5.3放射性同位素的應(yīng)用

1、倫琴夫人手指的X光照片,倫琴發(fā)現(xiàn)了X射線，打開了一個(gè)全新的領(lǐng)域，引起了許多科學(xué)家的興趣與關(guān)注。之后又發(fā)現(xiàn)了能夠自發(fā)放射出射線的元素，如釙和鐳。,放射性物質(zhì)放射出的射線一共有三種：α射線、β射線、γ射線。,放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需要的時(shí)間，叫做這種元素的半衰期。,但是天然放射性元素的半衰期都比較長，所以在實(shí)際應(yīng)用中，很多應(yīng)用的是人造放射性同位素，例如放射性失蹤技術(shù)和醫(yī)療技術(shù)。,考古學(xué)家用半衰期很長的放射性同位素碳14來作為時(shí)鐘

2、，來測量考古發(fā)掘物所經(jīng)歷的漫長時(shí)間，即，碳14鑒年技術(shù)。,既然我們了解了同位素，那么我們趕緊看看它們有什么應(yīng)用吧！,第三節(jié),放射性同位的應(yīng)用,1、知識(shí)與能力,了解放射性同位素應(yīng)用的幾個(gè)方面。,理解放射性同位素各方面應(yīng)用的原理。,對(duì)于每個(gè)應(yīng)用能舉例說明。,2、過程與方法,了解放射線示蹤的原理，能列舉它在各方面的應(yīng)用。,知道射線探傷和測厚技術(shù)原理及應(yīng)用。,初步了解射線治療的原理，知道放射線治療的三種方式。,初步了解射線育種、保存的原理。,了

3、解射線電離技術(shù)應(yīng)用實(shí)例。,3、情感態(tài)度與價(jià)值觀,能夠聯(lián)系實(shí)際應(yīng)用，幫助理解原理。,學(xué)會(huì)從實(shí)際生活中學(xué)習(xí)知識(shí)。,1、重點(diǎn),2、難點(diǎn),掌握放射性同位素的應(yīng)用。,了解每個(gè)應(yīng)用的原理。,每個(gè)應(yīng)用的原理。,1、放射線示蹤,2、射線探傷和測厚,3、射線治療,4、射線育種和消毒,5、射線電離技術(shù),有些同位素具有放射性，叫做放射性同位素。天然存在的放射性同位素不過十幾種。現(xiàn)在，用人工方法得到的放射性同位素已達(dá)1000多種。,,,放射性同位素技術(shù)已經(jīng)廣泛

4、應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的許多領(lǐng)域，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、資源環(huán)境、軍事科研諸多領(lǐng)域的應(yīng)用已獲得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、環(huán)境效益，是核能利用的一個(gè)重要方面。,想一想,為什么人造放射性同位素應(yīng)用比天然放射性物質(zhì)應(yīng)用廣泛呢？,和天然放射性物質(zhì)相比，人造放射性同位素的放射強(qiáng)度容易控制，還可以制成各種所需的形狀。特別是它的半衰期比天然放射性物質(zhì)短得多，因此放射性廢料容易處理。由于這些優(yōu)點(diǎn)，所以在生產(chǎn)和科研中凡是用到射線時(shí)，用的都是人造放射性同位素，而不

5、是天然放射性物質(zhì)。,解釋一下,1、放射線示蹤,一種放射性同位素的原子核跟這種元素其他同位素的原子核具有相同數(shù)量的質(zhì)子（只是中子的數(shù)量不同），因此核外電子的數(shù)量也相同，由此可知，一種原子的各種同位素都有相同的化學(xué)性質(zhì)。這樣，我們就可以用放射性同位素來制成各種化合物，這種化合物的原子跟通常的化合物一樣參與所有化學(xué)反應(yīng)，但是卻帶有“放射性標(biāo)記”，用儀器可以探測出來，這種原子叫做示蹤原子。,那么，通過放射性探測儀檢測上述示蹤原子所在的位置、強(qiáng)度

6、和停留時(shí)間的技術(shù)叫做放射性示蹤技術(shù)。,下面我們來看一下放射性示蹤技術(shù)在農(nóng)業(yè)技術(shù)、醫(yī)療技術(shù)和工業(yè)技術(shù)中的廣泛應(yīng)用。,① 農(nóng)業(yè)技術(shù),用放射性同位素制成肥料和農(nóng)藥，利用探測器可以了解農(nóng)作物對(duì)肥料和農(nóng)藥的吸收部位、吸收過程、吸收效率以及在做物體體內(nèi)的分布。,想一想,棉花在結(jié)桃、開花的時(shí)候需要較多的磷肥，但是什么時(shí)候的吸收率最高、磷在作物體內(nèi)能停留多長時(shí)間、磷在作物體內(nèi)分布情況如何呢？,我們知道，把磷肥噴在棉花葉子上，磷肥也能被吸收。那么我們可以

7、用放射性同位素磷30制成肥料，噴灑在棉花頁面上，然后每隔一定時(shí)間用探測器測量棉株各部位的放射性強(qiáng)度，就能研究棉花對(duì)肥料的吸收情況。,棉花,② 醫(yī)療技術(shù),在醫(yī)療技術(shù)上，由于人體不同組織對(duì)不同元素的吸收率不同，可將用放射性同位素制成的藥物注入人體，用探測器探測示蹤原子在人體組織中的放射強(qiáng)度，這些數(shù)據(jù)經(jīng)過電腦分析后，病人體內(nèi)的情況就轉(zhuǎn)化影像顯現(xiàn)出來，從而可以診斷它們的病變。,例如，人體甲狀腺的工作需要碘，碘被吸收后聚集在甲狀腺內(nèi)，給人注射碘的

8、放射性同位素碘131，然后定時(shí)用探測器測量甲狀腺及鄰近組織的放射強(qiáng)度，有助于診斷甲狀腺的器性質(zhì)和功能性疾病。,又如，腫瘤細(xì)胞比正常細(xì)胞能吸收更多的放射性元素，由此可以診斷腫瘤形成的部位。,再如，锝99可用來做腦部掃描，幫助醫(yī)生診斷腦部疾病。,③ 工業(yè)技術(shù),放射新性示蹤在工業(yè)技術(shù)中同樣有廣泛的應(yīng)用。,例如，將放射性同位素注入輸油和輸氣管中，用探測器可以挖掘管道破裂和泄漏的位置，從而避免大規(guī)模的挖掘（如上頁的圖片）。,又如，如果在制造內(nèi)燃機(jī)

9、汽缸活塞的材料中摻入放射性同位素，然后用探測器檢測潤滑油中的放射性強(qiáng)度，就可以了解活塞中的磨損情況。,2、射線探傷和測厚,γ射線貫穿本領(lǐng)強(qiáng)的特點(diǎn)可以用于探傷和測厚，射線探傷和測厚技術(shù)不僅是“非破壞”的，而且是無接觸的。,① 射線探傷,常用于探傷的射線有x光和同位素發(fā)出的γ射線，分別稱為x光探傷和γ射線探傷。,,γ射線探傷,當(dāng)γ射線穿過或照射物質(zhì)時(shí)，該物質(zhì)的密度越大，射線強(qiáng)度減弱得越多，探傷機(jī)即射線能穿透過該物質(zhì)的強(qiáng)度就越小。射線探傷是利

10、用射線的穿透性和直線超聲波探傷儀性來探傷的方法。,γ射線可使照相底片感光，也可用特殊的接收器來接收。,a、若其內(nèi)部有氣孔、夾渣等缺陷，射線穿過有缺陷的路徑比沒有缺陷的路徑所透過的物質(zhì)密度要小得多，其強(qiáng)度就減弱得少些，即透過的強(qiáng)度就大些。,b、若用底片接收，則感光量就大些，就可以從底片上反映出缺陷垂直于射線方向的平面投影。,當(dāng)用射線來照射待探超聲波探傷儀傷的零部件時(shí)，可以分以下幾種情況：,由此可見，一般情況下，射線探傷探傷機(jī)是不易發(fā)現(xiàn)裂紋

11、的，或者說，射線探傷對(duì)裂紋是不敏感的。因此，射線探傷對(duì)氣孔、夾渣、未焊透等體積型缺陷最敏感。,c、若用其它接收器也同樣可以用儀表來反映缺陷垂直于射線方向的平面投影和射線的透過量。,優(yōu)點(diǎn),γ射線探傷儀體積小、重量輕、穿透力和耐用性強(qiáng)，尤其適合厚壁管接口和狹窄空間處的探傷及外作業(yè)。,② 射線測厚,在制造紙張、金屬箔及輪胎等產(chǎn)品時(shí)，可用射線測厚儀來控制產(chǎn)品的厚度。在產(chǎn)品的一側(cè)放置放射源，另一側(cè)用探測器計(jì)數(shù)，并將信號(hào)反饋給壓輥，從而控制它的壓力

12、大小。,3、射線治療,由于腫瘤細(xì)胞比正常細(xì)胞對(duì)射線更敏感，因此可用一定劑量射線集中照射病灶部位來殺滅和遏制癌細(xì)胞的增長，這就是我們通常所說的“放療”。,體內(nèi)放療是利用病灶部位對(duì)某些元素吸收較多的特點(diǎn)，將放射性同位素注入體內(nèi)，射線將近距離殺滅癌細(xì)胞而不會(huì)過多損傷周邊組織，常用這種放療的同位素有碘112、碘131等。,體外放療通常用鈷60做γ射線源，在體外對(duì)腫瘤部位集中照射。,近距導(dǎo)入放療是將射線同位素通過導(dǎo)管直接導(dǎo)入腫瘤部位，使它們在十分

13、靠近的位置保持一定的濃度和時(shí)間。,這種方式對(duì)全身的輻射影響最小，例如：銥192能放出β射線和低劑量γ輻射，它常用于乳腺和口腔腫瘤的近距離導(dǎo)入治療。,4、射線育種和消毒,① 射線育種,② 射線消毒,5、射線電離技術(shù),射線的電離作用除了用于射線探測技術(shù)外，還用于其他方面。,例如，利用α射線電離作用強(qiáng)的特點(diǎn)，可以用來消除機(jī)器在運(yùn)轉(zhuǎn)中因摩擦而產(chǎn)生的有害靜電。,又如，輻射式避雷針用放射源在避雷針的尖端附近產(chǎn)生大量離子，有雷電時(shí)可以加快放電過程。,

14、同位素避雷針上的放射源大多是镅-241放射源，它放射α射線，所產(chǎn)生的電離電流要比普通避雷針高10000倍以上。針上的放射性物質(zhì)是被嚴(yán)格密封起來的，其發(fā)射的射線作用距離很短，對(duì)建筑物下面的人沒有絲毫危害，是絕對(duì)安全的。,輻射式避雷針,再如，輻射式報(bào)警器安裝在辦公室、酒店和工廠的天花板上，用來報(bào)告火警。,它的結(jié)構(gòu)如下圖所示。,探測器的盒子分兩個(gè)小室，一個(gè)密閉的，另一個(gè)是開放的。放射源置于盒的中央，它會(huì)使兩室中的空氣電離，相同的電壓加在兩個(gè)小

15、室上，兩室中的電流相等。,發(fā)生火警時(shí)，煙霧進(jìn)入開放小室，輻射源使其中的離子濃度增加。兩個(gè)小室的電流也失去平衡，電路中的警鈴被觸發(fā)報(bào)警。,★ 放射性示蹤技術(shù)在農(nóng)業(yè)技術(shù)、醫(yī)療技術(shù)和工業(yè)技術(shù)中有廣泛應(yīng)用。,★ γ射線貫穿本領(lǐng)強(qiáng)，此特點(diǎn)可應(yīng)用于射線探傷和射線測厚。,★ 射線可用于治療腫瘤，分為體內(nèi)放療、體外放療、近距離導(dǎo)入放療。,★ 射線可以用來育種，還可以用來滅蟲、消毒。,★ 射線電離技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例：α射線除有害靜電、輻射式避雷針、輻射式煙霧

16、報(bào)警器。,,1、（07年山東）在貝克勒爾發(fā)現(xiàn)天然放射現(xiàn)象后，人們對(duì)放射線的性質(zhì)進(jìn)行了深入研究，下圖為三種射線，在同一磁場中的運(yùn)動(dòng)軌跡，請從三種射線中任選一種，寫出它的名稱和一種用途。,3為β射線，用于示蹤原子，改良農(nóng)作物品種等。,1為α射線，用于消除靜電等。,2為γ射線，用于金屬探傷，醫(yī)院中的放療；,答：,1、利用γ刀治療人體內(nèi)的惡性腫瘤時(shí)，殺死癌細(xì)胞，對(duì)人體正常細(xì)胞傷害很小，關(guān)于γ刀說法正確的是（ ）,A.正常細(xì)胞對(duì)

17、γ射線沒反應(yīng)，只有癌細(xì)胞對(duì)γ射線產(chǎn)生反應(yīng),B.由于γ刀是多數(shù)γ射線從不同方向射到病灶處，癌細(xì)胞處受到較高能量的γ射線作用，所以癌細(xì)胞易于殺死,C.癌細(xì)胞比正常細(xì)胞對(duì)γ射線更敏感,D.過量收到γ射線的輻射，可以致人于死,BCD,2、在人工合成牛胰島素的過程中摻入放射性碳14的用途是（ ）,A.作催化劑 B.作介質(zhì),C.作示蹤原子 D.作組成元素,C,3、請寫出放射性同位素的三種應(yīng)用。,答：放