高中物理粵教版5第四章原子核 第4章第3節(jié)放射性同位素

第三節(jié)放射性同位素學(xué)習(xí)目標(biāo)知識脈絡(luò)1.知道什么是核反應(yīng)，能夠熟練寫出核反應(yīng)方程．(重點)2.知道放射性同位素和人工放射性同位素及其核反應(yīng)方程．(難點)3.了解放射性在生產(chǎn)和科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用.4.知道射線的危害及防護(hù).核反應(yīng)eq\o([先填空])1．定義：利用天然放射性的高速粒子或利用人工加速的粒子去轟擊原子核，以產(chǎn)生新的原子核，這個過程叫做核反應(yīng)．2．反應(yīng)能：核反應(yīng)中所放出或吸收的能量叫做反應(yīng)能．3．兩個典型的核反應(yīng)方程(1)質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)：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)中子的發(fā)現(xiàn)：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([再判斷])1．在核反應(yīng)過程中，原子核的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)發(fā)生變化的同時一定伴隨著能量的釋放和吸收．(√)2．無論是核衰變還是其他核反應(yīng)，方程兩邊總的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)是守恒的．(√)3．核反應(yīng)方程遵守質(zhì)量數(shù)守恒，即核反應(yīng)過程中，質(zhì)量不變化．(×)eq\o([后思考])核反應(yīng)的條件和實質(zhì)分別是什么？【提示】(1)放射性元素的自發(fā)衰變；利用天然放射性的高速粒子或利用人工加速的粒子去轟擊原子核．(2)核反應(yīng)的過程實質(zhì)是新元素的生成過程．1．對核反應(yīng)的認(rèn)識(1)條件：用α粒子、質(zhì)子、中子，甚至用γ光子轟擊原子核，使原子核發(fā)生轉(zhuǎn)變．(2)實質(zhì)：用粒子轟擊原子核，并不是粒子與核碰撞，將原子核打開，而是粒子打入原子核內(nèi)部使核發(fā)生了轉(zhuǎn)變．(3)遵循規(guī)律：反應(yīng)前、后電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒．2．常見的人工轉(zhuǎn)變核反應(yīng)(1)盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)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)查德威克發(fā)現(xiàn)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)居里夫婦人工制造同位素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，自發(fā)地放出正電子(eq\o\al(0,1)e)，與天然放射現(xiàn)象遵循相同的規(guī)律，衰變方程：eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,1)e＋ν.3．書寫核反應(yīng)方程時的注意事項(1)核反應(yīng)指的是在原子核內(nèi)部核子數(shù)發(fā)生相應(yīng)的變化，而化學(xué)反應(yīng)指的是在原子核外最外層電子數(shù)發(fā)生變化，二者存在本質(zhì)的不同．(2)核反應(yīng)過程一般都不是可逆的，所以核反應(yīng)方程只能用單向箭頭表示反應(yīng)方向，不能用等號連接．(3)核反應(yīng)的生成一定要以實驗事實為基礎(chǔ)，不能依據(jù)兩個守恒規(guī)律杜撰出生成物與核反應(yīng)方程．(4)核反應(yīng)遵循質(zhì)量數(shù)守恒，而不是質(zhì)量守恒，核反應(yīng)過程中反應(yīng)前后的總質(zhì)量一般會發(fā)生變化(質(zhì)量虧損)且釋放出核能．1．以下是物理學(xué)史上3個著名的核反應(yīng)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種不同的粒子，下列說法正確的是()A．x為α粒子B．x為質(zhì)子C．y為α粒子D．y為電子E．z為中子【解析】根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可以確定x為質(zhì)子eq\o\al(1,1)H，y為eq\o\al(4,2)He即α粒子，z為中子eq\o\al(1,0)n.【答案】BCE2．用中子轟擊eq\o\al(27,13)Al，產(chǎn)生eq\o\al(24,11)Na和X粒子，eq\o\al(24,11)Na具有放射性，它衰變后變成eq\o\al(24,12)Mg，則X為________粒子，鈉的衰變過程為________衰變．【解析】無論原子核的衰變，還是原子核的人工轉(zhuǎn)變，都滿足質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，根據(jù)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.顯然，X粒子是α粒子，鈉發(fā)生了β衰變．【答案】αβ3．完成下列各核反應(yīng)方程，并指出哪個核反應(yīng)是首次發(fā)現(xiàn)質(zhì)子、中子和正電子的．(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由此核反應(yīng)使查德威克首次發(fā)現(xiàn)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此核反應(yīng)使盧瑟福首次發(fā)現(xiàn)了質(zhì)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(正電子)此核反應(yīng)使約里奧—居里夫婦首次發(fā)現(xiàn)了正電子．【答案】見解析書寫核反應(yīng)方程的四條重要原則1．質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒；2．中間用箭頭，不能寫成等號；3．能量守恒(中學(xué)階段不作要求)；4．核反應(yīng)必須是實驗中能夠發(fā)生的．放射性同位素及其應(yīng)用eq\o([先填空])1．放射性同位素(1)具有相同質(zhì)子數(shù)而中子數(shù)不同的原子，在元素周期表中處于同一位置，因而互稱同位素．(2)具有放射性的同位素，叫做放射性同位素．(3)發(fā)現(xiàn)正電子的核反應(yīng)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，它是一種中性粒子，質(zhì)量近似為零．2．放射性同位素的應(yīng)用放射性同位素的應(yīng)用主要分為三類：(1)射線的應(yīng)用；(2)示蹤原子的應(yīng)用；(3)半衰期的應(yīng)用．3．放射線的危害及防護(hù)(1)危害人體受到長時間大劑量的射線照射，就會使細(xì)胞、組織、器官受到損傷，破壞人體DNA分子結(jié)構(gòu)，有時甚至?xí)l(fā)癌癥，或者造成下一代遺傳上的缺陷，過度照射時，人常常會出現(xiàn)頭痛、四肢無力、貧血等多種癥狀，重者甚至死亡．(2)防護(hù)輻射防護(hù)的基本方法有時間防護(hù)、距離防護(hù)和屏蔽防護(hù)．要防止放射性物質(zhì)對水源、空氣、用具、工作場所的污染，要防止射線過多地長時間地照射人體．eq\o([再判斷])1．利用示蹤原子來推斷地層或古代文物的年代．(×)2．可以利用放射性同位素的射線進(jìn)行無損探傷，生物育種等．(√)3．醫(yī)學(xué)上做射線治療用的放射性元素，應(yīng)選半衰期長的．(×)eq\o([后思考])存在射線危險的地方，常能看到如圖4-3-1所示的標(biāo)志．你在什么地方見過這個標(biāo)志？為了保護(hù)人身安全，在有這樣的標(biāo)志的場所，應(yīng)該注意什么？圖4-3-1【提示】在醫(yī)院的放射室看到這個標(biāo)志．一般情況要遠(yuǎn)離這些地方，特殊情況下要在醫(yī)生指導(dǎo)下進(jìn)出這些場所．1．放射性同位素分類可分為天然放射性同位素和人工放射性同位素兩種，天然放射性同位素不過40多種，而人工放射性同位素已達(dá)1000多種，每種元素都有自己的放射性同位素．2．人工放射性同位素的優(yōu)點(1)放射強(qiáng)度容易控制；(2)可以制成各種所需的形狀；(3)半衰期比天然放射性物質(zhì)短得多，放射性廢料容易處理．因此，凡是用到射線時，用的都是人工放射性同位素．3．放射性同位素的主要應(yīng)用(1)利用它的射線．①工業(yè)部門使用射線測厚度——利用γ射線的穿透特性；②農(nóng)業(yè)應(yīng)用——γ射線使種子的遺傳基因發(fā)生變異，殺死使食物腐敗的細(xì)菌，抑制蔬菜發(fā)芽，延長保存期等；③醫(yī)療上——利用γ射線的高能量治療癌癥．(2)作為示蹤原子：放射性同位素與非放射性同位素有相同的化學(xué)性質(zhì)，通過探測放射性同位素的射線確定其位置．4．下列哪些應(yīng)用是把放射性同位素作為示蹤原子()A．γ射線探傷儀B．利用含有放射性碘131的油，檢測地下輸油管的漏油情況C．利用鈷60治療腫瘤等疾病D．把含有放射性元素的肥料施給農(nóng)作物，用檢測放射性的辦法確定放射性元素在農(nóng)作物內(nèi)轉(zhuǎn)移和分布情況，找出合理施肥的規(guī)律E．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，幫助診斷甲狀腺的疾病【解析】A是利用了γ射線的穿透性；C利用了γ射線的生物作用；B、D、E是利用示蹤原子．【答案】BDE5．關(guān)于放射性同位素的應(yīng)用，下列說法中正確的有()A．放射線改變了布料的性質(zhì)使其不再因摩擦而生電，因此達(dá)到了消除有害靜電的目的B．利用γ射線的貫穿性可以為金屬探傷C．用放射線照射作物種子能使其DNA發(fā)生變異，其結(jié)果一定是成為更優(yōu)秀的品種D．用γ射線治療腫瘤時一定要嚴(yán)格控制劑量，以免對人體正常組織造成太大的傷害E．不能利用γ射進(jìn)行人體透視【解析】利用放射線消除有害靜電是利用α射線的電離性，使空氣分子電離成導(dǎo)體，將靜電泄出，A錯誤；γ射線對人體細(xì)胞傷害太大，因此不能用來人體透視，在用于治療腫瘤時要嚴(yán)格控制劑量，B、D、E正確；DNA變異并不一定都是有益的，C錯誤．【答案】BDE6．正電子發(fā)射計算機(jī)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(fù)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(jī)處理后產(chǎn)生清晰的圖象．根據(jù)PET原理，回答下列問題：(1)寫出15O的衰變和正負(fù)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)________．(選填“長”“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，并能與人體內(nèi)