4 放射性的应用与防护 (6)(精品).ppt
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1、=新课标物理选修3-5=:第十九章:原子核原子核zxxk19.4 19.4 19.4 19.4 放射性的应用与防护放射性的应用与防护放射性的应用与防护放射性的应用与防护问题情景:问题情景:为了使水果、蔬菜或其它的食物能存放的为了使水果、蔬菜或其它的食物能存放的时间长一些,能在长时间保持新鲜,你有时间长一些,能在长时间保持新鲜,你有什么办法?什么办法?辐辐射射方方法法处处理理粮粮食食导入新课导入新课三种射线在磁场中的运动轨迹不同 射线射线的实质就是高速运动的氦核流 射线射线的实质就是高速运动的电子流。射线射线是一种电磁波。知识回顾1、衰变 用衰变方程式来表示:23892U23490Th+42He
2、 2、衰变 用衰变方程式来表示:10n11H0-1e3、衰变方程式遵守的规律:(1)质量数守恒 (2)核电荷数守恒知识回顾 本节课我们要学习核反应的另一本节课我们要学习核反应的另一种形式:种形式:人工转变人工转变以及以及人工转变产生的人工转变产生的放射性同位素的应用和核辐射的防护放射性同位素的应用和核辐射的防护。引入引入引入引入前面已经学习了核反应的一种形式:衰变。衰变衰变是原子核的是原子核的自发自发变化,科学家更希变化,科学家更希望望人工控制人工控制原子核的变化。原子核的变化。一、核反应一、核反应一、核反应一、核反应 卢瑟福在实验中发现,往容器中通入卢瑟福在实验中发现,往容器中通入氮气后,在
3、荧光屏上出现了闪光,用氮气后,在荧光屏上出现了闪光,用粒粒子击中氮核而使该核发生变化子击中氮核而使该核发生变化放出氧放出氧17。卢。卢瑟福通过人工方法实现了原子核的转变,瑟福通过人工方法实现了原子核的转变,人人类第一次打开了原子核的大门类第一次打开了原子核的大门。射线射线射线射线铝铝铝铝箔箔箔箔荧荧荧荧光光光光屏屏屏屏氮气氮气氮气氮气显微镜显微镜显微镜显微镜一、核反应一、核反应一、核反应一、核反应1、卢瑟福用、卢瑟福用粒子粒子轰击轰击氮核氮核,生成,生成质子质子和和氧氧17.第一次实现了原子核的人工转变。第一次实现了原子核的人工转变。一、核反应一、核反应一、核反应一、核反应核反应:核反应:原子
4、核在其他粒子的轰击下产原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程。生新原子核的过程。用用粒子、质子、中子等去轰击其它元素的原子粒子、质子、中子等去轰击其它元素的原子核,也都产生类似的转变,并产生质子,说明质子核,也都产生类似的转变,并产生质子,说明质子是各种原子核里都有的成分,质子是人类继电子、是各种原子核里都有的成分,质子是人类继电子、光子后发现的第三个基本粒子。光子后发现的第三个基本粒子。核反应中核反应中质量数质量数与与电荷数电荷数守恒守恒核反应是核反应是原子核的变化原子核的变化,化学,化学 反应是反应是核外电子的变化核外电子的变化一、核反应一、核反应一、核反应一、核反应 为了认定新粒子,
5、把新粒子引进电场和为了认定新粒子,把新粒子引进电场和磁场,测出了它的磁场,测出了它的质量和电量质量和电量,确认与氢核,确认与氢核相同:相同:带有一个单位的正电量,质量是电子带有一个单位的正电量,质量是电子质量的质量的1800 多倍。多倍。卢瑟福把它叫做质子质子的符号是卢瑟福把它叫做质子质子的符号是 p 1930年,德国科学家年,德国科学家玻特玻特和和贝克贝克用用粒子轰粒子轰击击元素元素 铍核,发现铍核没射出质子,而放出了一铍核,发现铍核没射出质子,而放出了一种新的射线(铍辐射)这种射线几乎不能使种新的射线(铍辐射)这种射线几乎不能使气体电离,在电场和磁场中也不发生偏转,是气体电离,在电场和磁场
6、中也不发生偏转,是不带电的,不带电的,射线的贯穿能力强,他们认为这是射线的贯穿能力强,他们认为这是射线射线经检测,射线的能量在经检测,射线的能量在10eV左右,左右,远远大于天然放射物质衰变时发出的大于天然放射物质衰变时发出的射线的能量射线的能量材料材料中子的发现中子的发现 1931年,年,约里奥夫妇约里奥夫妇重复了玻特和贝克的实验,并用这种重复了玻特和贝克的实验,并用这种未未知射线(铍辐射)知射线(铍辐射)去轰击石蜡去轰击石蜡。结果竟从中打出能量约。结果竟从中打出能量约5.7 MeV的质子这是异常惊人的新发现,因为其行为完全不同于的质子这是异常惊人的新发现,因为其行为完全不同于射线,射线,射
7、线只能打出电子而打不出质子,射线只能打出电子而打不出质子,光子的质量近乎,电子光子的质量近乎,电子也很轻,光子撞击电子,使它动起来是合乎常理的,但质子质也很轻,光子撞击电子,使它动起来是合乎常理的,但质子质量是电子的量是电子的1800倍,一颗子弹怎么能撞动一辆汽车呢?如果认倍,一颗子弹怎么能撞动一辆汽车呢?如果认为轰击石蜡的射线是为轰击石蜡的射线是射线,那么光子的能量应达射线,那么光子的能量应达55 MeV,这与,这与实际测得的射线能量实际测得的射线能量10 MeV相去甚远相去甚远可惜的是,他们可惜的是,他们擦肩而过,无缘相识擦肩而过,无缘相识。面对。面对55eV与与10eV的矛盾的矛盾,他们
8、还是十分,他们还是十分牵强地解释为其它的原因牵强地解释为其它的原因,并于,并于1932年年月月11日向巴黎科学院提交了实验情况和对未知射线判定为日向巴黎科学院提交了实验情况和对未知射线判定为射射线的结论。线的结论。材料材料中子的发现中子的发现 1932年月底,年月底,查得威克查得威克得到这一得到这一论文,约里奥夫妇的实验使他心跳,他论文,约里奥夫妇的实验使他心跳,他认为约里奥夫妇的结论肯定有误,违反认为约里奥夫妇的结论肯定有误,违反能量守恒啊!能量守恒啊!他敏感到这很可能是导师他敏感到这很可能是导师他敏感到这很可能是导师他敏感到这很可能是导师卢瑟福预言、自己苦苦寻找了卢瑟福预言、自己苦苦寻找了
9、卢瑟福预言、自己苦苦寻找了卢瑟福预言、自己苦苦寻找了12121212年的中年的中年的中年的中子子子子。他决定他决定用云室的方法用云室的方法用云室的方法用云室的方法探测射线的速探测射线的速度和质量。度和质量。材料材料中子的发现中子的发现 他先测出射线的速度不到光速的十分之一,排除了是他先测出射线的速度不到光速的十分之一,排除了是他先测出射线的速度不到光速的十分之一,排除了是他先测出射线的速度不到光速的十分之一,排除了是射线的可能,又用弹性碰撞动量守恒的方法测出不带电射线的可能,又用弹性碰撞动量守恒的方法测出不带电射线的可能,又用弹性碰撞动量守恒的方法测出不带电射线的可能,又用弹性碰撞动量守恒的方
10、法测出不带电粒子的质量与质子质量差不多。他还确定这不带电的粒子粒子的质量与质子质量差不多。他还确定这不带电的粒子粒子的质量与质子质量差不多。他还确定这不带电的粒子粒子的质量与质子质量差不多。他还确定这不带电的粒子不可能是由质子和电子组合而成,只能是另一种新的独立不可能是由质子和电子组合而成,只能是另一种新的独立不可能是由质子和电子组合而成,只能是另一种新的独立不可能是由质子和电子组合而成,只能是另一种新的独立粒子,他称之为中子。就这样,仅用了十天时间,成功地粒子,他称之为中子。就这样,仅用了十天时间,成功地粒子,他称之为中子。就这样,仅用了十天时间,成功地粒子,他称之为中子。就这样,仅用了十天
11、时间,成功地证实了这种中性射线就是中子流。他当之无愧地成为证实了这种中性射线就是中子流。他当之无愧地成为证实了这种中性射线就是中子流。他当之无愧地成为证实了这种中性射线就是中子流。他当之无愧地成为“中子之父中子之父中子之父中子之父”,并因此获,并因此获,并因此获,并因此获1935193519351935年诺贝尔物理奖。年诺贝尔物理奖。年诺贝尔物理奖。年诺贝尔物理奖。中子的发现,有重大的意义:中子的发现,有重大的意义:中子的发现,有重大的意义:中子的发现,有重大的意义:中子不带电,用它去轰击原子核,不受库仑力的影响,中子不带电,用它去轰击原子核,不受库仑力的影响,中子不带电,用它去轰击原子核,不
12、受库仑力的影响,中子不带电,用它去轰击原子核,不受库仑力的影响,是研究原子核的强有力的是研究原子核的强有力的是研究原子核的强有力的是研究原子核的强有力的“炮弹炮弹炮弹炮弹”。在此以前,可供在此以前,可供在此以前,可供在此以前,可供研究用的研究用的研究用的研究用的“炮弹炮弹炮弹炮弹”只有天然放射元素发出的只有天然放射元素发出的只有天然放射元素发出的只有天然放射元素发出的、三种射线,三种射线,三种射线,三种射线,中子流则是穿透本领更大,轰击原子核中子流则是穿透本领更大,轰击原子核中子流则是穿透本领更大,轰击原子核中子流则是穿透本领更大,轰击原子核更有效的更有效的更有效的更有效的“炮弹炮弹炮弹炮弹”
13、,人们用它轰击各种原子核,获得人们用它轰击各种原子核,获得人们用它轰击各种原子核,获得人们用它轰击各种原子核,获得了许多人工放射性同位素,了许多人工放射性同位素,了许多人工放射性同位素,了许多人工放射性同位素,用它轰开铀核,实现了原用它轰开铀核,实现了原用它轰开铀核,实现了原用它轰开铀核,实现了原子能的利用子能的利用子能的利用子能的利用。用用用用 粒子、质子、中子等粒子、质子、中子等粒子、质子、中子等粒子、质子、中子等去轰击其它元素的原子核,也去轰击其它元素的原子核,也去轰击其它元素的原子核,也去轰击其它元素的原子核,也都产生类似的转变。都产生类似的转变。都产生类似的转变。都产生类似的转变。在
14、核反应中,在核反应中,质量数质量数和电荷数和电荷数都守恒。都守恒。2、查德威克用、查德威克用粒子粒子轰击轰击铍核铍核发现发现中子中子 n:一、核反应一、核反应一、核反应一、核反应1 1、定义:、定义:原子核在其他粒子的轰击下产生新原原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程,子核的过程,-核反应核反应2 2、规律:、规律:在核反应中,质量数和电荷数都守恒在核反应中,质量数和电荷数都守恒3 3、两个人工核转变方程、两个人工核转变方程一、核反应小结一、核反应小结一、核反应小结一、核反应小结(1)发现质子的核反应方程)发现质子的核反应方程卢瑟福卢瑟福(2)发现中子的核反应方程)发现中子的核反应方程查
15、德威克查德威克二、人工放射性二、人工放射性二、人工放射性二、人工放射性同位素同位素同位素同位素材料材料居里夫妇发现放射性同位居里夫妇发现放射性同位素和素和正电子正电子19341934年,约里奥年,约里奥居里和伊丽芙居里和伊丽芙居里在用粒子居里在用粒子轰击铝箔时,除探测到预料中的中子外,还轰击铝箔时,除探测到预料中的中子外,还探探测到了正电子测到了正电子,正电子的质量跟电子相同,所,正电子的质量跟电子相同,所带电荷与电子相反,为一个单位的正电荷,更带电荷与电子相反,为一个单位的正电荷,更意外的是,拿走放射源后,铝箔虽不再发射中意外的是,拿走放射源后,铝箔虽不再发射中子,但仍继续发射正电子,而且这
16、种放射性也子,但仍继续发射正电子,而且这种放射性也有一定的半衰期原来,铝核被粒子击中后发有一定的半衰期原来,铝核被粒子击中后发生了下面的反应:生了下面的反应:1934年,约里奥年,约里奥居里夫妇居里夫妇 发现发现粒子轰粒子轰击的铝片中含有放射性磷击的铝片中含有放射性磷 :反应生成物反应生成物 P 是磷的一种同位素,是磷的一种同位素,自然界没有天然的自然界没有天然的 ,它是通过核,它是通过核反应生成的反应生成的人工放射性同位素人工放射性同位素。有些同位素具有放射性,叫做有些同位素具有放射性,叫做放射性同位素放射性同位素.二、人工放射性同位素二、人工放射性同位素二、人工放射性同位素二、人工放射性同
17、位素人工转变与衰变的比较人工转变与衰变的比较人工转变与衰变的比较人工转变与衰变的比较相同点:相同点:在发生过程中在发生过程中质量数质量数和和电荷数电荷数都都守恒;反应前后粒子守恒;反应前后粒子总动量守恒总动量守恒不同点:不同点:人工转变是一种核反应人工转变是一种核反应,是其他粒子与原,是其他粒子与原子核相碰撞的结果,需要一定的装置和条子核相碰撞的结果,需要一定的装置和条件才能发生件才能发生衰变是原子核衰变是原子核自发自发的变化,不受物理化学的变化,不受物理化学条件的影响条件的影响1、放射性同位素、放射性同位素天然存在的放射性元素只有四十几种天然存在的放射性元素只有四十几种,但用但用人工方法人工
18、方法得到的放射性性同位素有得到的放射性性同位素有一千多种一千多种,因而放射性同位素有着广泛,因而放射性同位素有着广泛的用途。由于同位素的核电荷数相同,的用途。由于同位素的核电荷数相同,所以化学性质相同。所以化学性质相同。天然放射性同位素天然放射性同位素人工放射性同位素人工放射性同位素二、人工放射性同位素二、人工放射性同位素二、人工放射性同位素二、人工放射性同位素 与天然的放射性物质相比,人工放与天然的放射性物质相比,人工放射性同位素有以下特点:射性同位素有以下特点:1、放射强度容易控制、放射强度容易控制2、可以制成各种需要的形状、可以制成各种需要的形状3、半衰期更短、半衰期更短,4、放射性废料
19、容易处理放射性废料容易处理二、人工放射性同位素二、人工放射性同位素二、人工放射性同位素二、人工放射性同位素三、放射性同位素三、放射性同位素三、放射性同位素三、放射性同位素的应用的应用的应用的应用(1)利用它的射线)利用它的射线A、由于、由于射线贯穿本领强,可以用来射线贯穿本领强,可以用来射线检查射线检查金属内部有没有砂眼或裂纹,所用的设备叫金属内部有没有砂眼或裂纹,所用的设备叫射射线探伤仪线探伤仪B、利用射线的穿透本领与物质厚度密度的关系,、利用射线的穿透本领与物质厚度密度的关系,来检查各种产品的厚度和密封容器中液体的高度来检查各种产品的厚度和密封容器中液体的高度等,从而等,从而实现自动控制。
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