天然放射现象
物质发射射线的性质称为放射性,具有放射性的元素称为放射性的元素。所有原子序数大于82的元素,都能自发地放出射线(有些原子序数小于83的元素也具有放射性)。元素的这种自发地放出射线的现象叫做天然放射现象。
放射线的种类和特征
将放射性物质放出的射线进行实验(如射入磁场中的偏转实验等),表明放射性物质放出的射线有三种:α射线、β射线、γ射线,将它们的特征列表对比如下:
α射线 |
带正电的氦核流 |
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β射线 |
高速电子流 |
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γ射线 |
γ光子流或高频电磁波 |
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无静止质量 |
α射线 |
射出速度 |
电离本领大 |
穿透本领小 |
β射线 |
接近光速 |
较小 |
较大 |
γ射线 |
光速c |
小 |
大 |
7、原子核的衰变
天然放射现象说明原子核具有复杂的结构。原子核放出α粒子或β粒子,并不表明原子核内有α粒子或β粒子(很明显,β粒子是电子流,而原子核内不可能有电子存在),放出后就变成新的原子核,这种变化称为原子核的衰变。
(1)衰变规律:原子核衰变时,前后的电荷数和质量数都守恒。
(2)衰变方程:
γ射线经常是伴随α射线和β射线产生的。
(1)元素的半衰期
放射性元素衰变的快慢用半衰期来表示,放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间,叫做这种元素的半衰期。
(2)公式表示:, 式中、分别表示衰变前的放射性元素的原子数和质量,、分别表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量,t表示衰变时间,T表示半衰期。
(3)半衰期的大小由这种元素原子核内部本身的因素决定,跟原子所处的物理或化学状态无关。半衰期是一个统计规律,只对大量的原子核适用,对少数个别的原子核,衰变时不存在半衰期规律。
探测放射线的方法
(1)放射线的粒子与其他物质作用的主要现象是:①使气体电离;②使照相底片感光;③使荧光物质产生荧光。
(2)科研中常用的探测射线的方法:①威耳孙云室;②气泡室;③盖革—弥勒计数器
放射性的应用与防护
(1)有些同位素具有放射性,叫做放射性同位素。天然放射性同位素只有40多种,而用人工方法得到的放射性同位素已达1000多种,并获得了广泛的应用。
(2)放射性同位素主要应用在两个方面:①利用它的射线;②作为示踪原子。过量的放射性会对环境造成污染,对人类和自然界产生破坏作用,因此在利用的同时,要采取有效地防范措施。
例题:
例1:一瓶有放射性同位素的溶液,测得平均每分钟内有8×个 原 子 发 生 衰 变。已 知 该 同 位 素的 半 衰 期 为 2天,衰 变 后 的 物 质 不 具 有 放 射 性。现 将 该 溶 液 倒 入 水 库, 设 10天 后 溶 液 均匀分布到库水中,这时从水库中取出的水,测得平均每分钟内有20个原子发生衰变,能否由此推算该水库中现存的水量?
分析:此题考查对半衰期的理解
解答:设该同位素溶液的质量为,半衰期T =2天,经10天后水库中仅有
则10天后平均每分钟衰变原子核个数为:
在容积为V的水库中取出的水,每分钟衰变原子核个数为20个。所以
即水库中水量为。
点评:本题联系实际,给定了一种运用放射性元素的半衰期测定水库水量的方法,对此类型实际问题的研究时,关键是注重知识的迁移和模型的建立。
例2:如图是工厂利用放射线自动控制铝板厚度的装置示意图。
(1)请你简述自动控制的原因。
(2)如果工厂生产的是厚度为1mm的铝板,在α、β和γ三种射线,你认为哪一种射线在铝板的厚度控制中起主要作用,为什么?
分析:此题考查对三种射线的理解。
解答:(1)放射线具有穿透本领,如果向前运动的铝板厚度有变化,则探测器接收到的放射线的强度就会随之变化,这种变化被转变为电信号输入到相应的装置,进而自动控制如图中右侧的两个轮间的距离,使铝板的厚度恢复正常。
(2)β射线起主要作用。因为α射线的贯穿本领很小,一张薄纸就能把它挡住,更穿不过1mm厚的铝板;γ射线的贯穿本领非常强,能穿过几厘米厚的铝板,1mm左右厚的铝板厚度发生变化时,透过铝板射线强度变化不大;β射线的贯穿本领较强,能穿过几毫米厚的铝板,当铝板的厚度发生变化时,透过铝板的射线强度变化较大,探测器可明显地反映出这种变化,使自动化系统作出相应的反应。
点评:注重知识的综合运用和理论联系实际题型的训练和探究,特别是要找准课本知识与实际问题的结合点。