高二物理選修3-5第十九章原子核 探測射線的方法 放射性的應(yīng)用與防護(hù)課件

1、復(fù)習(xí)回顧:,例： 天然放射性元素 (釷)經(jīng)過一系列α衰變和β衰變之后變成 （鉛）．下列論斷中正確的是（ ）A.鉛核比釷核少24個中子B.鉛核比釷核少8個質(zhì)子C.衰變過程中共有4次α衰變和8次β衰變D.衰變過程中共有6次α衰變和4次β衰變,BD,在下列核反應(yīng)方程中,X代表質(zhì)子的方程是（ ）,BC,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。它是從大量原子核衰變中得出的統(tǒng)計(jì)

2、規(guī)律，對個別的放射性原子核的衰變無實(shí)際物理意義。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(xué)狀態(tài)無關(guān)。即使處于物理運(yùn)動，化學(xué)變化中也不會影響它的半衰期。因此它是反映某種元素原子核特征的重要物理量。,,,,探測射線的方法,1、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，過熱液體會產(chǎn)生氣泡2、使照相底片感光3、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：,一、威爾遜云室：,構(gòu)造：一個圓筒狀

3、容器，低部可以上下移動，上蓋是透明的，內(nèi)有干凈空氣,實(shí)驗(yàn)時，加入少量酒精，使酒精蒸汽達(dá)到過飽和狀態(tài)。,利用射線的電離本領(lǐng),a射線在云室中的徑跡：直而粗原因：a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,ß射線在云室中的徑跡：比較細(xì)，而且常常彎曲原因：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,二、氣泡室-----高能物理實(shí)驗(yàn)的最風(fēng)行的探測設(shè)備,氣泡室是由一密閉容器組成，容器中盛有工作液體,液

4、體在特定的溫度和壓力下進(jìn)行絕熱膨脹，由于在一定的時間間隔內(nèi)（例如50ms）處于過熱狀態(tài)，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)生碰撞而產(chǎn)生低能電子，因而形成離子對，這些離子在復(fù)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，胚胎氣泡逐漸長大，就沿粒子所經(jīng)路徑留下痕跡。如果這時對其進(jìn)行拍照，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。,照相結(jié)束

5、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)就很快回到初始狀態(tài)，準(zhǔn)備作下一次探測。,氣泡室中帶電粒子的徑跡,氣泡室的優(yōu)點(diǎn)：它的空間和時間分辨率高；工作循環(huán)周期短，本底干凈、徑跡清晰，可反復(fù)操作。但也有不足之處：那就是掃描和測量時間還嫌太長；體積有限，而且甚為昂貴，,三、蓋革-米勒計(jì)數(shù)器,一種能自動把放射微粒計(jì)數(shù)出來的儀器，利用了射線的電離本領(lǐng),放射性的應(yīng)用與防護(hù),問題情景：,為了使水果、蔬菜或其它的食物能存放的

6、時間長一些，能在長時間保持新鮮，你有什么辦法？,輻射方法處理糧食,復(fù)習(xí)回顧：,1、什么是原子核的衰變？,2、原子核的衰變有什么樣的規(guī)律,原子核放出a粒子或ß粒子，由于核電荷數(shù)變了，而變成另一種原子核。,1）、衰變時電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都守恒2）、衰變過程不可逆，所以用箭頭，不用等號3）、由實(shí)驗(yàn)決定，不憑空編造,盧瑟福在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，往容器Ｃ中通入氮?dú)夂?，在熒光屏Ｓ上出現(xiàn)了閃光，這表明，有一種新的能量比α粒子大的粒子穿過鋁箔，撞擊在

7、Ｓ屏上，這種粒子肯定是在α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(shí)現(xiàn)了原子核的轉(zhuǎn)變，人類第一次打開了原子核的大門。,核反應(yīng),為了認(rèn)定新粒子，把新粒子引進(jìn)電場和磁場，測出了它的質(zhì)量和電量，確認(rèn)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(shí)驗(yàn)，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(xué)家布拉凱特在所拍攝的兩萬多張照片的40多

8、萬條α粒子徑跡中，發(fā)現(xiàn)了８條產(chǎn)生分叉的記錄．,分叉情況表明，α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(xì)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．,用α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

9、子核在其他粒子的轟擊下產(chǎn)生新原子核的過程，------------核反應(yīng),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(xué)家玻特和貝克用α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(qiáng)，他們認(rèn)為這是γ射線．經(jīng)檢測，射線的能量在10ＭeV左右，遠(yuǎn)大于天然放射物質(zhì)衰變時發(fā)出的γ射線的能量．,1931年，約里奧夫婦重復(fù)了玻特和貝克的實(shí)驗(yàn)，

10、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．這是異常驚人的新發(fā)現(xiàn)，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)量是電子的1800倍，一顆子彈怎么能撞動一輛汽車呢？如果認(rèn)為轟擊石蠟的射線是γ射線，那么光子的能量應(yīng)達(dá)55 MeV，這與實(shí)際測得的射線能量10 MeV相去甚遠(yuǎn)．這射線在向約里奧夫婦招手呼喊：我不是γ射線……！

11、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(qiáng)地解釋為其它的原因，并于1932年１月11日向巴黎科學(xué)院提交了實(shí)驗(yàn)情況和對未知射線判定為γ射線的結(jié)論。,1932年１月底，查得威克得到這一論文，約里奧夫婦的實(shí)驗(yàn)使他心跳，他認(rèn)為約里奧夫婦的結(jié)論肯定有誤，違反能量守恒??！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。,他先測出射線的速度不到光速的十分之一

12、，排除了是γ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(dú)立粒子，他稱之為中子。就這樣，僅用了十天時間，成功地證實(shí)了這種中性射線就是中子流。他當(dāng)之無愧地成為“中子之父”，并因此獲1935年諾貝爾物理獎。,,“機(jī)遇只偏愛有準(zhǔn)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(qiáng)有力的“炮

13、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α、β、γ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(shí)現(xiàn)了原子能的利用。,1934年，約里奧·居里和伊麗芙·居里在用粒子轟擊鋁箔時，除探測到預(yù)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，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

14、發(fā)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，鋁核被粒子擊中后發(fā)生了下面的反應(yīng),人工放射性同位素,反應(yīng)生成物P是磷的一種同位素，也有放射性，像天然放射性元素一樣發(fā)生衰變，衰變時放出正電子，核衰變方程如下：用人工方法得到放射性同位素，這是一個很重要的發(fā)現(xiàn)．后來人們用質(zhì)子、氘核、中子和光子轟擊原子核，也得到了放射性同位素．,與天然的放射性物質(zhì)相比，人造放射性同位素：,1、放射強(qiáng)度容易控制2、可以制成各種需要的形

15、狀3、半衰期更短4、放射性廢料容易處理,（1）利用它的射線,放射性同位素的應(yīng)用,A、由于γ射線貫穿本領(lǐng)強(qiáng)，可以用來γ射線檢查金屬內(nèi)部有沒有砂眼或裂紋，所用的設(shè)備叫γ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(shí)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、利用射線照射植物，引起植物變異而培育良種，也可以利用它殺菌、治病等,,被不

16、同劑量γ射線照射后的馬鈴薯8個月后的情況，左上方的馬鈴薯沒經(jīng)過γ射線照射，右下方的被γ射線照射的劑量最大，左下方保存最好的馬鈴薯被γ射線照射的劑量適中。,“魯棉一號”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-60放出的伽瑪射線處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

17、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探測器測量棉株各部位的放射性強(qiáng)度，上面的問題就很容易解決．,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(qiáng)度，有助于診斷甲狀腺的器質(zhì)性和功能性疾?。?（3）放射性污染和防護(hù)原子彈爆炸、核電站泄露會產(chǎn)生嚴(yán)重的污染，在利用放射性同位素給

18、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。,如圖是《北京青年報(bào)》2001年9月6日的一則報(bào)道。,核反應(yīng)堆外層的厚厚的水泥建筑,小結(jié)：1、核反應(yīng)基本上可分為兩大類： 一是自然衰變（天然放射性衰變）， 二是人工衰變（人工轉(zhuǎn)變）,（發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)）,（發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)）,2、放射性同位素的應(yīng)