1、学案 3 放射性同位素 学习目标定位 1.知道什么是核反应，能够熟练写出核反应方程.2.知道什么是同位 素、放射性同位素和人工放射性同位素.3.了解放射性同位素在生产和科学领域的应用. 4.知道射线的危害及防护 1三种射线 (1) 射线是氦核流； (2) 射线是高速运动的电子流； (3) 射线是频率很高的电磁波 2半衰期：原子核数目因衰变减少到原来的一半所经过的时间，叫做半衰期半衰期 只与核内部自身的因素有关 3核反应 (1)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 在核反应过程中，原子核的质量数和电荷数会发生变化，同时伴随
2、着能量的释放或吸 收，所放出或吸收的能量叫做反应能 (3)遵循规律：质量数和电荷数总是守恒的 (4)两个常见的核反应方程 卢瑟福用 粒子轰击氮核而发现质子的核反应方程 7N He O H14 42 178 1 用 粒子轰击铍从而发现中子的核反应方程 Be He C n94 42 126 10 4放射性同位素 (1)同位素：具有相同质子数而中子数不同的原子，互称同位素 (2)放射性同位素：具有放射性的同位素，叫做放射性同位素 (3)约里奥居里夫妇在用 粒子轰击铝箔时发现正电子的核反应方程为： Al He P n， P Si e ，其中 P 是 P 的一种放射性同位素2713 42 3015 10
3、 3015 3014 01 3015 3115 5放射性同位素的应用 (1)利用放射性同位素放出的射线可进行 探伤、消除静电、培育良种、治疗癌症 (2)放射性同位素可以作为示踪原子 (3)利用元素的半衰期可推断地层或古代文物的年代 6放射线的危害及防护 (1) 射线具有很强的电离作用，但穿透能力很弱； (2) 射线有较强的穿透能力，但电离作用较弱； (3) 射线电离作用最小，穿透能力很强 辐射防护的基本方法有：时间防护、距离防护和屏蔽防护 一、核反应与核反应方程 问题设计 1阅读课本“核反应” ，说明什么是核反应？核反应的条件和实质是什么？ 答案 见要点提炼 2卢瑟福用 粒子轰击氮原子核打出了
4、质子；查德威克用 粒子轰击铍原子核打出 了中子；约里奥居里夫妇用 粒子轰击铝原子核打出了中子，得到了放射性元素磷， 磷发生 衰变放出正电子试写出上述三个典型的核反应方程 答案 见要点提炼 要点提炼 1核反应的条件：用 粒子、质子、中子甚至用光子去轰击原子核 2核反应的实质：以基本粒子( 粒子、质子、中子等)为“炮弹”去轰击原子核(靶 核 X)，从而促使原子核发生变化，生成了新原子核(Y)，并放出某一粒子 3原子核人工转变的三大发现 (1)1919 年卢瑟福发现质子的核反应： 7N He 8O H14 42 17 1 (2)1932 年查德威克发现中子的核反应： Be He C n94 42 1
5、26 10 (3)1934 年约里奥居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应： Al He P n； P Si e .2713 42 3015 10 3015 3014 01 4原子核的人工转变与衰变的比较 (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、化学条 件的影响 (2)相同点：人工转变与衰变过程一样，在发生的过程中质量数与电荷数都守恒；反应 前后粒子总动量守恒 二、放射性同位素 1放射性同位素的分类 (1)天然放射性同位素； (2)人工放射性同位素 2人工放射性同位素的优势 (1)种类
6、多天然放射性同位素只有 60 多种，而人工放射性同位素有 1 000 多种 (2)放射强度容易控制 (3)可制成各种所需的形状 (4)半衰期短，废料易处理 3对放射性同位素应用的理解 (1)射线的应用：例如利用 射线的穿透能力进行无损 射线探伤；利用 射线的 电离作用消除静电等 (2)示踪原子的应用：利用放射性元素能放出某种射线，可用探测器对它们进行追踪， 因而可利用它们进行踪迹显示 (3)半衰期的应用：在地质和考古工作中，利用放射性衰变的半衰期，来推断地层或古 代文物的年代 一、核反应和核反应方程 例 1 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) B H
7、e N( )105 42 137 (2) Be( ) C n94 126 10 (3) Al( ) Mg H2713 2712 1 (4) N He O( )147 42 178 (5) Na( ) Na H2311 2411 1 (6) Al He n( )； P Si( )2713 42 10 3015 3014 解析 (1) B He N n105 42 137 10 (2) Be He C n94 42 126 10 此核反应使查德威克首次发现了中子 (3) Al n Mg H2713 10 2712 1 (4) N He O H147 42 178 1 此核反应使卢瑟福首次发现了质子
8、 (5) Na H Na H2311 21 2411 1 (6) Al He n P； P Si e(正电子)2713 42 10 3015 3015 3014 01 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 针对训练 1 1993 年，中国科学院上海原子核研究所制得了一种新的铂元素的同位素 Pt，制取过程如下：(1)用质子轰击铍靶 Be 产生快中子；(2)用快中子轰击汞20278 94 Hg，反应过程可能有两种：生成 Pt，放出氦原子核；生成 Pt，同时放2048 20278 20278 出质子、中子(3)生成的铂 Pt 发生两次衰变，变成稳定的原子核汞 Hg.写出20278
9、2028 上述核反应方程 答案 (1) Be H B n94 1 95 10 (2) Hg n Pt He2048 10 20278 32 Hg n Pt2 H n2048 10 20278 1 10 (3) Pt Au 01 e； Au Hg e20278 20279 20279 2028 0 1 二、放射性同位素的应用 例 2 (单选)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，从而达到消除有害静电的目的 B利用 射线的贯穿性可以为金属探伤，也能进行人体的透视 C用放射线照射作物种子使其 DNA 发生变异，其结果一定是更优秀的品种 D用
10、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作用，使空气分子电离成为导体， 将静电消除 射线对人体细胞伤害太大，不能用来进行人体透视作物种子发生的 DNA 突变不一定都是有益的，还要经过筛选才能培育出优良品种用 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本题正确选项为 D. 答案 D 针对训练 2 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
11、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)(单选)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_(填“长”或“短”或“长短均 可”) 答案 (1) O N e， e e2 (2)B (3)短158 157 01 01 0 1 解析 (1)由题意得： O N e， e e2158 157 01 01 0 1 (2)将放射性同位素 15O 注入人体后，由于它能放出正电子，从而被探测器探测到，所 以它的用途是作为示踪
12、原子，B 对 (3)根据同位素的用途，为了减小对人体的伤害，半衰期应该很短 1(双选)人工放射性同位素被用作示踪原子，主要是因为( ) A人工放射性同位素不改变其化学性质 B人工放射性同位素的半衰期比天然放射性元素的半衰期长得多 C半衰期与元素所处的物理、化学状态无关 D放射性同位素容易制造 答案 AC 解析 人工放射性同位素用作示踪原子，主要是用人工放射性同位素代替没有放射性 的同位素参与正常的物理、化学、生物过程，既要利用化学性质相同，也要利用衰变 规律不受物理、化学变化的影响，同时还要考虑放射性废料容易处理，因此选项 A、C 正确，选项 B、D 错误 2(双选)下列核反应或核衰变方程中，
13、符号“X”表示中子的是( ) A. Be He CX94 42 126 B. N He OX147 42 178 C. Hg n Pt2 HX2048 10 20278 1 D. U NpX23992 2399 答案 AC 解析 根据核反应方程质量数和电荷数守恒可得 3(双选)铝箔被 粒子轰击后发生了以下核反应： Al HeX n.下列判断正确2713 42 10 的是( ) A. n 是质子 B. n 是中子10 10 CX 是 Si 的同位素 DX 是 P 的同位素2814 3115 答案 BD 解析 由核反应过程中质量数守恒、电荷数守恒知，X 是 P，故选项 C 错误，选项 D3015
14、正确； n 为中子，故选项 A 错误，选项 B 正确10 4用人工方法得到放射性同位素，这是一个很重要的发现，天然的放射性同位素只不 过 60 多种，而人工制造的放射性同位素已达 1 000 多种，每种元素都有放射性同位 素放射性同位素在工业、农业、医疗卫生和科学研究的许多方面得到了广泛的应 用 (1)(单选)带电的验电器在放射线照射下电荷会很快消失其原因是( ) A射线的贯穿作用 B射线的电离作用 C射线的物理、化学作用 D以上三个选项都不是 (2)图 1 是工厂利用放射线自动控制铝板厚度的装置示意图如果工厂生产的是厚度 1 毫米的铝板，在 、 三种射线中，你认为对铝板的厚度控制起主要作用的
15、是 _射线 图 1 (3)在我国首先用人工方法合成牛胰岛素时，需要证明人工合成的牛胰岛素结晶跟天然 牛胰岛素的结晶是同一种物质，为此曾采用放射性同位素 14C 作为_ 答案 (1)B (2) (3)示踪原子 解析 (1)因放射线的电离作用，空气中的与验电器所带电荷电性相反的离子与之中和， 从而使验电器所带电荷消失 (2) 射线穿透物质的本领弱，不能穿透厚度 1 毫米的铝板，因而探测器不能探测， 射线穿透物质的本领极强，穿透 1 毫米厚铝板和几毫米厚铝板打在探测器上很难分 辨 射线也能够穿透 1 毫米甚至几毫米厚的铝板，但厚度不同，穿透后 射线中 的电子运动状态不同，探测器容易分辨 (3)把掺入
16、 14C 的人工合成的牛胰岛素与天然牛胰岛素混合在一起，经过多次重新结晶 后，得到了放射性 14C 分布均匀的牛胰岛素结晶，这就证明了人工合成的牛胰岛素与 天然牛胰岛素完全融为一体，它们是同一种物质这种把放射性同位素的原子掺到其 他物质中去，让它们一起运动、迁移，再用放射性探测仪器进行追踪，就可以知道放 射性原子通过什么路径，运动到哪里了，是怎样分布的，从而可以了解某些不容易查 明的情况或规律人们把作为这种用途的放射性同位素叫做示踪原子 概念规律题组 1(双选)关于放射性同位素，以下说法正确的是( ) A放射性同位素与放射性元素一样，都具有一定的半衰期，衰变规律一样 B放射性同位素衰变可生成另
17、一种新元素 C放射性同位素只能是天然衰变时产生的，不能用人工方法制得 D以上说法均不对 答案 AB 解析 放射性同位素也具有放射性，半衰期也不受物理和化学因素的影响，衰变后形 成新的原子核，选项 A、B 正确；大部分放射性同位素都是人工转变后获得的，C、D 错误 2(双选)卢瑟福通过实验首次实现了原子核的人工转变，核反应方程为 He 7N42 14 8O H.下列说法中正确的是( )17 1 A通过此实验发现了质子 B实验中利用了放射源放出的 射线 C实验中利用了放射源放出的 射线 D原子核在人工转变过程中，电荷数可能不守恒 答案 AC 解析 这个核反应方程是首次实现原子核的人工转变的方程，也
18、是发现质子的核反应 方程 3(双选)关于放射性同位素的应用，下列说法中正确的是( ) A作为示踪原子是利用了放射性同位素贯穿能力很强的性质 B作为示踪原子是利用了放射性同位素放出的射线可被仪器探测到的特点 C 射线探伤利用了 射线贯穿能力很强的性质 D 射线探伤利用了 射线电离能力很强的性质 答案 BC 解析 作为示踪原子是利用放射性同位素放出的射线可被仪器探测到的特点，利用 射线探伤是利用了 射线的贯穿能力很强的性质，正确选项为 B、C. 4(双选)有关放射性同位素 P 的下列说法，正确的是( )3015 A. P 与 X 互为同位素3015 3014 B. P 与其同位素有相同的化学性质3
19、015 C用 P 制成化合物后它的半衰期变长3015 D含有 P 的磷肥释放正电子，可用作示踪原子，观察磷肥对植物的影响3015 答案 BD 解析 同位素有相同的质子数，所以选项 A 错误同位素有相同的化学性质，所以选 项 B 正确半衰期与元素属于化合物或单质没有关系，所以 P 制成化合物后它的半3015 衰期不变，即选项 C 错误含有 P 的磷肥由于衰变，可记录磷的踪迹，所以选项 D3015 正确 5(双选)下列应用中把放射性同位素作为示踪原子的是( ) A射线探伤仪 B利用含有放射性 131 53I 的油，检测地下输油管的漏油情况 C利用 Co 治疗肿瘤等疾病6027 D把含有放射性元素的
20、肥料施给农作物，用以检测确定农作物吸收养分的规律 答案 BD 解析 射线探伤仪利用了射线的贯穿能力，所以选项 A 错误利用含有放射性 131 53I 的油，可以记录油的运动踪迹，可以检查管道是否漏油，所以选项 B 正确利用 Co6027 治疗肿瘤等疾病，利用了射线的贯穿能力和高能量，所以选项 C 错误把含有放射性 元素的肥料施给农作物，可以记录放射性元素的踪迹，用以检测确定农作物吸收养分 的规律，所以选项 D 正确 6(单选)放射性在技术上有很多应用，不同的放射源可用于不同目的下表列出了一 些放射性元素的半衰期和可供利用的射线 元素 射线 半衰期 钋 210 138 天 氡 222 3.8 天
21、 元素 射线 半衰期 锶 90 28 年 铀 238 、 4.5109年 某塑料公司生产聚乙烯薄膜，方法是让厚的聚乙烯膜通过轧辊把聚乙烯膜轧薄，利用 适当的放射线来测定通过轧辊后的薄膜厚度是否均匀可利用的元素是( ) A钋 210 B氡 222 C锶 90 D铀 238 答案 C 解析 要测定聚乙烯薄膜的厚度，则要求射线可以穿透薄膜，因此 射线不合适；另 外，射线穿透作用还要受薄膜厚度影响， 射线穿透作用最强，薄膜厚度不会影响 射线穿透，所以只能选用 射线，而氡 222 半衰期太短，铀 238 半衰期太长，所 以只有锶 90 较合适 7(双选)近几年，我国北京、上海、山东、洛阳、广州等地从国外
22、引进了十多台 刀，治疗患者 5 000 余例，效果极好，成为治疗脑肿瘤的最佳仪器，用 刀治疗时不 用麻醉，病人清醒，时间短，半小时内完成手术，无需住院，因而 刀被誉为“神刀” 刀治疗脑肿瘤主要是利用( ) A 射线具有很强的贯穿本领 B 射线具有很强的电离作用 C 射线具有很高的能量 D 射线能很容易地绕过阻碍物 答案 AC 解析 射线是一种波长很短的电磁波，具有较高的能量，它的贯穿本领很强，甚至 可以穿透几厘米厚的铅板，但它的电离作用很小 刀治疗肿瘤时，通常是同时用多 束 射线，使它们穿透脑颅和健康区域在病灶处会聚，利用 射线的高能量杀死肿 瘤细胞故选项 A、C 正确 方法技巧题组 8在中子
23、、质子、电子、正电子、 粒子中选出一个适当的粒子，分别填在下列核 反应方程的横线上 (1)238 92U234 90Th_； (2) Be He C_；94 42 126 (3)234 90Th234 91Pa_； (4) P Si_；3015 3014 (5) N He O_.147 42 178 答案 (1) He (2) n (3) e (4)0 1e (5) H42 10 0 1 1 解析 在核反应过程中，遵循反应前后电荷数守恒、质量数守恒规律对参与反应的 所有基本粒子采用左下角(电荷数)配平，左上角(质量数)配平未知粒子可根据其电 荷数和质量数确定如(1)电荷数为 92902，质量数
24、为 2382344，由此可知为 粒子( He)，同理确定其他粒子分别为：中子( n)、电子( e)、正电子(0 1e)、质42 10 0 1 子( H)1 9(单选)在下列四个核反应方程中，X 1、X 2、X 3和 X4各代表某种粒子 HX 1 He n N He OX 231 42 10 147 42 178 Be He CX 3 Mg He AlX 494 42 126 2412 42 2713 以下判断中正确的是( ) AX 1是质子 BX 2是中子 CX 3是电子 DX 4是质子 答案 D 解析 根据核反应的质量数和电荷数守恒知，X 1为 H，A 错；X 2为 H，B 错；X 3为21
25、 1 n，C 错；X 4为 H，D 对10 1 10(单选)将威耳逊云室置于磁场中，一个静止在磁场中的放射性同位素原子核 P，放出一个正电子后变成原子核 Si，能近似反映正电子和 Si 核轨迹的是( )3015 3014 答案 B 解析 把放出的正电子和衰变生成物 Si 核看成一个系统，根据动量守恒定律正电子和 Si 核运动方向一定相反，C、D 可排除由 qvB m 得， R ，因为动量 mv 相等， v2R mvqB 故 R ，即 ，可见 Si 核的运动半径较小，选 B. 1q ReRSi qSiqe 141 111956 年李政道和杨振宁提出在弱相互作用中宇称不守恒，并由吴健雄用 Co 的
26、6027 衰变进行了验证，其核反应方程是 Co Ni 01 e .其中 是反中微子，它6027 AZ e e 的电荷量为零，静止质量可认为是零 (1)在上述衰变方程中，衰变产物 Ni 的质量数 A 是_，核电荷数 Z 是AZ _ (2)在衰变前 Co 核静止，根据云室照片可以看出，衰变产物 Ni 和 01 e 的运动径迹6027 不在一条直线上，如果认为衰变产物只有 Ni 和 01 e，那么衰变过程将违背_ 守恒定律 (3) Co 是典型的 放射源，可用于作物诱变育种我国应用该方法培育出了许多农6027 作物新品种，如棉花高产品种“鲁棉 1 号” ，年种植面积曾达到 3 000 多万亩，在我国
27、 自己培育的棉花品种中栽培面积最大 射线处理作物后主要引起_，从而产 生可遗传的变异 答案 (1)60 28 (2)动量 (3)基因突变 解析 (1)根据质量数和电荷数守恒，核反应方程写成： Co Ni 01 e ，6027 6028 e 由此得出两空分别为 60 和 28. (2)衰变过程遵循动量守恒定律原来静止的核动量为零，分裂成两个粒子后，这两个 粒子的动量和应还是零，则两粒子径迹必在同一直线上现在发现 Ni 和 01 e 的运动 径迹不在同一直线上，如果认为衰变产物只有 Ni 和 01 e，就一定会违背动量守恒定 律 (3)用 射线照射种子，会使种子的遗传基因发生突变，从而培育出优良品
28、种 创新应用题组 121934 年，约里奥居里夫妇在用 粒子轰击铝箔时，除了测到预料中的中子外， 还探测到了正电子正电子的质量跟电子的质量相同，带一个单位的正电荷，跟电子 的电性正好相反，是电子的反粒子更意外的是，拿走 放射源以后，铝箔虽不再发 射中子，但仍然继续发射正电子，而且这种放射性也有一定的半衰期原来，铝箔被 粒子击中后发生了如下反应： Al He P n，这里的 P 就是一种人工放射2713 42 3015 10 3015 性同位素，正电子就是它衰变过程中放射出来的 (1)写出放射性同位素 P 放出正电子的核反应方程3015 (2)放射性同位素 P 放出正电子的衰变称为正 衰变，我们知道原子核内只有中子3015 和质子，那么正 衰变中的正电子从何而来？ 答案 见解析 解析 (1)核反应方程为 P Si e.3015 3014 01 (2)原子核内只有质子和中子，没有电子，也没有正电子，正 衰变是原子核内的一 个质子转换成一个中子，同时放出正电子，核反应方程为 H n e.1 10 01
