高中物理粤教版5第四章原子核 第4章第3节放射性同位素

第三节放射性同位素学习目标知识脉络1.知道什么是核反应，能够熟练写出核反应方程．(重点)2.知道放射性同位素和人工放射性同位素及其核反应方程．(难点)3.了解放射性在生产和科学领域的应用.4.知道射线的危害及防护.核反应eq\o([先填空])1．定义：利用天然放射性的高速粒子或利用人工加速的粒子去轰击原子核，以产生新的原子核，这个过程叫做核反应．2．反应能：核反应中所放出或吸收的能量叫做反应能．3．两个典型的核反应方程(1)质子的发现：eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H.(2)中子的发现：eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n.eq\o([再判断])1．在核反应过程中，原子核的质量数和电荷数发生变化的同时一定伴随着能量的释放和吸收．(√)2．无论是核衰变还是其他核反应，方程两边总的质量数和电荷数是守恒的．(√)3．核反应方程遵守质量数守恒，即核反应过程中，质量不变化．(×)eq\o([后思考])核反应的条件和实质分别是什么？【提示】(1)放射性元素的自发衰变；利用天然放射性的高速粒子或利用人工加速的粒子去轰击原子核．(2)核反应的过程实质是新元素的生成过程．1．对核反应的认识(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，并不是粒子与核碰撞，将原子核打开，而是粒子打入原子核内部使核发生了转变．(3)遵循规律：反应前、后电荷数和质量数守恒．2．常见的人工转变核反应(1)卢瑟福发现质子eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H.(2)查德威克发现中子eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n.(3)居里夫妇人工制造同位素eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(27,13)Al→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n.eq\o\al(30,15)P具有放射性，自发地放出正电子(eq\o\al(0,1)e)，与天然放射现象遵循相同的规律，衰变方程：eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,1)e＋ν.3．书写核反应方程时的注意事项(1)核反应指的是在原子核内部核子数发生相应的变化，而化学反应指的是在原子核外最外层电子数发生变化，二者存在本质的不同．(2)核反应过程一般都不是可逆的，所以核反应方程只能用单向箭头表示反应方向，不能用等号连接．(3)核反应的生成一定要以实验事实为基础，不能依据两个守恒规律杜撰出生成物与核反应方程．(4)核反应遵循质量数守恒，而不是质量守恒，核反应过程中反应前后的总质量一般会发生变化(质量亏损)且释放出核能．1．以下是物理学史上3个著名的核反应方程x＋eq\o\al(7,3)Li→2yy＋eq\o\al(14,7)N→x＋eq\o\al(17,8)Oy＋eq\o\al(9,4)Be→z＋eq\o\al(12,6)Cx、y和z是3种不同的粒子，下列说法正确的是()A．x为α粒子B．x为质子C．y为α粒子D．y为电子E．z为中子【解析】根据质量数守恒和电荷数守恒可以确定x为质子eq\o\al(1,1)H，y为eq\o\al(4,2)He即α粒子，z为中子eq\o\al(1,0)n.【答案】BCE2．用中子轰击eq\o\al(27,13)Al，产生eq\o\al(24,11)Na和X粒子，eq\o\al(24,11)Na具有放射性，它衰变后变成eq\o\al(24,12)Mg，则X为________粒子，钠的衰变过程为________衰变．【解析】无论原子核的衰变，还是原子核的人工转变，都满足质量数守恒和电荷数守恒，根据以上守恒可得如下方程：eq\o\al(1,0)n＋eq\o\al(27,13)Al→eq\o\al(24,11)Na＋eq\o\al(4,2)He，eq\o\al(24,11)Na→eq\o\al(24,12)Mg＋eq\o\al(0,－1)e.显然，X粒子是α粒子，钠发生了β衰变．【答案】αβ3．完成下列各核反应方程，并指出哪个核反应是首次发现质子、中子和正电子的．(1)eq\o\al(10,5)B＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(13,7)N＋()(2)eq\o\al(9,4)Be＋()→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n(3)eq\o\al(27,13)Al＋()→eq\o\al(27,12)Mg＋eq\o\al(1,1)H(4)eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋()(5)eq\o\al(23,11)Na＋()→eq\o\al(24,11)Na＋eq\o\al(1,1)H(6)eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(1,0)n＋()；eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋()【解析】(1)eq\o\al(10,5)B＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(13,7)N＋eq\o\al(1,0)n(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由此核反应使查德威克首次发现了中子．(3)eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(27,12)Mg＋eq\o\al(1,1)H(4)eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H此核反应使卢瑟福首次发现了质子．(5)eq\o\al(23,11)Na＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(24,11)Na＋eq\o\al(1,1)H(6)eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(1,0)n＋eq\o\al(30,15)P；eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,＋1)e(正电子)此核反应使约里奥—居里夫妇首次发现了正电子．【答案】见解析书写核反应方程的四条重要原则1．质量数守恒和电荷数守恒；2．中间用箭头，不能写成等号；3．能量守恒(中学阶段不作要求)；4．核反应必须是实验中能够发生的．放射性同位素及其应用eq\o([先填空])1．放射性同位素(1)具有相同质子数而中子数不同的原子，在元素周期表中处于同一位置，因而互称同位素．(2)具有放射性的同位素，叫做放射性同位素．(3)发现正电子的核反应方程eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→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＋ν.ν代表中微子，它是一种中性粒子，质量近似为零．2．放射性同位素的应用放射性同位素的应用主要分为三类：(1)射线的应用；(2)示踪原子的应用；(3)半衰期的应用．3．放射线的危害及防护(1)危害人体受到长时间大剂量的射线照射，就会使细胞、组织、器官受到损伤，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，重者甚至死亡．(2)防护辐射防护的基本方法有时间防护、距离防护和屏蔽防护．要防止放射性物质对水源、空气、用具、工作场所的污染，要防止射线过多地长时间地照射人体．eq\o([再判断])1．利用示踪原子来推断地层或古代文物的年代．(×)2．可以利用放射性同位素的射线进行无损探伤，生物育种等．(√)3．医学上做射线治疗用的放射性元素，应选半衰期长的．(×)eq\o([后思考])存在射线危险的地方，常能看到如图4­3­1所示的标志．你在什么地方见过这个标志？为了保护人身安全，在有这样的标志的场所，应该注意什么？图4­3­1【提示】在医院的放射室看到这个标志．一般情况要远离这些地方，特殊情况下要在医生指导下进出这些场所．1．放射性同位素分类可分为天然放射性同位素和人工放射性同位素两种，天然放射性同位素不过40多种，而人工放射性同位素已达1000多种，每种元素都有自己的放射性同位素．2．人工放射性同位素的优点(1)放射强度容易控制；(2)可以制成各种所需的形状；(3)半衰期比天然放射性物质短得多，放射性废料容易处理．因此，凡是用到射线时，用的都是人工放射性同位素．3．放射性同位素的主要应用(1)利用它的射线．①工业部门使用射线测厚度——利用γ射线的穿透特性；②农业应用——γ射线使种子的遗传基因发生变异，杀死使食物腐败的细菌，抑制蔬菜发芽，延长保存期等；③医疗上——利用γ射线的高能量治疗癌症．(2)作为示踪原子：放射性同位素与非放射性同位素有相同的化学性质，通过探测放射性同位素的射线确定其位置．4．下列哪些应用是把放射性同位素作为示踪原子()A．γ射线探伤仪B．利用含有放射性碘131的油，检测地下输油管的漏油情况C．利用钴60治疗肿瘤等疾病D．把含有放射性元素的肥料施给农作物，用检测放射性的办法确定放射性元素在农作物内转移和分布情况，找出合理施肥的规律E．给人注射碘的放射性同位素碘131，然后定时用探测器测量甲状腺及邻近组织的放射强度，帮助诊断甲状腺的疾病【解析】A是利用了γ射线的穿透性；C利用了γ射线的生物作用；B、D、E是利用示踪原子．【答案】BDE5．关于放射性同位素的应用，下列说法中正确的有()A．放射线改变了布料的性质使其不再因摩擦而生电，因此达到了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C．用放射线照射作物种子能使其DNA发生变异，其结果一定是成为更优秀的品种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E．不能利用γ射进行人体透视【解析】利用放射线消除有害静电是利用α射线的电离性，使空气分子电离成导体，将静电泄出，A错误；γ射线对人体细胞伤害太大，因此不能用来人体透视，在用于治疗肿瘤时要严格控制剂量，B、D、E正确；DNA变异并不一定都是有益的，C错误．【答案】BDE6．正电子发射计算机断层显像(PET)的基本原理是：将放射性同位素15O注入人体，参与人体的代谢过程.15O在人体内衰变放出正电子，与人体内负电子相遇而湮灭转化为一对光子，被探测器探测到，经计算机处理后产生清晰的图象．根据PET原理，回答下列问题：(1)写出15O的衰变和正负电子湮灭的方程式．(2)将放射性同位素15O注入人体，15O的主要用途是()A．利用它的射线 B．作为示踪原子C．参与人体的代谢过程 D．有氧呼吸(3)PET中所选的放射性同位素的半衰期应________．(选填“长”“短”或“长短均可”)【解析】(1)由题意得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)将放射性同位素15O注入人体后，由于它能放出正电子，并能与人体内