3.3放射性的应用与防护 课件（42张PPT）

第3节　放射性的应用与防护
一、放射性的应用
【情境思考】
放射性同位素和核辐射技术在工业、农业、医疗卫生和科学研究等许多领域得到了广泛应用,那么具体的应用有哪些?
必备知识·自主学习
1.放射性同位素的应用主要分为两类:一是利用射线电离作用、穿透能力等性
质;二是作为_________。
2.射线特性的利用:
放射性物质发出的α射线、 β射线和γ射线能够将生物细胞分子内的电子击
出,使细胞分子_____,造成细胞_____或_____。
(1)辐射育种、食品辐射保存、_______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_____转换成电能的装置。
示踪原子
电离
变异
损害
放射性
能量
(3)γ射线探伤:利用了γ射线_____能力强的特点。
3.作为示踪原子:用仪器探测放射性同位素放出的_____,可以查明放射性元素
的行踪,好像带有“标记”一样。人们把具有这种用途的放射性同位素叫作示
踪原子。
二、放射性污染和防护
1.放射性污染的来源主要有核爆炸、核泄漏和_____照射等。
2.防护措施:主要有_____防护、距离防护、时间防护、屏蔽防护等。
穿透
射线
医疗
密封
【易错辨析】(1)利用α射线培育植物良种。 (　　)
(2)利用γ射线探查金属内部的裂纹。 (　　)
(3)同一种元素的同位素化学性质完全相同。 (　　)
(4)放射性同位素电池使用寿命短。 (　　)
(5)医疗照射时不存在放射性污染。 (　　)
提示:(1)×。培育良种是利用γ射线。
(2)√。γ射线的穿透能力较强,可用于金属探伤。
(3)√。中子数不同,不影响化学性质。
(4)×。放射性同位素电池的使用寿命长。
(5)×。存在放射性污染。
关键能力·合作学习
知识点一　放射性的应用
1.人造放射性同位素的优点:
(1)放射强度容易控制。
(2)可以制成各种所需的形状。
(3)半衰期很短,废料容易处理。
2.应用:
(1)工业部门使用射线测厚度——利用γ射线的穿透特性。
(2)烟雾报警器的使用——利用α射线的电离作用,增加烟雾导电离子浓度。
(3)农业应用——γ射线使种子的遗传基因发生变异,杀死腐败细菌、抑制发芽等。
(4)作示踪原子——利用放射性同位素与非放射性同位素具有相同的化学性质的特性。
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。
【问题探究】
情境:如图所示为正电子发射断层摄影(简称PET),是目前先进的医疗影像诊断技术之一。
讨论:(1)该仪器探测到的γ射线是如何产生的?
(2)放射性同位素是否参与体内的生化反应?
(1)提示:在注入人体的葡萄糖溶液中加入含有能放射正电子的放射性同位素,正电子与负电子碰撞时,就放出γ射线。
(2)提示:参与。
【典例示范】
【典例】(2020·福州高二检测)现在很多心血管专科医院引进了一种被称为“心脏灌注显像”的检测技术,方法是将若干毫升含放射性元素锝的注射液注入被检测者的动脉,经过40分钟后,这些含放射性物质的注射液通过血液循环均匀地分布在血液中,这时对被检测者的心脏进行造影。心脏血管正常的位置由于有放射性物质随血液到达而显示出有射线射出;心脏血管被堵塞的部分由于无放射性物质到达,将无射线射出。医生根据显像情况就可以判定被检测者心血管有无病变,并判断病变位置。你认为检测用的放射性元素锝的半衰期应该最接近下列数据中的 (　　)
A.10分钟　　　B.10小时 C.10个月 D.10年
【解析】选B。如果半衰期太短,则在放射期内,因含放射性物质的注射液尚未均匀地分布在血液中而无法完成检测工作,再则因放射强度较大而对人体造成伤害。如果半衰期太长,放射性物质长期残留在人体内也会对人体造成伤害。对比四个选项中的时间,应以10小时为宜,故正确选项应为B。
【素养训练】
1.(多选)有关放射性同位素 的下列说法中,正确的是 (　　)
A. 与 互为同位素
B. 与其同位素有相同的化学性质
C.用 制成化合物后它的半衰期变长
D.含有 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
【解析】选B、D。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
制成化合物后它的半衰期不变,所以选项C错误。含有 的磷肥由于衰变,
可记录磷的踪迹,所以选项D正确。
2.(多选)近几年,我国北京、上海、山东、洛阳、广州等地从国外引进了十多台γ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γ刀治疗时不用麻醉,病人清醒,时间短,半小时内完成手术,无须住院,因而γ刀被誉为“神刀”。γ刀治疗脑肿瘤主要是利用 (　　)
A.γ射线具有很强的贯穿本领
B.γ射线具有很强的电离作用
C.γ射线具有很高的能量
D.γ射线能很容易地绕过阻碍物
【解析】选A、C。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。故选项A、C正确。
3.在医疗技术中有时需要利用放射线治疗肿瘤,所用的放射源必须具备以下两个条件:(1)放出的放射线有较强的穿透能力,能辐射到体内肿瘤所在处;(2)能在较长的时间内提供比较稳定的辐射强度。
同位素
钋210
锶90
锝99
钴60
放射线
α
β
γ
γ
半衰期
138天
28年
6小时
5年
上表给出了四种放射性同位素的放射线及半衰期,在表中所列的四种同位素中,最适宜作为放疗使用的放射源应是 (　　)
A.钋210　　　B.锶90　　　C.锝99　　　D.钴60
【解析】选D。α射线、β射线的穿透能力不强。放射源放出的放射线必须有较强的穿透能力,能辐射到体内肿瘤所在处,故A、B两项错误。放射源必须能在较长的时间内提供比较稳定的辐射强度,锝的半衰期是6小时,钴的半衰期是5年,故C项错误,D项正确。
【加固训练】
　　放射性同位素可作示踪原子,在医学上可以确定肿瘤位置。今有四种不同的放射性同位素R、P、Q、S,它们的半衰期分别为半年、38天、15天和2天,则我们应选用的同位素是 (　　)
A.S　　　　　　 B.Q
C.P D.R
【解析】选A。 在医学上确定肿瘤位置, 2天的时间就足够了,时间长了对人体有害,故A项正确。
知识点二　放射性的污染和防护
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的放射性原材料,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,甚至造成病人死亡
污染与防护
举例与措施
说　明
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,以防止放射线泄漏
距离
防护
距放射源越远,人体吸收放射线的剂量就越少,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
【典例示范】
【典例】(多选)贫铀炸弹是一种杀伤力很强的武器。贫铀是提取铀235以后的废料,其主要成分为铀238。贫铀炸弹有很强的穿甲能力,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易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
B. 和 互为同位素
C.人患皮肤癌和白血病可能是因为核辐射导致了基因突变
D.贫铀炸弹的穿甲能力很强,也是因为它的放射性
【解析】选A、B、C。铀238具有放射性,放出一个α粒子,变成钍234,选项A正确;铀238和铀235质子数相同,故互为同位素,选项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,选项C正确;贫铀炸弹的穿甲能力很强,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,选项D错。
【素养训练】
1.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】选D。放射性元素的半衰期是由原子核本身决定的,不随外界条件的改变而改变,即与放射性元素所处的环境、位置、温度、状态、是单质还是化合物等无关,故选D。
2.(多选)关于放射性的应用与防护,下列说法正确的是 (　　)
A.通过原子核的人工转变可以发现和制造新元素
B.在人工核反应过程中,质量守恒
C.利用示踪原子可以研究生物大分子的结构
D.人类一直生活在放射性的环境中
【解析】选A、C、D。通过原子核的人工转变可以发现和制造新元素,A正确;在人工核反应过程中,质量数守恒,B错误;利用示踪原子可以研究生物大分子的结构,C正确;人类一直生活在放射性的环境中,地球上的每个角落都有射线,D正确。
【拓展例题】考查内容:核能的利用与防护
【典例】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。
由图甲可知,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,结合图分析可知工作人员受到了______射线的辐射;当所有照相底片被感光时,工作人员受到了__________射线的辐射。
【解析】(1)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,所以两个空分别是β和γ。
答案:(1)混凝土　(2)β　γ?
【课堂回眸】
课堂检测·素养达标
1.如图是α、β、γ三种射线穿透能力的示意图,在工业上探查较厚的钢铁部件内部的伤痕,利用哪种射线最适合 (　　)

A.α射线　　B.β射线　　C.γ射线　　D.三种射线都可以
【解题指南】解答本题应注意以下两点:
(1)搞清楚α、β、γ射线的特性。
(2)探伤仪是利用射线的贯穿本领。
【解析】选C。 α射线和β射线均不能穿透较厚金属,故只能用γ射线,C项正确。
2.某工人在工作时突然发病昏厥。被同事们急送医院,医生用123I进行诊断,通过体外跟踪,迅速查出病因,使其很快恢复健康,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】选C。用123I作为示踪原子,是因为半衰期短,很短的时间内都衰变完,迅速从体内清除。故C正确。
3.(多选)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,其结果也不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】选C、D。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,用于人体透视的是X射线,故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正确;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。
4.一瓶无害放射性同位素溶液,其半衰期为20天,测得每分钟衰变6×106次,今将这瓶溶液倒入一水库中,80天后可以认为溶液已均匀分布在水库中,现取2 m3水样本测得每分钟衰变20次,则该水库蓄水量为 (　　)
A.1.875×104 m3　　　　 B.1.875×105 m3
C.3.75×104 m3 D.3.75×105 m3
【解析】选C。设水库中的水量为Q m3,80天后水库中所有放射性元素每分钟衰
变的次数为10Q,放射性元素原有质量为m0,80天后剩余质量为m;
则有: ,又m= ,联立解得:Q=3.75×104 m3,故C正确,A、B、D
错误。
5.在茫茫宇宙间存在大量的宇宙射线,对宇航员构成了很大威胁,现有一束射线(含有α、β、γ三种射线)。
(1)在不影响β和γ射线的情况下,如何用最简单的办法除去α射线?
(2)余下这束β和γ射线经过一个使它们分开的磁场区域,画出β和γ射线在进入如图所示磁场区域后轨迹的示意图。
【解题指南】解答本题应把握以下两点:
(1)α、β、γ射线穿透力不同。
(2)α、β、γ射线电性不同,在磁场中偏转方向不同。
【解析】(1)可以利用三种射线的穿透能力不同来解决。由于α粒子的穿透性很弱,所以用一张纸放在射线经过处,即可除去α射线。
(2)γ射线不带电,垂直磁场进入磁场中不会受到洛伦兹力,故不偏转。由左手
定则可判断出β射线进入磁场中时受向上的洛伦兹力,轨迹示意图如图所示。

答案:见解析