高中物理：19.4《放射性的應(yīng)用與防護》課件（新人教選修35）

1、2021/8/11 星期三1第四節(jié) 放射性的應(yīng)用與防護2021/8/11 星期三2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，有一種新的能量比粒子大的粒子穿過鋁箔，撞擊在屏上，這種粒子肯定是在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，人類第一次打開了原子核的大門。 一、核反應(yīng)粒子鋁箔熒光屏氮氣顯微鏡2021/8/11 星期三3 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，確認與氫核相同：帶有一個單位的正電量，質(zhì)量是電子質(zhì)量的1800 多倍。盧瑟福把它叫做質(zhì)子質(zhì)子的符號是 H 或 P在云室里做盧瑟福實驗，還可

2、以根據(jù)徑跡了解整個人工轉(zhuǎn)變的過程英國物理學(xué)家布拉凱特在所拍攝的兩萬多張照片的40多萬條粒子徑跡中，發(fā)現(xiàn)了條產(chǎn)生分叉的記錄 2021/8/11 星期三4分叉情況表明，粒子擊中氮核后，生成一個新核，同時放出質(zhì)子。新核的電量較大速度較慢，徑跡短而粗；質(zhì)子速度大，電量小，故徑跡細而長根據(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)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 2021/8/11 星期三5用粒子、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。原子核在其他粒子的轟擊下產(chǎn)生新原子核的過

3、程，-核反應(yīng)在核反應(yīng)中，質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)都守恒2021/8/11 星期三6核反應(yīng)：原子核在其他粒子的轟擊 下產(chǎn)生新原子核的過程。注意：核反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)守恒核反應(yīng)是原子核的變化，化學(xué) 反應(yīng)是核外電子的變化2021/8/11 星期三7例：指出下列核反應(yīng)中的錯誤并更正：（1） N + = O + 質(zhì)子（2） C + He O + H（3） Be + He C + （4） H + n H + 147177147421781194421361101122021/8/11 星期三8二、人工放射性同位素1934年，約里奧居里和伊麗芙居里 發(fā)現(xiàn)經(jīng)過粒子轟擊的鋁片中含有放射性磷反應(yīng)生成物P是磷的一種同位素，

4、自然界沒有天然的 ，它是通過核反應(yīng)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2021/8/11 星期三9與天然的放射性物質(zhì)相比，人造放射性同位素：1、放射強度容易控制2、可以制成各種需要的形狀3、半衰期更短4、放射性廢料容易處理2021/8/11 星期三10（1）利用它的射線三、放射性同位素的應(yīng)用A、由于射線貫穿本領(lǐng)強，可以用來射線檢查金屬內(nèi)部有沒有砂眼或裂紋，所用的設(shè)備叫射線探傷儀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C、利用射線使空氣電離而把空氣變成導(dǎo)電氣體，以消除化纖、紡織品上的靜電D、利用射線照射植

5、物，引起植物變異而培育良種，也可以利用它殺菌、治病等2021/8/11 星期三11射線探傷儀 鈷602021/8/11 星期三122021/8/11 星期三13利用鈷60的射線治療癌癥（放療）2021/8/11 星期三14食物保鮮（延緩發(fā)芽，生長，長期保存）棉花育種食品保鮮糧食保存2021/8/11 星期三15（2）作為示蹤原子：用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)及生物研究等.棉花在結(jié)桃、開花的時候需要較多的磷肥，把磷肥噴在棉花葉子上，磷肥也能被吸收但是，什么時候的吸收率最高、磷在作物體內(nèi)能存留多長時間、磷在作物體內(nèi)的分布情況等，用通常的方法很難研究如果用磷的放射性同位素制成肥料噴在棉花葉面上，然后每隔一定時間用

6、探測器測量棉株各部位的放射性強度，上面的問題就很容易解決2021/8/11 星期三16人體甲狀腺的工作需要碘碘被吸收后會聚集在甲狀腺內(nèi)給人注射碘的放射性同位素碘131，然后定時用探測器測量甲狀腺及鄰近組織的放射強度，有助于診斷甲狀腺的器質(zhì)性和功能性疾病2021/8/11 星期三17檢漏、研究機件磨損、診斷疾病、分析生物分子結(jié)構(gòu)等。2021/8/11 星期三18原子彈爆炸、核電站泄露會產(chǎn)生嚴重的污染，在利用放射性同位素給病人做“放療”時，如果放射性的劑量過大，皮膚和肉就會潰爛不愈，導(dǎo)致病人因放射性損害而死去。有些礦石中含有過量的放射性物質(zhì)，如果不注意也會對人體造成巨大的危害。 四、輻射與安全20

7、21/8/11 星期三19過量的放射性會對環(huán)境造成污染，對人類和自然界產(chǎn)生破壞作用 20世紀人們在毫無防備的情況下研究放射性遭原子彈炸后的廣島2021/8/11 星期三20為了防止有害的放射線對人類和自然的破壞，人們采取了有效的防范措施：檢測輻射裝置全身污染檢測儀輻射檢測系統(tǒng)輻射源的存放鈾2021/8/11 星期三21（1）在核電站的核反應(yīng)堆外層用厚厚的水泥來防止放射線的外泄（2）用過的核廢料要放在很厚很厚的重金屬箱內(nèi)，并埋在深海里（3）在生活中要有防范意識，盡可能遠離放射源放射性的防護2021/8/11 星期三22核反應(yīng)堆外層的厚厚的水泥建筑2021/8/11 星期三23防護操作放射性物質(zhì)的

8、設(shè)備在防護狀態(tài)下操作放射性物質(zhì)2021/8/11 星期三242021/8/11 星期三252021/8/11 星期三262021/8/11 星期三272021/8/11 星期三281930年，德國科學(xué)家玻特和貝克用粒子轟擊輕元素鈹核，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，他們認為這是射線經(jīng)檢測，射線的能量在10eV左右，遠大于天然放射物質(zhì)衰變時發(fā)出的射線的能量2021/8/11 星期三291931年，約里奧夫婦重復(fù)了玻特和貝克的實驗，并用這種未知射線去轟擊石蠟。結(jié)果竟從中打出能量約5.7 MeV的質(zhì)子這是異

9、常驚人的新發(fā)現(xiàn)，因為其行為完全不同于射線，射線只能打出電子而打不出質(zhì)子，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，但質(zhì)子質(zhì)量是電子的1800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射線，那么光子的能量應(yīng)達55 MeV，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：我不是射線！可惜的是，他們擦肩而過，無緣相識。面對55eV與10eV的矛盾 ，他們還是十分牽強地解釋為其它的原因，并于1932年月11日向巴黎科學(xué)院提交了實驗情況和對未知射線判定為射線的結(jié)論。2021/8/11 星期三30 1932年月底，查得威克得到這一論文，約里奧

10、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，違反能量守恒啊！他敏感到這很可能是導(dǎo)師盧瑟福預(yù)言、自己苦苦尋找了12年的中子。他決定用云室的方法探測射線的速度和質(zhì)量。2021/8/11 星期三31他先測出射線的速度不到光速的十分之一，排除了是射線的可能，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“中子之父”，并因此獲1935年諾貝爾物理獎。2021/8/11 星期三32“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，用它去轟擊原子核，不受庫侖力的影響，是研究原子核的強有力的“炮彈”。在此以前，可供研究用的“炮彈”只有天然放射元素發(fā)出的、三種射線，中子流則是穿透本領(lǐng)更大，轟擊原子核更有效的“炮彈”，人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。 2021/8/11 星期三33問題情景：為了使水果、蔬菜或其它的食物能存放的時間長一些，能