3.3 放射性的应用与防护 学案 (2)

第3节放射性的应用与防护
课　标　解　读
重　点　难　点
1.知道放射性同位素，了解放射性在生产和科学领域的应用．2．知道放射性污染及其对人类和自然产生的严重危害，了解防护放射性的措施，建立防范意识.
1.了解放射性在生产和科学领域的应用．(重点)2．知道射线的危害和防护．(重点)3．放射性同位素在科技领域的应用．(难点)
放射性的应用
1.基本知识
(1)利用放射线使细胞变异或损害的特点，辐射育种、食品辐射保存、放射性治疗等．
(2)放射性同位素电池：把放射性同位素衰变时释放的能量转换成电能的装置．
(3)γ射线探伤：利用了γ射线穿透能力强的特点．
(4)作为示踪原子对有关生物大分子结构及其功能进行研究．
2．思考判断
(1)利用放射性同位素放出的γ射线可以给金属探伤．(√)
(2)利用放射性同位素放出的射线消除有害的静电积累．(√)
(3)利用放射性同位素放出的射线保存食物．(√)
3．探究交流
放射性元素为什么能做示踪原子？
【提示】　由于放射性同位素不断发出辐射，无论它运动到哪里，都很容易用探测器探知它的下落，因此可以用作示踪物来辨别其他物质的运动情况和变化规律．这种放射性示踪物称为示踪原子或标记原子．
放射性污染和防护
1.基本知识
(1)放射性污染的主要来源
①核爆炸；②核泄漏；③医疗照射．
(2)为了防止放射线的破坏，人们主要采取以下措施
①密封防护；
②距离防护；
③时间防护；
④屏蔽防护．
2．思考判断
(1)核泄漏会造成严重的环境污染．(√)
(2)医疗照射是利用放射性，对人和环境没有影响．(×)
(3)密封保存放射性物质是常用的防护方法．(√)
3．探究交流
放射性污染危害很大，放射性穿透力很强，是否无法防护？
【提示】　放射线危害很难防护，但是通过屏蔽、隔离等措施可以进行有效防护，但防护的有效手段是提高防范意识.
放射性的应用
【问题导思】　
1．利用γ射线可检查金属内部有无裂纹，这是利用γ射线的什么作用？
2．利用α、β射线可消除静电积累，是因为α、β射线有什么特性？
3．利用示踪原子的放射性元素其半衰期是长好还是短好？
1．放射出的射线的利用
(1)利用γ射线的贯穿本领：利用60Co放出的很强的γ射线来检查金属内部有没有砂眼和裂纹，这叫γ射线探伤．利用γ射线可以检查30
cm厚的钢铁部件．利用放射线的贯穿本领，可用来检查各种产品的厚度、密封容器中的液面高度等，从而自动控制生产过程．
(2)利用射线的电离作用：放射线能使空气电离，从而可以消除静电积累，防止静电产生的危害．
(3)利用γ射线对生物组织的物理、化学效应使种子发生变异，培育优良品种．
(4)利用放射性产生的能量轰击原子核，实现原子核的人工转变．
(5)在医疗上，常用来控制病变组织的扩大．
2．作为示踪原子
(1)在工业上，可用示踪原子检查地下输油管道的漏油情况．
(2)在农业生产中，可用示踪原子确定植物在生长过程中所需的肥料和合适的施肥时间．
(3)在医学上，可用示踪原子帮助确定肿瘤的部位和范围．
　下列关于放射性同位素的一些应用的说法中正确的是(　　)
A．利用放射性消除静电是利用射线的穿透作用
B．利用射线探测机器部件内部的砂眼或裂纹是利用射线的穿透作用
C．利用射线改良品种是因为射线可使DNA发生变异
D．在研究农作物合理施肥中是以放射性同位素作为示踪原子
【解析】　消除静电是利用射线的电离作用使空气导电，A错误．探测机器部件内部的砂眼或裂纹和改良品种分别是利用它的穿透作用和射线可使DNA发生变异，B、C正确；研究农作物对肥料的吸收是利用其作示踪原子，D正确．
【答案】　BCD
应用放射线的特性解决问题时，首先应该熟练掌握放射线的各种特性，如射线的电离作用、穿透能力等特性；其次是应该明确所要解决的问题与射线的哪种特性有关，应该使用放射线的哪些特性才能达到目的.
1．在放射性同位素的应用中，下列做法正确的是(　　)
A．应该用α射线探测物体的厚度
B．应该用α粒子放射源制成“烟雾报警器”
C．医院在利用放射线诊断疾病时用半衰期较长的放射性同位素
D．作为示踪原子能研究农作物在各季节吸收肥料成分的规律
【解析】　由于α粒子的穿透能力很弱，所以无法用α射线探测物体的厚度，烟雾报警器是利用射线的电离作用，α粒子的电离作用很强，故A项错误，B项正确．人体长时间接触放射线会影响健康，所以诊断疾病时应该用半衰期较短的放射性同位素，利用示踪原子可确定植物在生长过程中所需要的肥料和合适的施肥时间，故C项错误，D项正确．
【答案】　BD
放射性的污染和防护
【问题导思】　
1．放射性元素的污染主要体现在哪几方面？
2．如何才能有效防护放射性元素的污染？
污染与防护
举例与措施
说明
污染
核爆炸
核爆炸的最初几秒钟辐射出来的主要是强烈的
γ射线和中子流，长期存在放射性污染
核泄漏
核工业生产和核科学研究中使用放射性原材料，一旦泄漏就会造成严重污染
医疗照射
医疗中如果放射线的剂量过大，也会导致病人受到损害，甚至造成病人的死亡
防护
密封防护
把放射源密封在特殊的包壳里，或者用特殊的方法覆盖，以防止射线泄漏
距离防护
距放射源越远，人体吸收的剂量就越少，受到的危害就越轻
时间防护
尽量减少受辐射的时间
屏蔽防护
在放射源与人体之间加屏蔽物能起到防护作用．铅的屏蔽作用最好
　联合国环境公署对科索沃地区的调查表明，北约对南联盟进行的轰炸中，大量使用了贫铀炸弹．贫铀是从金属中提炼铀235以后的副产品，其主要成分为铀238，贫铀炸弹贯穿力是常规炸弹的9倍，杀伤力极大，而且残留物可长期危害环境．下列关于其残留物长期危害环境的理由正确的是(　　)
①由于爆炸后的弹片存在放射性，对环境产生长期危害
②爆炸后的弹片不会对人体产生危害
③铀238的衰变速率很快
④铀的半衰期很长
A．①②　　　B．③　　　C．①④　　　D．②④
【审题指导】　解答本题注意以下两点：
(1)放射性元素会对环境造成污染．
(2)“长期危害环境”说明铀半衰期长．
【解析】　贫铀炸弹爆炸后，长期存在放射性污染，铀的半衰期很长，则C正确，A、B、D错误．
【答案】　C
射线具有一定的能量，对物体具有不同的穿透能力和电离能力，从而使物体或机体发生一些物理和化学变化.如果人体受到长时间大剂量的射线照射，就会使细胞器官组织受到损伤，破坏人体DNA分子结构，有时甚至会引发癌症，或者造成下一代遗传上的缺陷.
2．对放射性的应用和防护，下列说法正确的是(　　)
A．放射线能杀伤癌细胞或阻止癌细胞分裂，对人体的正常细胞不会有伤害作用
B．核工业废料要放在厚厚的重金属箱内，沉于海底
C．γ射线探伤仪中的放射源必须存放在特制的容器里，而不能随意放置
D．对可能有放射性污染的场所或物品进行检测是很有必要的
【解析】　放射线能杀伤癌细胞或阻止癌细胞分裂，但也会对人体的正常细胞有伤害，选项A错，正因为放射线具有伤害作用，选项B、C、D均是正确的．
【答案】　BCD
综合解题方略——γ射线的应用
　(2013·宁德检测)近年来，γ刀已成为治疗脑肿瘤的最佳仪器，令人感叹的是，用γ刀治疗时不用麻醉，病人清醒，时间短，半小时内完成任务，无需住院，因而γ刀被誉为“神刀”．据报道，我国自己研制的螺旋式γ刀性能更好，即将进入各大医院为患者服务．则γ刀治疗脑肿瘤主要是利用了
(　　)
A．γ射线具有很强的贯穿本领
B．γ射线具有很强的电离本领
C．γ射线具有很高的能量
D．γ射线可以很容易地绕过阻碍物到达目的地
【规范解答】　γ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．γ刀治疗脑肿瘤时，通常是同时用多束γ射线，使它们穿透脑颅和健康区域在病灶处会聚，利用γ射线的高能量杀死肿瘤细胞，故正确的选项为A、C.
【答案】　AC
γ射线特性及应用
1．γ射线的贯穿本领强．
2．γ射线可以对生物组织起物理和化学作用，能使种子发生变异、培育良种和灭菌消毒．
3．γ射线具有较高的能量，在医疗上，常用以拟制甚至杀死病变组织，还可以轰击原子核，诱发核反应．
【备课资源】(教师用书独具)
放射线的危害
对于放射线的危害，人们既熟悉又陌生．在常人的印象里，它是与威力无比的原子弹、氢弹的爆炸联系在一起的，随着全世界和平利用核能呼声的高涨，核武器的禁止使用，核试验的大大减少，人们似乎已经远离放射线的危害．然而，近年来，随着放射性同位素及射线装置在工农业、医疗、科研等各个领域的广泛应用，放射线危害的可能性却在增大．
1999年9月30日，日本刺成县JCO公司的铀浓缩加工厂发生了一起严重的核泄漏事故，有三名工人遭受严重核辐射，当救援人员把他们送到当地医院时，他们已经昏迷不醒．同时这次事故致使工厂周围临近地区遭受不同程度的污染，辐射量是正常值的一万倍，放射线的危害再一次向人类敲响警钟．
什么是放射性同位素？它是怎样造成危害的呢？在元素周期表中，占据同一个位置，核电荷数相同，但是质量数不同的，称为同位素．铀有好几种同位素，比如说铀235、铀238、铀233、铀234、铀236都属于铀的同位素．什么是放射性同位素？就是能够自发地放出射线的同位素，叫放射性同位素．
放射性同位素放出的射线是一种特殊的、既看不见也摸不着的物质，因此有人把它比喻为“魔线”．如何对它进行防护，以减少射线的危害呢？使用电离辐射源的一切实践活动，都必须遵从放射防护的三原则，也就是：第一，实践正当化；第二，防护最优化；第三，个人剂量限制．
辐射防护的基本方法有三条：第一，时间防护；第二，距离防护；第三，屏蔽防护．值得注意的是，医生使用射线装置给病人诊治病症时，要根据病人的实际需要，权衡利弊，做到安全合理地使用射线装置．并耐心劝导那些主动要求但不需要使用射线装置诊治的病人，引导他们走出误区，并非一定要使用先进的医疗设备才可以治疗百病．另外，随着人们对居室美化装修的升温，居室污染也在加剧．其原因之一就是某些建筑材料放出的污气作祟，但是只要我们的居室经常通风换气，污染就可以减少，趋利避害，让放射性同位素及射线装置造福人类.
1．在放射性同位素的应用中，下列做法正确的是(　　)
A．应该用α射线探测物体的厚度
B．应该用γ粒子放射源制成烟雾报警器
C．医院在利用放射线诊断疾病时用半衰期较长的放射性同位素
D．放射育种中利用γ射线照射种子使遗传基因发生变异
【解析】　由于α粒子的穿透能力很弱，无法用其探测物体的厚度，故A错误；烟雾报警器是利用射线的电离作用，而γ粒子的电离作用很弱，故B错误；人体长期接触放射线会影响健康，诊断疾病时应该利用半衰期短的同位素，故C错误；放射育种是利用γ射线照射种子改变遗传基因，故D正确．
【答案】　D
2．防止放射性污染的防护措施有(　　)
A．将废弃的放射性物质进行深埋
B．将废弃的放射性物质倒在下水道里
C．接触放射性物质的人员穿上铅防护服
D．严格和准确控制放射性物质的放射剂量
【解析】　因为放射性物质残存的时间太长，具有辐射性，故应将其深埋，A对、B错；铅具有一定的防止放射性的能力，接触放射性物质的人员穿上铅防护服，并要控制一定的放射剂量．故C、D对．
【答案】　ACD
3．下列哪些应用是把放射性同位素作为示踪原子的(　　)
A．利用含有放射性碘131的油，检测地下输油管的漏油情况
B．把含有放射性元素的肥料施给农作物，利用探测器的测量，找出合理的施肥规律
C．利用射线探伤法检查金属中的砂眼和裂纹
D．给怀疑患有甲状腺病的病人注射碘131，以判断甲状腺的器质性和功能性疾病
【解析】　利用射线探伤法检查金属中的砂眼和裂纹是利用γ射线穿透能力强的特点，因此选项C不属于示踪原子的应用．
【答案】　ABD
4．核能是一种高效的能源．
(1)在核电站中，为了防止放射性物质泄漏，核反应堆有三道防护屏障：燃料包壳、压力壳和安全壳．
图3－3－1
结合图3－3－1甲可知，安全壳应当选用的材料是________．
(2)图乙是用来监测工作人员受到辐射情况的胸章，通过照相底片被射线感光的区域，可以判断工作人员受到何种辐射．当胸章上1
mm铝片和3
mm铝片下的照相底片被感光，而铅片下的照相底片未被感光时，结合图甲分析可知工作人员一定受到了________射线的辐射；当所有照相底片被感光时，工作人员一定受到了________射线的辐射．
【解析】　(1)核反应堆最外层是厚厚的水泥防护层．防止射线外泄，所以安全壳应选用的材料是混凝土．
(2)β射线可穿透几毫米厚的铝片，而γ射线可穿透几厘米厚的铅板．
【答案】　(1)混凝土　(2)β　γ
1．放射性同位素被用作示踪原子，主要是因为
(　　)
A．放射性同位素不改变其化学性质
B．放射性同位素的半衰期比天然放射性元素的半衰期短得多
C．半衰期与元素所处的物理、化学状态有关
D．放射性同位素容易制造
【解析】　放射性同位素用作示踪原子，主要是用放射性同位素替代没有放射性的同位素参与正常的物理、化学、生物的过程，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等，因此，选项A、B正确，C、D不正确．
【答案】　AB
2．(2013·东北师大附中检测)在临床上经常用放射性同位素进行诊断，如医生用123I进行体内跟踪，可迅速查出人体内的病因，123I的特性是(　　)
A．半衰期长，并迅速从体内清除
B．半衰期长，并缓慢从体内清除
C．半衰期短，并迅速从体内清除
D．半衰期短，并缓慢从体内清除
【解析】　利用放射性同位素123I放出的γ射线穿透本领比α、β射线强.123I的半衰期较短，可以迅速从体内消失，不至于因长时间辐射而对身体造成伤害，故C对．
【答案】　C
3．(2013·杭州一中高二检测)在工业生产中，某些金属材料内部出现的裂痕是无法直接观察到的，如果不能够发现它们，可能会给生产带来极大的危害．自从发现放射线以后，就可以利用放射线对其进行探测了，这是利用了
(　　)
A．α射线的电离本领　　　
B．β射线的带电本领
C．γ射线的贯穿本领
D．放射性元素的示踪本领
【解析】　放射线的应用是沿着利用它的射线和作为示踪原子两个方向展开的，γ射线的贯穿本领最强，可以用于金属探伤，故C项正确．
【答案】　C
4．(2013·贵阳高二检测)2011年3月11日，日本东北部宫城县发生里氏9.0级强烈地震，地震导致福岛核电站发生泄漏，酿成了核泄漏事故，核泄漏事故会造成严重后果，其原因是(　　)
A．铀、钚等物质有放射性
B．铀、钚等物质半衰期很长
C．铀、钚等重金属有剧毒
D．铀、钚等物质会造成爆炸
【解析】　放射线对人体组织、生物都有害，核泄漏后产生的危害主要是放射线，且其半衰期长，在很长时间内具有放射性，故A、B正确；核泄漏物质中含有大量重金属，有剧毒，但不会自发爆炸，故C正确，D错误．
【答案】　ABC
5．关于放射性同位素的应用，下列说法中正确的是(　　)
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γ射线的贯穿性可以为金属探伤，也能进行人体透视
C．用放射线照射作物种子使其DNA发生变异，其结果一定是更优良的品种
D．用γ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性，使空气分子电离成为导体，将静电导出，A错误；γ射线对人体细胞伤害太大，不能用来进行人体透视，B错误；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秀品种，C错误；用γ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，D正确．
【答案】　D
6.
图3－3－2
为保证生产安全，大型钢铁部件内部不允许有砂眼、裂痕等伤痕存在．如图3－3－2是利用射线检测钢柱内部是否存在伤痕及伤痕情况的示意图，若钢柱的直径为20
cm，则下列说法正确的是(　　)
A．放射源放出的射线应该用β射线
B．放射源放出的射线应该用X射线
C．放射源放出的射线应该用γ射线
D．若钢件内部有伤痕，探测器接收到的射线粒子将减少
【解析】　此射线必须能穿透部件，接收器才能接收到射线粒子，因β射线只能穿透几毫米厚的铝板，X射线也只能穿透几厘米厚的钢板，用γ射线可以检查30
cm厚的钢铁部件，显然这里应该用γ射线而不能用β或X射线，选项C正确，A、B选项错误；当遇到钢铁部件内部有伤痕时，穿过钢板到达计数器的γ射线比没有砂眼或裂纹处的要多一些，选项D错误．
【答案】　C
7．(2011·上海高考)在存放放射性元素时，若把放射性元素①置于大量水中；②密封于铅盒中；③与轻核元素结合成化合物．则(　　)
A．措施①可减缓放射性元素衰变
B．措施②可减缓放射性元素衰变
C．措施③可减缓放射性元素衰变
D．上述措施均无法减缓放射性元素衰变
【解析】　放射性元素的半衰期是由元素的原子核本身特性决定的，与所处的物理环境，化学状态均无关，故D正确．
【答案】　D
8．(2013·漳州一中检测)放射性同位素在技水上有很多应用，不同的放射源可用于不同的目的．如表列出了一些放射性同位素的半衰期和可利用的射线．使放射源和探测器间隔很小一段距离，若它们之间空气中烟尘浓度大于某一设定的临界值，探测器探测到的射线强度比正常情况下小得多，从而可以通过自动控制装置触发警铃，预防火灾．则该装置中的放射源可选用表中的哪一种(　　)
放射性同位素
Po
Am
Sr
Tc
辐射线
α
α
β
γ
半衰期
138天
433年
28年
6
h
A.Po　　B.Am　　C.Sr　　D.Tc
【解析】　烟雾对α射线的穿透性影响明显，用半衰期长的放射性同位素能使报警装置长时间稳定工作，故B正确．
【答案】　B
9．贫铀炸弹是一种杀伤力很强的武器，贫铀是提炼铀235以后的副产品，其主要成分为铀238，贫铀炸弹不仅有很强的穿甲能力，而且铀238具有放射性，残留物可长期对环境起破坏作用而造成污染．人长期生活在该环境中会受到核辐射而患上皮肤癌和白血病．下列结论正确的是(　　)
A．铀238的衰变方程式为：U→Th＋He
B.U和U互为同位素
C．人患皮肤癌和白血病是因为核辐射导致了基因突变
D．贫铀弹的穿甲能力很强，也是因为它的放射性
【解析】　铀238具有放射性，放出一个α粒子，变成钍234，A正确．铀238和铀235质子数相同，故互为同位素，B正确．核辐射能导致基因突变，是皮肤癌和白血病的诱因之一，C正确．贫铀弹的穿甲能力很强，是因为它的弹芯是由高密度、高强度、高韧性的铀合金组成，袭击目标时产生高温化学反应，所以其爆炸力、穿透力远远超过一般炸弹，D错．
【答案】　ABC
10．如图3－3－3所示是工厂利用放射线自动控制铝板厚度的装置示意图．
图3－3－3
(1)请简述自动控制的原理；
(2)如果工厂生产的是厚度为1毫米的铝板，在α、β和γ三种射线中，哪一种对铝板的厚度控制起主要作用？为什么？
【解析】　(1)放射线具有穿透本领，如果向前移动的铝板的厚度有变化，则探测器接收到的放射线的强度就会随之变化，将这种变化转变为电信号输入到相应的装置，使之自动地控制题图中右侧的两个轮间的距离，达到自动控制铝板厚度的目的．
(2)β射线起主要作用．因为α射线的贯穿本邻很小，一张薄纸就能把它挡住，更穿不过1毫米厚的铝板；γ射线的贯穿本邻很强，能穿过几厘米的铅板，1毫米左右的铝板厚度发生变化时，透过铝板的γ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，当铝板厚度发生变化时，透过铝板的β射线强度变化较大，探测器可明显地探测出这种变化，使自动化系统做出相应的反应．
【答案】　见解析
11．(2011·浙江高考)核电站的固体废料放射性比较强，要在核电站内的专用废物库放置5年，且在放置的初始阶段要对固体废料进行冷却处理．请简述需要进行冷却处理的理由．
【解析】　核电站的固体废料放射性比较强，能放出γ射线，放出巨大能量．且刚开始放射性比较强，释放出的能量比较大，温度升高快，必须在初始阶段对核固体废料进行冷却处理．
【答案】　见解析
12．为了临床测定病人血液的体积，可根据磷酸盐在血液中将被红血球所吸收这一事实，向病人体内输入适量含有P作示踪原子的血液．先将含有P的血液4
cm3分为两等份，其中一份留作标准样品，20
min测量出其放射性强度为10
800
s－1；另一份则通过静脉注射进入病人体内，经20
min后，放射性血液分布于全身，再从病人体内抽出血液样品2
cm3，测出其放射性强度为5
s－1，则病人的血液体积为多少？
【解析】　由于标准样品与输入人体内的P的总量相等，所以两者的放射性强度与P原子核的总数都相等，设病人血液体积为V，血液样品体积V′＝2
cm3.
则V＝10
800，即V＝×2
cm3＝4
320
cm3.
【答案】　4
320
cm3