5.4 射线的探测和防护 课件 (共43张PPT)

知识回顾
上节课我们讲了放射性同位素的应用，人工放射性同位素发出的较弱的放射线主要应用在以下几个方面。
放射性示踪
农业技术
医疗技术
工业技术
射线探伤
γ射线探伤仪
射线测厚
放疗治癌
体内放疗
体外放疗
近距导入放疗
射线治疗
射线育种和消毒
射线电离技术
辐射式烟雾报警器
辐射式避雷针
导入新课
通过前面的学习，我们知道原子核发生衰变时会放射出α、β、γ等射线，这些射线有着广泛的用途。然而，这些射线我们看不见也摸不着，当初科学家们是怎么发现并研究这些射线的呢？另外，大家知道射线的广泛用途的同时，可能也知道这些射线也会产生严重污染，那么，我们又是如何对射线进行防护呢？这就是我节课我们要研习的问题。
教学目标
1、知识与能力
了解现代探测放射线的方法，开拓学生视野。
知道简单的放射性防护措施。
2、过程与方法
让学生了解放射性在各个领域的广泛应用以及我国在这方面的成就 。
知道简单的放射性防护措施 。
3、情感态度与价值观
通过介绍我国在放射性研究上所取得的成就，加强对学生的爱国主义教育。
启发他们树立为祖国现代化建设事业贡献力量的理想。
教学重难点
1、重点
2、难点
常用的射线探测技术。
射线的防护方法。
常用的射线探测技术。
本节导航
1、射线探测
2、射线的防护
想一想
我们用肉眼很难观察玻璃瓶的受力形变，更难用肉眼直接观察分子的大小和分子的运动。
那我们是怎样了解这些知识呢？
我们选用了扁圆形的玻璃瓶，并在瓶里装满红色的墨水，这样就可以通过玻璃的微小形变造成玻璃瓶体积的较大改变，而体积的改变又通过细管液面的升降直观地反映出来。
我们通过单分子油膜法实验，感知分子的大小，借助于显微镜对布朗运动进行分析，间接得知分子运动。
对一些微小量或无法用肉眼观察的量，我们可以用微小量放大法，也可以通过观察它们产生的效应来感知并研究它们。
想一想
射线不好探测，我们应该用什么办法呢？
射线与其他物质作用时，会产生各种作用。例如，射线能使气体电离， 能使照相底片感光，还能使荧光物质产生荧光。与前边的分析方法相似，而我们就可以根据这些现象来探测射线的作用。
1、底片曝光
射线能使照相底片曝光，在底片上留下它们的径迹。此外，根据曝光程度还可以判断射线的强度。
例如，在较强辐射环境工作的人员都会戴上封有照相底片的胸章。每个月，把胸章中的底片取出来清洗，从中可以了解他们所受到的辐射强度。
实际问题
2、威尔逊云室
威尔逊
利用射线的电离本领强
图为经过威尔逊改造过的云室图
一个圆筒状容器，下部为一个可以上下移动的活塞，上盖是透明的玻璃，内有干净空气，可观察通过云室的径迹。
构造
步骤
实验时，先往云室里加入少量酒精，使室内充满酒精蒸汽，然后迅速向下拉活塞，使酒精蒸汽达到过饱和状态。
照明光束
放射源
活塞
当射线粒子传过酒精蒸汽时，射线会使沿途的气体分子电离，过饱和蒸汽就会以离子为凝结核凝结成雾滴，于是就显示出射线的径迹（如图）。
根据径迹的长短粗细
粒子性质
判断
把云室放在磁场，根据径迹的偏转方向
判断
粒子所带电荷正负
解释一下
α射线在云室中的径迹：直而粗
β射线在云室中的径迹：比较细，而且常常弯曲
α粒子质量大，不易改变方向，电离本领大，沿涂产生的粒子多。
原因
β粒子质量小，跟气体碰撞易改变方向，电离本领小，沿途产生的离子少。
原因
3、气泡室
高能物理实验的最风行的探测设备
气泡室是由一密闭容器组成，原理与云室相似容器中盛有工作液体（如液态氢） 。
当室内压强突然降低时，液体的沸点变低，在射线经过处就有气泡形成，于是就可显示出粒子运动径迹。
解释一下
射线经过气泡室径迹
气泡室优点
它的空间和时间分辨率；工作循环周期短，本底干净、径迹清晰，可反复操作。
气泡室缺点
扫描和测量时间还嫌太长；体积有限，而且甚为昂贵，
4、盖革计数器
常用的放射性探测器
其主要部分为一根玻璃管，里面有一个与电源负极相连的导电圆筒，筒中央是一根与电源正极相接的金属丝，管中封有低压惰性气体氩，在金属丝和圆通两极间加有几百伏直流电压。（如下页的图）
粒子
窗口
玻璃管
阴极
阳极
接放大器
结构图
某种射线粒子进入管内时，它使管内的气体电离，产生的电子在电场中被加速，能量越来越大，电子跟管中的气体分子碰撞时，又使气体分子电离，产生电子……这样，一个射线粒子进入管中后可以产生大量电子。这些电子到达阳极，阳离子到达阴极，在外电路中就产生一次脉冲放电，利用电子仪器可以把放电次数记录下来。
原理
小练习
下面我们来看一道例题。
在放射源和计数器之间放置不同的吸收物，来研究放射源放出的射线。下面是对应不同吸收物，计数器每分钟的读数。根据数据判断：放射源放出的是哪一种射线？为什么？为什么用铅做吸收物时，计数器还有读数？
吸收物
计数器读数（次/min）
空气
460
纸张
450
铝（厚5mm）
80
铅（厚25mm）
75
点拨
用空气和纸张做吸收物时，测得的读数大致子相同，由于纸张几乎可
以完全吸收α粒子，因此放射源没有放出α粒子。
用5mm铝箔做吸收物时，计数器的读数明显下降，所以放射源放出β粒子。
改用铅做吸收物时，计数器读数与用铝做吸收物时没有明显区别，可见计数器的读数并非来自放射源，而是来自周围的环境（称为本底辐射）。
解：放射源放出β粒子。
人类无时无刻不在接受着各种天然射线的照射，如宇宙射线，存在于土壤、岩古、水 和大气中的铀238、铀235、钍232、钾40、镭226等，这些天然射线的照射就是天然本底辐射。
名词解释
本地辐射强度很低，对人体健康不会产生影响。
幸亏没影响，不然我小命不保啊！！
射线被称为“看不见的杀手”，是因为射线具有电离性，长时间或高强度的射线能伤害生物的细胞和组织。伤害方式有以下两种：
第一，高强度的射线能杀灭细胞。这种情况称为放射性灼伤。例如，核武器爆炸时的光辐射会严重灼伤生物组织。
核武器爆炸
第二，电离作用会损害细胞中的DNA，使它们停止发挥作用或发生变异。
变异的DNA
细胞失控分裂
恶性肿瘤的生长
此为放射性致癌的原因
可能引起
生殖细胞中的DNA受到损害
物种变异
可能造成
α射线具有很强的电离作用，因此最容易造成细胞的损伤。人类的皮肤表面能防止α粒子进入人体，然而一旦α粒子进入人体，我们便无法防护。
假如将含有放射性氡的气体吸入肺中，它放射出的α粒子会对人体组织造成危害。
所以
大气和水源一旦遭受到放射性污染是很危险的。
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。
例如，美国在1945年向日本的广岛和长崎投掷了两枚原子弹，在以后的50年，当地因放射性死去了许多无辜的平民。
遭原子弹炸后的广岛
原子弹爆炸、核电站泄露会产生严重的污染，在利用放射性同位素给病人做“放疗”时，如果放射性的剂量过大，皮肤和肉就会溃烂不愈，导致病人因放射性损害而死去。有些矿石中含有过量的放射性物质，如果不注意也会对人体造成巨大的危害。
这么严重啊！！
那我们怎么防护呢？
国际通用的放射性警示标志
为了防止有害的放射线对人类的和自然的破坏，人们采用了有效的防范措施。
（1）在核电站的核反应堆外层用厚厚的水泥来防止放射线的外泄。
（3）在生活中要有防范意识，尽可能远离放射源。
（2）用过的核废料要放在很厚很厚的重金属箱内，并埋在深海里。
污染检测仪
辐射检测装置
辐射源的存放
核反应堆外层的厚厚的水泥建筑
课堂小结
★ 射线能使照相底片曝光，在底片上留下径迹，根据曝光程度判断射线的强度。
1、射线探测
★ 威尔逊云室和气泡室能使射线留下径迹，并据此判断粒子的性质、带电量等。
★ 盖革计数器是一种常用的放射性探测器。
2、射线的防护
★ 把计数器放在四周没有辐射的地方，它所记录的射线称为本底辐射。
★ 过量的射线能够伤害人体。
★ 我们要采取一些防范措施。比如避免采用还有放射性物质的岩石；核电站要有可靠地防护体系；保证放射性材料的安全存贮和运输。
课堂练习
1.下述关于放射线的探测说法正确的是( )
D.盖革—米勒计数器不仅能计数，还能用来分析射线的性质
C.盖革—米勒计数器探测射线的原理中也利用射线的电离本领
B.由气泡室内射线径迹可以分析粒子的带电、动量、能量等情况
A.气泡室探测射线的原理与云室探测射线原理类似
ABC
点拨
理解课本。
2.为了说明用α粒子轰击氮，打出了质子是怎样的一个物理过程，布拉凯特在充氮云室中，用α粒子轰击氮，在他拍摄的二万多张照片中，终于从四十多万条α粒 子径迹中发现了8条产生分叉，这一实验数据说明了( )
D.氮气和α粒子的密度都很小，致使它们接近的机会很少
C.氮核很小，α粒子接近氮核的机会很少
B.氮气的密度很小，α粒子与氮接触的机会很少
A.α粒子的数目很少，与氮发生相互作用的机会很少
C
氮原子核很小，所以α粒子接近原子核的机会很少，从而发生核反应并使径迹分叉的机会很少，所以C选项正确.
点拨
3.关于威耳逊云室探测射线，下述正确的是( )
D.威耳逊云室中显示粒子径迹原因是电离，所以无法由径迹判断射线所带电荷的正负
C.威耳逊云室中径迹细而长的是γ射线
B.威耳逊云室中径迹粗而短的是α射线
A.威耳逊云室内充满过饱和蒸气，射线经过时可显示出射线运动的径迹
AB
教材习题解答
对照教材中的图 ，对比空气和纸张的计数率，发现射线通过纸张后有一定减弱，说明存在能被纸张挡住的α粒子；对比纸张和铝片的计数率，发现相同（或几乎相同），说明不存在能被铝片挡住的β粒子；对比铝片和铅板的计数率，发现前半计数率明显低，说明存在能被铅板挡住的γ粒子。所以该放射源能发射出α和γ粒子。
1、
（1）用主要辐射γ粒子的放射源。
（2）无法用支持连续测量钢板厚度，也无法较精确测量，更不可能及时反馈侧脸数据来自动控制轧钢的压力，从各保持钢板厚度均匀。
2、
因为α和γ粒子能被钢板挡住，根据探测仪测出的放射线强度变化，探测出厚度变化。
（1）可能来自天然大理石或其他石材。
3、
（2）用盖革计数器设置浴室空气中的计数率，然后用纸包住计数器测出计数率，比较其结果，若读数有明显下降说明辐射中有α粒子。