第三节 探测射线的方法 第四节 放射性的应用与防护
课堂探究
探究一探测射线的方法和仪器
问题导引
放射性射线实际上都是微观粒子流，用肉眼是看不见的，但可根据射线的粒子与其他物质作用时产生的一些现象来探知射线的存在，那么这些射线有什么特性呢？
提示：使流体电离、底片感光、荧光物质发出荧光。
名师精讲
1．方法
探测射线的方法主要是利用放射线粒子与其他物质作用时产生的一些现象来探知放射线的存在，这些现象主要是：
(1)使气体电离，这些离子可使饱和蒸气产生云雾或使过热液体产生气泡；
(2)使照相底片感光；
(3)使荧光物质产生荧光。
2．仪器
(1)威耳逊云室：
构造：主要部分是一个塑料或玻璃制成的容器，它的下部是一个可以上下移动的活塞，上盖是透明的，可以通过它来观察和拍摄粒子的运动径迹，云室里面有干净的空气。如图所示。
(2)气泡室：
气泡室的原理同云室的原理类似，所不同的是气泡室里装的是液体，如液态氢。控制气泡室内液体的温度和压强，使温度略低于液体的沸点。当气泡室内压强突然降低时，液体的沸点变低，因此液体过热，粒子通过液体时在它的周围就有气泡形成，从而显示粒子径迹。
(3)盖革—米勒计数器：
构造：主要部分是盖革—米勒计数管，里面是一个接在电源负极的导电圆筒，筒的中间有一条接正极的金属丝。管中装有低压的惰性气体和少量的酒精蒸气或溴蒸气，如图所示。
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警示气泡室的原理同云室的原理类似，所不同的是气泡室里装的是液体，如液态氢，而云室里装的是气体。
【例题1】 用盖革—米勒计数器测定放射源的放射强度为每分钟405次，若将一张厚纸板放在计数器与放射源之间，计数器几乎测不到射线。10天后再次测量，测得该放射源的放射强度为每分钟101次，则下列关于射线性质及它的半衰期的说法正确的是( )
A．放射源射出的是α射线
B．放射源射出的是β射线
C．这种放射性元素的半衰期是5天
D．这种放射性元素的半衰期是2.5天
解析：因厚纸板能挡住这种射线，可知这种射线是穿透能力最差的α射线，选项A正确，B错误；因放射性元素原子核个数与单位时间内衰变的次数成正比，10天后测出放射强度为原来的，说明10天后放射性元素的原子核个数只有原来的，由半衰期公式知，已经过了两个半衰期，故半衰期是5天。
答案：AC
反思计数器能测出放射源在单位时间内放出射线粒子的个数，即用它可以测出放射源的放射强度，是环境监测的有效手段。
探究二 原子核的人工转变及核反应方程
问题导引
生产和生活中所用的射线为什么都是人造放射性同位素？
提示：这是因为人造放射性同位素的放射强度容易控制，放射源形状可随意制作，更重要的是其半衰期比天然放射性物质短得多，放射性核废料容易处理。
名师精讲
1．原子核的人工转变
(1)条件：用α粒子、质子、中子，甚至用γ光子轰击原子核使原子核发生转变。
(2)实质：用粒子轰击原子核并不是粒子与原子核碰撞，将原子核打开，而是粒子打入原子核内部使原子核发生了转变。
(3)规律：反应前、后电荷数守恒、质量数守恒。
2．三个重要的原子核的人工转变方程
(1)卢瑟福发现质子：N＋He―→O＋H。
(2)查德威克发现中子：Be＋He―→C＋n。
(3)约里奥居里夫妇发现人工放射性同位素：
He＋Al―→P＋n，
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P具有放射性，P―→Si＋e。
3．人工转变核反应与衰变的比较
(1)不同点：原子核的人工转变是一种核反应，是其他粒子与原子核相碰撞的结果，需要一定的装置和条件才能发生，而衰变是原子核的自发变化，它不受物理和化学条件的影响。
(2)相同点：人工转变与衰变过程一样，在发生过程中质量数与电荷数都守恒，反应前后粒子总动量守恒。
警示(1)核反应过程一般都是不可逆的，核反应方程不能用等号连接，只能用单向箭头表示反应方向。
(2)核反应方程遵循质量数守恒而不是质量守恒，核反应过程中，一般会发生质量的变化。
【例题2】 (1)完成下列核反应方程：
A. He＋B→N＋________
B. He＋Na→________＋H
C. He＋Be→C＋________
D. He＋Al→P＋________
(2)在(1)的四个方程中，发现中子的核反应方程是________，发现放射性同位素的方程是________。
解析：(1)由核反应的规律：质量数、电荷数守恒可以判断A、C、D选项中的三个核反应生成物中都有中子。而B项中的核反应的生成物应为Mg。
(2)查德威克发现中子的核反应方程为C，约里奥居里夫妇发现放射性同位素的核反应方程为D。
答案：(1) n Mg n n (2)C D
反思写核反应方程的原则：(1)质量数守恒和电荷数守恒。
(2)中间用箭头，不能写成等号，因两端仅仅是质量数守恒，没有体现质量相等；也不能仅画一横线，因箭头的方向还表示反应进行的方向。
(3)核反应必须是实际能够发生的，不能凭空乱写。
触类旁通P是放射性同位素，请完成下列核反应方程：P→Si＋________。
答案：e
探究三放射性的应用及防护
问题导引
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提示：其实射线并不可怕，可怕的是无知，只要熟知各种射线的特点，就可以避开射线对我们的危害，如图所示，从图中你可能有所体会。
名师精讲
1．放射性同位素
具有放射性的同位素，叫作放射性同位素。天然存在的放射性元素只有四十多种，但用人工方法得到的放射性同位素有一千多种。与天然放射性物质相比，人造放射性同位素的放射强度容易控制，还可以制成各种所需的形状。
2．放射性同位素的应用
(1)利用放射性同位素放出的射线：
①探伤：射线穿透金属部件时，如果遇到砂眼、裂痕等伤痕，接收到的射线将与正常处不同，因此可利用放射性同位素放出射线探伤。
②测厚：射线穿透某些物质的本领与物质的厚度、密度有关，因此可用射线来检查某些产品的厚度，技术上可用作自动控制。
③利用射线电离能力，可以使空气电离，除去纺织车间的静电，或制成报警器。
辐照：利用射线照射，可以杀死癌细胞，用以治病；用射线照射植物，引起植物变异，用以育种等。
(2)做示踪原子：
由于放射性同位素跟同种元素的非放射性同位素具有相同的化学性质，如果在某种元素里掺进一些放射性同位素，那么元素无论走到哪里，它的放射性同位素也经过同样的过程。而放射性元素不断地放出射线，再用仪器探测这些射线，即可知道元素的行踪，这种用途的放射性同位素叫示踪原子。
3．人工放射性同位素的优点
(1)资源丰富，天然放射性元素不过40多种，但人工放射性同位素已达1 000多种，目前每种元素都有了自己的放射性同位素。
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(2)和天然放射性物质相比，人工放射性同位素的放射强度容易控制，还可以制成各种所需的不同形状，特别是，它的半衰期比天然放射性物质短得多，因此放射性废料容易处理。由于这些优点，所以在生产和科研中凡是用到射线时，用的都是人工放射性同位素，而不用天然放射性物质。
4．辐射与安全
(1)放射性的危害：
射线具有一定的能量，对物体具有不同的穿透能力和电离能力，从而使物体或机体发生一些物理和化学变化。如果人体受到长时间大剂量的射线照射，就会使细胞器官组织受到损伤，破坏人体DNA分子结构，有时甚至会引发癌症，或者造成下一代遗传上的缺陷，过度照射时，人常常会出现头痛、四肢无力、贫血等多种症状，甚至死亡。
(2)放射线的防护：
为了防止有害的放射线对人类和自然的破坏，人们采取了有效的防范措施，例如在核电站的核反应堆外层用厚厚的水泥来防止放射线的外泄；用过的核废料要放在很厚很厚的重金属箱内，并埋在深海里，在生活中对那些有可能有放射性的物质要有防范的意识，尽可能远离放射源。
警示在利用放射性的同时，要注意保护生态环境，从而实现可持续发展。
【例题3】 关于放射性同位素的应用，下列说法中正确的是( )
A．放射线改变了布料的性质使其不再因摩擦而生电，从而达到消除有害静电的目的
B．利用γ射线的贯穿性可以为金属探伤，也能进行人体透视
C．用放射线照射作物种子使其DNA发生变异，其结果一定是更优良的品种
D．用γ射线治疗肿瘤时一定要严格控制剂量，以免对人体正常组织造成太大的伤害
解析：利用放射线消除有害静电是利用放射线的电离性，使空气分子电离成为导体，将静电导出，A错误；γ射线对人体细胞伤害太大，不能用来进行人体透视，B错误；作物种子发生的DNA突变不一定都是有益的，还要经过筛选才能培育出优秀品种，C错误；用γ射线治疗肿瘤对人体肯定有副作用，因此要科学地控制剂量，D正确。
答案：D
反思核辐射主要是放射性射线的辐射，少剂量的辐射对人体不会造成伤害。生活中对放射性物质要有防范意识，远离放射源。
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