎn)變，并產(chǎn)生

12、質(zhì)子，說明質(zhì)子是各種原子核里都有的成分，質(zhì)子是人類質(zhì)子是各種原子核里都有的成分，質(zhì)子是人類繼電子、光子后發(fā)現(xiàn)的第三個基本粒子。繼電子、光子后發(fā)現(xiàn)的第三個基本粒子。HOHeN1117842147+原子核在其他粒子的轟擊下產(chǎn)生新原子核原子核在其他粒子的轟擊下產(chǎn)生新原子核的過程，的過程，-核反應(yīng)核反應(yīng)在核反應(yīng)中，質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)都守恒在核反應(yīng)中，質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)都守恒1930年，德國科學家玻特和貝克用年，德國科學家玻特和貝克用粒子粒子轟擊輕元素鈹核，發(fā)現(xiàn)并未發(fā)射出質(zhì)子，轟擊輕元素鈹核，發(fā)現(xiàn)并未發(fā)射出質(zhì)子，而放出了一種新的射線這種射線幾乎不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

13、發(fā)生能使氣體電離，在電場和磁場中也不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，是不帶電的，射線的貫穿能力強，偏轉(zhuǎn)，是不帶電的，射線的貫穿能力強，他們認為這是他們認為這是射線經(jīng)檢測，射線的能射線經(jīng)檢測，射線的能量在量在10eV左右，遠大于天然放射物質(zhì)衰左右，遠大于天然放射物質(zhì)衰變時發(fā)出的變時發(fā)出的射線的能量射線的能量1931年，約里奧夫婦重復了玻特和貝克的實驗，并用年，約里奧夫婦重復了玻特和貝克的實驗，并用這種未知射線去轟擊石蠟。這種未知射線去轟擊石蠟。結(jié)果竟從中打出能量約結(jié)果竟從中打出能量約5.7 MeV的質(zhì)子這是異常驚人的質(zhì)子這是異常驚人的新發(fā)現(xiàn)，因為其行為完全不同于的新發(fā)現(xiàn)，因為其行為完全不同于射線，射線，射線只能射線只

14、能打出電子而打不出質(zhì)子，打出電子而打不出質(zhì)子，光子的質(zhì)量近乎，電子也光子的質(zhì)量近乎，電子也很輕，光子撞擊電子，使它動起來是合乎常理的，但很輕，光子撞擊電子，使它動起來是合乎常理的，但質(zhì)子質(zhì)量是電子的質(zhì)子質(zhì)量是電子的1800倍，一顆子彈怎么能撞動一輛倍，一顆子彈怎么能撞動一輛汽車呢？如果認為轟擊石蠟的射線是汽車呢？如果認為轟擊石蠟的射線是射線，那么光子射線，那么光子的能量應(yīng)達的能量應(yīng)達55 MeV，這與實際測得的射線能量，這與實際測得的射線能量10 MeV相去甚遠這射線在向約里奧夫婦招手呼喊：我不是相去甚遠這射線在向約里奧夫婦招手呼喊：我不是射線射線！可惜的是，他們擦肩而過，無緣相識。面！可惜的

15、是，他們擦肩而過，無緣相識。面對對55eV與與10eV的矛盾的矛盾 ，他們還是十分牽強地解釋為其，他們還是十分牽強地解釋為其它的原因，并于它的原因，并于1932年月年月11日向巴黎科學院提交了日向巴黎科學院提交了實驗情況和對未知射線判定為實驗情況和對未知射線判定為射線的結(jié)論。射線的結(jié)論。 1932年月底，查得威克得到這一論文，年月底，查得威克得到這一論文，約里奧夫婦的實驗使他心跳，他認為約約里奧夫婦的實驗使他心跳，他認為約里奧夫婦的結(jié)論肯定有誤，違反能量守里奧夫婦的結(jié)論肯定有誤，違反能量守恒?。∷舾械竭@很可能是導師盧瑟福恒??！他敏感到這很可能是導師盧瑟福預言、自己苦苦尋找了預言、自己苦苦尋找

16、了12年的中子。他年的中子。他決定用云室的方法探測射線的速度和質(zhì)決定用云室的方法探測射線的速度和質(zhì)量。量。他先測出射線的速度不到光速的十分之他先測出射線的速度不到光速的十分之一，排除了是一，排除了是射線的可能，又用彈性射線的可能，又用彈性碰撞動量守恒的方法測出不帶電粒子的碰撞動量守恒的方法測出不帶電粒子的質(zhì)量與質(zhì)子質(zhì)量差不多。他還根據(jù)自旋質(zhì)量與質(zhì)子質(zhì)量差不多。他還根據(jù)自旋確定不帶電的粒子不可能是由質(zhì)子和電確定不帶電的粒子不可能是由質(zhì)子和電子組合而成，只能是另一種新的獨立粒子組合而成，只能是另一種新的獨立粒子，他稱之為中子。就這樣，僅用了十子，他稱之為中子。就這樣，僅用了十天時間，成功地證實了這

17、種中性射線就天時間，成功地證實了這種中性射線就是中子流。他當之無愧地成為是中子流。他當之無愧地成為“中子之中子之父父”，并因此獲，并因此獲1935年諾貝爾物理獎。年諾貝爾物理獎。nCHeBe101264294+“機遇只偏愛有準備的頭腦機遇只偏愛有準備的頭腦”中子的發(fā)現(xiàn)，有重大的意義，中子不帶電，用它去轟中子的發(fā)現(xiàn)，有重大的意義，中子不帶電，用它去轟擊原子核，不受庫侖力的影響，是研究原子核的強有擊原子核，不受庫侖力的影響，是研究原子核的強有力的力的“炮彈炮彈”。在此以前，可供研究用的。在此以前，可供研究用的“炮彈炮彈”只只有天然放射元素發(fā)出的有天然放射元素發(fā)出的、三種射線，中子流則三種射線，中子

18、流則是穿透本領(lǐng)更大，轟擊原子核更有效的是穿透本領(lǐng)更大，轟擊原子核更有效的“炮彈炮彈”，人，人們用它轟擊各種原子核，獲得許許多多人工放射性同們用它轟擊各種原子核，獲得許許多多人工放射性同位素，用它轟開鈾核，實現(xiàn)了原子能的利用。位素，用它轟開鈾核，實現(xiàn)了原子能的利用。 原子核的人工轉(zhuǎn)變與放射性元素的衰變的區(qū)別放射性元素的衰變放射性元素的衰變原子核的人工轉(zhuǎn)變原子核的人工轉(zhuǎn)變發(fā)生反應(yīng)的原子核具有放射性的不穩(wěn)定核所有的原子核反應(yīng)條件自發(fā)進行，無條件利用粒子、質(zhì)子、中子或光子作為“炮彈”轟擊靶核反應(yīng)本質(zhì)核子數(shù)變化，形成新核核子的重組，形成新核典型反應(yīng)核反應(yīng)方程的特點箭頭左邊只有一個放射性原子核箭頭左邊有靶

19、核和炮彈各一個核反應(yīng)的規(guī)律質(zhì)量數(shù)守恒（注意質(zhì)量并不守恒），電荷數(shù)守恒書寫方程的原則尊重實驗事實，不能僅僅依據(jù)守恒定律主觀臆造HeThU422349023892+ +HOHeN1117842147+1934年，約里奧年，約里奧居里和伊麗芙居里和伊麗芙居里在用粒子居里在用粒子轟擊鋁箔時，除探測到預料中的中子外，還轟擊鋁箔時，除探測到預料中的中子外，還探測到了正電子，正電子的質(zhì)量跟電子相同，探測到了正電子，正電子的質(zhì)量跟電子相同，所帶電荷與電子相反，為一個單位的正電荷，所帶電荷與電子相反，為一個單位的正電荷，更意外的是，拿走放射源后，鋁箔雖不再發(fā)更意外的是，拿走放射源后，鋁箔雖不再發(fā)射中子，但仍繼續(xù)

20、發(fā)射正電子，而且這種放射中子，但仍繼續(xù)發(fā)射正電子，而且這種放射性也有一定的半衰期原來，鋁核被粒子射性也有一定的半衰期原來，鋁核被粒子擊中后發(fā)生了下面的反應(yīng)擊中后發(fā)生了下面的反應(yīng)nPHeAl103015422713+人工放射性同位素人工放射性同位素與天然的放射性物質(zhì)相比，人造放射性同與天然的放射性物質(zhì)相比，人造放射性同位素：位素：1、放射強度容易控制、放射強度容易控制2、可以制成各種需要的形狀、可以制成各種需要的形狀3、半衰期更短、半衰期更短4、放射性廢料容易處理、放射性廢料容易處理（1）利用它的射線）利用它的射線放射性同位素的應(yīng)用放射性同位素的應(yīng)用A、由于、由于射線貫穿本領(lǐng)強，可以用來射線貫穿

21、本領(lǐng)強，可以用來射線檢查金射線檢查金屬內(nèi)部有沒有砂眼或裂紋，所用的設(shè)備叫屬內(nèi)部有沒有砂眼或裂紋，所用的設(shè)備叫射線探傷射線探傷儀儀B、利用射線的穿透本領(lǐng)與物質(zhì)厚度密度的關(guān)系，來、利用射線的穿透本領(lǐng)與物質(zhì)厚度密度的關(guān)系，來檢查各種產(chǎn)品的厚度和密封容器中液體的高度等，檢查各種產(chǎn)品的厚度和密封容器中液體的高度等，從而實現(xiàn)自動控制從而實現(xiàn)自動控制C、利用射線使空氣電離而把空氣變成導電氣體，、利用射線使空氣電離而把空氣變成導電氣體，以消除化纖、紡織品上的靜電以消除化纖、紡織品上的靜電D、利用射線照射植物，引起植物變異而培育良、利用射線照射植物，引起植物變異而培育良種，也可以利用它殺菌、治病等種，也可以利用

22、它殺菌、治病等被不同劑量被不同劑量射線照射后的馬鈴薯射線照射后的馬鈴薯8個月后的個月后的情況，左上方的馬鈴薯沒經(jīng)過情況，左上方的馬鈴薯沒經(jīng)過射線照射，右下射線照射，右下方的被方的被射線照射的劑量最大，左下方保存最好的射線照射的劑量最大，左下方保存最好的馬鈴薯被馬鈴薯被射線照射的劑量適中。射線照射的劑量適中?！棒斆抟惶桇斆抟惶枴本褪巧綎|省棉花研究所的科技人就是山東省棉花研究所的科技人員應(yīng)用放射性同位素鈷員應(yīng)用放射性同位素鈷-60放出的伽瑪射線處放出的伽瑪射線處理棉花雜交的后代育成的理棉花雜交的后代育成的（2）作為示蹤原子：用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)及生物）作為示蹤原子：用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)及生物研究等研究等.棉花在結(jié)桃、開花的時候需要較多的磷肥，棉花在結(jié)桃、開花的