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1、第三节 探测射线的方法 第十九章 原子核 1 一 探测射线方法的原理一 探测射线方法的原理 1 原理 射线中的粒子与其他物质作用时 产生的现象 显示射线的存在 2 现象举例 粒子使气体或液体电离 以这些离子为核心 过 饱和的蒸汽会产生雾滴 过热液体会产生气泡 使照相乳胶感光 使荧光物质产生荧光 2 二 探测射线的方法一二 探测射线的方法一 威尔逊云室威尔逊云室 1 结构 构造 一个圆筒状容器 低部可以上下移动 上盖 是透明的 内有干净空气 实验时 加入少量酒精 使酒精蒸汽达到过饱 和状态 3 3 三种射线径迹的特点 射线线 直而粗 原因 粒子质质量大 不易改变变方向 电电离本领领大 沿途产产生
2、的离子多 射线线 比较细较细 而且常常弯曲 原因 粒子质质量小 跟气体 碰撞易 改变变方向 电电离本领领小 沿途产产生 的离子少 粒子的电离本领很小 一般看不到它 的径迹 射线线 射线线 2 工作原理 射线使气体分子电离 过饱和蒸 汽以离子为中心凝结成雾滴 显示运动轨迹 4 二 探测射线的方法二二 探测射线的方法二 气泡室气泡室 气泡室是由一密闭容器组成 容器中盛有工作液体 5 液体在特定的温度和压力下进行绝热膨胀 由于 在一定的时间间隔内 例如50ms 处于过热状态 液体不会马上沸腾 这时如果有高速带电粒子通过 液体 在带电粒子所经轨迹上不断与液体原子发生 碰撞而产生低能电子 因而形成离子对
3、 这些离子 在复合时会引起局部发热 从而以这些离子为核心 形成胚胎气泡 经过很短的时间后 胚胎气泡逐渐 长大 就沿粒子所经路径留下痕迹 如果这时对其 进行拍照 就可以把一连串的气泡拍摄下来 从而 得到记录有高能带电粒子轨迹的底片 照相结束后 在液体沸腾之前 立即压缩工作 液体 气泡随之消失 整个系统就很快回到初始 状态 准备作下一次探测 1 工作原理 6 气泡室中带电粒子的径迹 气泡室的优点 它的空间和时间分辨率高 工作循环周期短 本底 干净 径迹清晰 可反复操作 但也有不足之处 那就是扫描和测量时间还嫌太长 体积有限 而 且甚为昂贵 7 一种能自动把放射 微粒计数出来的仪 器 利用了射线的
4、电离本领 三 探测射线的方法三三 探测射线的方法三 盖革 米勒计数器 8 第四节 放射性的应用与防护 第十九章 原子核 xx 9 问题情景 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 什么办法 辐 射 方 法 处 理 粮 食 10 1 定义 原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核 的过程 核反应 2 规律 在核反应中 质量数和电荷数都守恒 一 核反应 11 卢瑟福在实验中发现 往容器 中通入氮气后 在荧光屏 上出现了闪光 这表明 有一种新的能量比 粒子大的粒子穿 过铝箔 撞击在 屏上 这种粒子肯定是在 粒子击中某个氮 核而使该核发生变化时放出的 这样 卢瑟福通过人
5、工方法 实现了原子核的转变 人类第一次打开了原子核的大门 材料 质子的发现质子的发现 12 为了认定新粒子 把新粒子引进电场和磁场 测出了它的质量 和电量 确认与氢核相同 带有一个单位的正电量 质量是电 子质量的1800 多倍 卢瑟福把它叫做质子 质子的符号是 p 材料 质子的发现 用 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 13 1930年 德国科学家玻特和贝克用 粒子轰击 元素 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气体电离 在 电场和磁
6、场中也不发生偏转 是不带电的 射线的贯 穿能力强 他们认为这是 射线 经检测 射线的能量 在10 eV左右 远大于天然放射物质衰变时发出的远大于天然放射物质衰变时发出的 射射 线的能量线的能量 材料 中子的发现 14 1931年 约里奥夫妇重复了玻特和贝克的实验 并用这种未 知射线 铍辐射 去轰击石蜡 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 射线 射线只能打出电子而打不出质子 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 质量是电子的1800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 射线 那么光子
7、的能量应达55 MeV 这 与实际测得的射线能量10 MeV相去甚远 可惜的是 他们擦肩而过 无缘相识 面对55eV与10eV 的矛盾 他们还是十分牵强地解释为其它的原因 并于1932年 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 射 线的结论 材料 中子的发现 15 1932年 月底 查得威克得到这一 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 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 卢瑟福预言 自己苦苦寻找了卢瑟福预言 自己苦苦寻找了1212年的中年的中 子子 他决定用云室的方法用云室的方法探测射线的速 度和质量 材料 中子的发现 他
8、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 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 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 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
9、子之父 并因此获 并因此获19351935年诺贝尔物理奖 年诺贝尔物理奖 16 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 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 在此以前 可供在此以前 可供 研究用的研究用的 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 三种射线 三种射线 中子流则是穿透本领更大 轰击原子核更中子流则是穿透本领更大 轰击原子核更 有效的有效的 炮弹炮弹 人们用它轰击各种原子核 获得了许人们用它轰击各种原子核 获得了许 多人工放射性同位素 多人工放射
10、性同位素 用它轰开铀核 实现了原子能用它轰开铀核 实现了原子能 的利用的利用 17 1 定义 原子核在其他粒子的轰击下产生新原 子核的过程 核反应 2 规律 在核反应中 质量数和电荷数都守恒 一 核反应 3 几个人工核转变方程 18 19341934年 约里奥年 约里奥 居里和伊丽芙居里和伊丽芙 居里在用粒子轰击铝箔时 除居里在用粒子轰击铝箔时 除 探测到预料中的中子外 还探测到预料中的中子外 还探测到了正电子探测到了正电子 正电子的质量 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 跟电子相同 所带电荷与电子相反 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
11、射中子 但仍继更意外的是 拿走放射源后 铝箔虽不再发射中子 但仍继 续发射正电子 而且这种放射性也有一定的半衰期 原来 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生了下面的反应 铝核被粒子击中后发生了下面的反应 二 人工放射性同位素及其应用二 人工放射性同位素及其应用 1 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 但用人工方法人工方法得到的得到的 放射性性同位素有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的 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 所以化学性质相同 用途
12、 由于同位素的核电荷数相同 所以化学性质相同 材料材料 19 反应生成物P是磷的一种同位素 也有放射性 像天然放射性元素一样发生衰变 衰变时放出 正电子 核衰变方程如下 用人工方法得到放射性同位素 这是一个很重 要的发现 后来人们用质子 氘核 中子和光 子轰击原子核 也得到了放射性同位素 20 2 与天然的放射性物质相比 人造放射性 同位素 放射强度容易控制 可以制成各种需要的形状 半衰期更短 放射性废料容易处理 21 1 利用它的射线 3 放射性同位素的应用 A 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 射线检查金射线检查金 属内部有没有砂眼或裂纹 所用的设备叫属内部
13、有没有砂眼或裂纹 所用的设备叫 射线探射线探 伤仪 伤仪 B B 利用射线的穿透本领与物质厚度密度的关系 来 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等 检查各种产品的厚度和密封容器中液体的高度等 从而实现自动控制从而实现自动控制 C C 利用射线使空气电离而把空气变成导电气体 利用射线使空气电离而把空气变成导电气体 以消除化纤 纺织品上的静电以消除化纤 纺织品上的静电 D D 利用射线照射植物 引起植物变异而培育良 利用射线照射植物 引起植物变异而培育良 种 也可以利用它杀菌 治病等种 也可以利用它杀菌 治病等 22 被不同剂量被不同剂量 射线照射
14、后的马铃薯射线照射后的马铃薯8 8个月后的个月后的 情况 左上方的马铃薯没经过情况 左上方的马铃薯没经过 射线照射 右下射线照射 右下 方的被方的被 射线照射的剂量最大 左下方保存最好的射线照射的剂量最大 左下方保存最好的 马铃薯被马铃薯被 射线照射的剂量适中 射线照射的剂量适中 23 鲁棉一号 就是山东省棉花研究所的科技人 员应用放射性同位素钴 60放出的伽玛射线处 理棉花杂交的后代育成的 24 2 作为示踪原子 用于工业 农业及生物研究等 棉花在结桃 开花的时候需要较棉花在结桃 开花的时候需要较 多的磷肥 把磷肥喷在棉花叶子多的磷肥 把磷肥喷在棉花叶子 上 磷肥也能被吸收 但是 什上 磷肥
15、也能被吸收 但是 什 么时候的吸收率最高 磷在作物么时候的吸收率最高 磷在作物 体内能存留多长时间 磷在作物体内能存留多长时间 磷在作物 体内的分布情况等 用通常的方体内的分布情况等 用通常的方 法很难研究 如果用磷的放射性法很难研究 如果用磷的放射性 同位素制成肥料喷在棉花叶面上同位素制成肥料喷在棉花叶面上 然后每隔一定时间用探测器测 然后每隔一定时间用探测器测 量棉株各部位的放射性强度 上量棉株各部位的放射性强度 上 面的问题就很容易解决 面的问题就很容易解决 25 人体甲状腺的工作需要碘 碘被吸收后会聚 集在甲状腺内 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
16、组织的放射强度 有助于诊断甲状腺的器 质性和功能性疾病 26 3 放射性污染和防护 原子弹爆炸 核电站泄露会产生严重的污染 在利用放射性同位素给病人做 放疗 时 如果 放射性的剂量过大 皮肤和肉就会溃烂不愈 导致病人因放射性损害而死去 有些矿石中含 有过量的放射性物质 如果不注意也会对人体 造成巨大的危害 27 如图是 北京青年报 2001年9月6日 的一则报道 28 放射性同位素在农业 医疗卫生 和科学研究等许放射性同位素在农业 医疗卫生 和科学研究等许 多方面得到了广泛的应用 其应用是沿着两个方向展开多方面得到了广泛的应用 其应用是沿着两个方向展开 的 的 放 射 性 的 应 用 1 射线应用 2 示踪原子 探伤仪 培育新种 保存食物 消除有害静电 消灭害虫 治疗恶性肿瘤 农作物检测 诊断器质性和功能性疾病 生物大分子结构及功能研究 29 棉花育种 放 射 治 疗 放射线测厚仪 食品保鲜 射线探伤仪 用碘 131诊 断甲状腺 30 利用钴60的 射线治疗癌症 放疗 31 放射性污染和防护 过量的放射性会对环境造成污染 对人类和自然界过量的放射性会对环境造成污染 对人类和自然界 产生
