2021高中物理-3.3-放射性的應(yīng)用、危害與防護-學(xué)案(教科版選修3-5)

學(xué)案3放射性的應(yīng)用、危害與防護[學(xué)習(xí)目標(biāo)定位]1.知道放射性的應(yīng)用及放射性應(yīng)用的形式.2.知道放射性的危害及對放射性的防護方法．1．三種射線(1)α射線是氦核流，它具有很強的電離作用，但穿透力氣很弱；(2)β射線是高速運動的電子流，它有較強的穿透力氣，但電離作用較弱；(3)γ射線是能量很高的電磁波，它電離作用很弱，穿透作用很強．2．半衰期放射性元素有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間，叫做這種元素的半衰期．半衰期只與核內(nèi)部自身因素有關(guān)．3．放射性的應(yīng)用(1)利用射線的特性．放射性元素放射的α射線、β射線及γ射線，由于特性不同，各有其不同的應(yīng)用．①α射線帶電，能量大，其電離作用很強，因此，可用來消退靜電．②β射線一般作為測量手段使用，其原理是利用其穿過薄物或經(jīng)過薄物反射時，由透射或反射后的衰減程度來測定薄物的厚度與密度．③γ射線穿透力氣極強，比X射線要強很多倍．在工業(yè)上用來透視各種產(chǎn)品，以達到無損探傷的目的．γ射線對生物組織會產(chǎn)生物理、化學(xué)的效應(yīng)，能引起生物體內(nèi)DNA的變異，可用來培育良種，也可用來殺死癌細胞．(2)作為示蹤原子把放射性同位素的原子及其化合物通過物理或化學(xué)反應(yīng)的方式摻到其他物質(zhì)中，然后用探測儀器進行追蹤，以了解放射性同位素在其他物質(zhì)中的位置、數(shù)量、運動和遷移狀況，這種使物質(zhì)帶有“放射線標(biāo)記”的放射線原子稱為示蹤原子．示蹤原子在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)等各個學(xué)科及實際生產(chǎn)生活中的用途格外廣泛．(3)利用衰變特性在考古學(xué)中，可以利用測定發(fā)掘物中eq\o\al(14,6)C放射性元素的含量，來確定它的年月．(4)其他應(yīng)用在地質(zhì)學(xué)上，利用射線勘探礦藏．4．放射性的危害與防護(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)致細胞損傷，甚至破壞人體DNA的分子結(jié)構(gòu)．(3)放射性的防護其基本方法有：①距離防護；②時間防護；③屏蔽防護；④儀器監(jiān)測．一、放射性同位素[要點提煉]約里奧—居里夫婦在用α粒子轟擊鋁箔時，發(fā)覺了一種具有放射性的新元素eq\o\al(30,15)P，這種新元素能不斷地射出正電子，其核反應(yīng)方程為：eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(27,13)Al→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)neq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,1)e這是人類第一次用人工的方法產(chǎn)生了放射性同位素．例1完成下列核反應(yīng)方程，并說明哪些屬于人工轉(zhuǎn)變，哪些屬于衰變？(1)eq\o\al(14,7)N＋()→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H(2)eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋()(3)eq\o\al(10,5)B＋eq\o\al(4,2)He→()＋eq\o\al(1,0)n(4)eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋()，eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋()(5)eq\o\al(6,3)Li＋eq\o\al(1,0)n→()＋eq\o\al(4,2)He(6)eq\o\al(59,27)Co＋()→eq\o\al(60,27)Co＋γ(7)eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋()(8)eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋()答案(1)eq\o\al(14,7)N＋(eq\o\al(4,2)He)→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H，人工轉(zhuǎn)變核反應(yīng)(2)eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋(eq\o\al(1,0)n)，人工轉(zhuǎn)變核反應(yīng)(3)eq\o\al(10,5)B＋eq\o\al(4,2)He→(eq\o\al(13,7)N)＋eq\o\al(1,0)n，人工轉(zhuǎn)變核反應(yīng)(4)eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋(eq\o\al(1,0)n)，eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋(eq\o\al(0,1)e)，人工轉(zhuǎn)變核反應(yīng)(5)eq\o\al(6,3)Li＋eq\o\al(1,0)n→(eq\o\al(3,1)H)＋eq\o\al(4,2)He，人工轉(zhuǎn)變核反應(yīng)(6)eq\o\al(59,27)Co＋(eq\o\al(1,0)n)→eq\o\al(60,27)Co＋γ，人工轉(zhuǎn)變核反應(yīng)(7)eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋(eq\o\al(4,2)He)，α衰變(8)eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋(eq\o\al(0,－1)e)，β衰變二、放射性同位素的應(yīng)用[要點提煉]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)種類多，自然?放射性同位素只有40多種，而人工放射性同位素有1000多種．(2)放射強度簡潔把握．(3)可制成各種所需的外形．(4)半衰期短，廢料易處理．3．放射性同位素的應(yīng)用(1)利用射線特性①利用α射線的電離作用強，可以消退靜電．②利用β射線測定薄物的厚度及密度．③利用γ射線穿透力氣極強，達到無損探傷的目的．④γ射線能使種子的遺傳基因發(fā)生變異，在農(nóng)業(yè)育種、醫(yī)療對癌細胞的綜合治療有重要應(yīng)用．(2)作為示蹤原子：利用放射性元素與非放射性元素有相同的化學(xué)性質(zhì)．(3)衰變特性：利用動植物殘骸中eq\o\al(14,6)C的含量與活生物體中的對比來確定死亡時間．例2正電子放射計算機斷層顯像(PET)的基本原理是：將放射性同位素15O注入人體，參與人體的代謝過程.15O在人體內(nèi)衰變放出正電子，與人體內(nèi)負電子相遇而湮滅轉(zhuǎn)化為一對光子，被探測器探測到，經(jīng)計算機處理后產(chǎn)生清楚的圖像．依據(jù)PET原理，回答下列問題：(1)寫出15O的衰變和正負電子湮滅的方程式．(2)將放射性同位素15O注入人體，15O的主要用途是()A．利用它的射線B．作為示蹤原子C．參與人體的代謝過程D．有氧呼吸(3)PET中所選的放射性同位素的半衰期應(yīng)________．(填“長”或“短”或“長短均可”)解析(1)由題意得：eq\o\al(15,8)O→eq\o\al(15,7)N＋eq\o\al(0,＋1)e，eq\o\al(0,＋1)e＋eq\o\al(0,－1)e→2γ(2)將放射性同位素15O注入人體后，由于它能放出正電子，從而被探測器探測到，所以它的用途是作為示蹤原子，B對．(3)依據(jù)同位素的用途，為了減小對人體的損害，半衰期應(yīng)當(dāng)很短．答案(1)eq\o\al(15,8)O→eq\o\al(15,7)N＋eq\o\al(0,＋1)e，eq\o\al(0,＋1)e＋eq\o\al(0,－1)e→2γ(2)B(3)短例3如圖1所示是利用放射線自動把握鋁板厚度的裝置，假如放射源能放射出α、β、γ三種射線，而依據(jù)設(shè)計，該生產(chǎn)線壓制的是3mm厚的鋁板，那么是三種射線中的________射線對把握厚度起主要作用．當(dāng)探測接收器單位時間內(nèi)接收到的放射性粒子的個數(shù)超過標(biāo)準(zhǔn)值時，將會通過自動裝置將M、N兩個軋輥間的距離調(diào)________一些．圖1解析α射線不能穿過3mm厚的鋁板，γ射線又很簡潔穿過3mm厚的鋁板，基本不受鋁板厚度的影響，而β射線剛好能穿透幾毫米厚的鋁板，因此厚度的微小變化會使穿過鋁板的β射線的強度發(fā)生較明顯變化．應(yīng)是β射線對把握厚度起主要作用．若超過標(biāo)準(zhǔn)值，說明鋁板太薄了，應(yīng)當(dāng)將兩個軋輥間的距離調(diào)整得大些．答案β大放射線的應(yīng)用、危害與防護eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(應(yīng)用\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(利用射線的特性,作為示蹤原子,利用衰變特性,其它應(yīng)用)),危害與防護\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(距離防護,時間防護,屏蔽防護,儀器監(jiān)測))))1．在工業(yè)生產(chǎn)中，某些金屬材料內(nèi)部毀滅的裂痕是無法直接觀看到的，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行探測，這是利用了()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答案C解析γ射線的貫穿本事極強，可以用來進行金屬探傷，故正確答案為C.2．關(guān)于放射性同位素的應(yīng)用，下列說法中正確的有()A．放射線轉(zhuǎn)變了布料的性質(zhì)使其不再因摩擦而生電，從而達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，也能進行人體的透視C．用放射線照射作物種子使其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)格把握劑量，以免對人體正常組織造成太大的損害答案D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．γ射線對人體細胞損害太大，不能用來進行人體透視，B錯．作物種子發(fā)生的DNA突變不愿定都是有益的，還要經(jīng)過篩選才能培育出優(yōu)良品種，C錯．用γ射線治療腫瘤對人體確定有副作用，因此要科學(xué)地把握劑量，D對．3．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)爭辯的很多方面得到了廣泛的應(yīng)用．(1)帶電的驗電器在放射線照射下電荷會很快消逝．其緣由是()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)圖2是工廠利用放射線自動把握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，你認為對鋁板的厚度把握起主要作用的是________射線．圖2(3)在我國首先用人工方法合成牛胰島素時，需要證明人工合成的牛胰島素結(jié)晶跟自然?牛胰島素的結(jié)晶是同一種物質(zhì)，為此曾接受放射性同位素14C做____________．答案(1)B(2)β(3)示蹤原子解析(1)因放射線的電離作用，空氣中的與驗電器所帶電荷電性相反的離子相互中和，從而使驗電器所帶電荷消逝．(2)α射線穿透物質(zhì)的本事弱，不能穿透厚度1毫米的鋁板，因而探測器不能探測，γ射線穿透物質(zhì)的本事極強，穿透1毫米厚鋁板和幾毫米厚鋁板打在探測器上很難辨別．β射線也能夠穿透1毫米甚至幾毫米厚的鋁板，但厚度不同，