19.4 放射性的应用与防护 课件 -2023-2024学年高二下学期物理人教版选修3-5

第十九章 原子核 19.4 放射性的应用与防护 学习目标： 1、知道什么是核反应，会写出人工转变方程； 2、知道什么是放射性同位素，人造和天然放射性物质的主要不同点； 3、了解放射性在生产和科学领域的应用； 4、知道放射性污染及其对人类和自然产生的严重危害，了解防范放射线的措施，建立防范意识。 重点难点： 1、人工转变的两个核反应方程及反应过程中遵循的规律。 一、历史足迹 1、卢瑟福发现质子 卢瑟福在实验中发现，往容器Ｃ中通入氮气后，在荧光屏Ｓ上出现了闪光，这表明，有一种新的能量比α粒子大的粒子穿过铝箔，撞击在Ｓ屏上，这种粒子肯定是在α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。 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 H 或 P 在云室里做卢瑟福实验，还可以根据径迹了解整个人工转变的过程．英国物理学家布拉凯特在所拍摄的两万多张照片的40多万条α粒子径迹中，发现了８条产生分叉的记录． 分叉情况表明，α粒子击中氮核后，生成一个新核，同时放出质子。新核的电量较大速度较慢，径迹短而粗；质子速度大，电量小，故径迹细而长．根据核反应中质量数守恒和电荷数守恒，可以写出这个发现质子的核反应方程并得知氮核放出质子后变成了氧核． 用α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。 α粒子 铝箔 荧光屏 氮气 显微镜 2、查德威克发现中子 1930年，德国科学家玻特和贝克用α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γ射线．经检测，射线的能量在10ＭeV左右，远大于天然放射物质衰变时发出的γ射线的能量． 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γ射线，γ射线只能打出电子而打不出质子，γ光子的质量近乎０，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γ射线，那么光子的能量应达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１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γ射线的结论。 1932年１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卢瑟福预言、自己苦苦寻找了12年的中子。他决定用云室的方法探测射线的速度和质量。 他先测出射线的速度不到光速的十分之一，排除了是γ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”，并因此获1935年诺贝尔物理奖。 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，是研究原子核的强有力的“炮弹”。在此以前，可供研究用的“炮弹”只有天然放射元素发出的α、β、γ三种射线，中子流则是穿透本领更大，轰击原子核更有效的“炮弹”，人们用它轰击各种原子核，获得了许多人工放射性同位素，用它轰开铀核，实现了原子能的利用。 3 二、核反应 原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程。 1、定义： 3、规律： 在核反应中，质量数和电荷数都守恒 4、应用： 研究原子核的结构； 发现制造新元素。 2、几个人工核转变方程 核反应是原子核的变化，化学反应是核外电子的变化 原子核的衰变 原子核的人工转变 发生反应的原子核 反应条件 反应本质 典型反应 核反应方程的特点 核反应的规律 书写方程的原则 具有放射性的不稳定的核 所有的原子核 自发进行，无条件 利用α粒子、质子、中子或γ光子作为“炮弹”轰击靶核 核子数变化，形成新核 核子的重组，形成新核 箭头左边只有一个放射性原子核 箭头左边有靶核和“炮弹”各一个 质量数守恒（注意质量并不守恒），