讲课：探测射线的方法

3探测射线的方法虽然放射线看不见，但是我们可以根据一些现象来探知放射线的存在，这些现象主要是：探测射线的方法1、使气体或液体电离2、使照相底片感光3、使荧光物质产生荧光观察威耳逊云室的结构，研究射线在云室中的径迹：射线径迹射线径迹径迹的长短和粗细可以知道粒子的性质；粒子轨迹的弯曲方向可以知道粒子带电的正负．实验现象：γ射线一般看不到。电离本领很小α射线在云室中的径迹：直而粗原因：a粒子质量大，不易改变方向，电离本领大，沿涂产生的粒子多ß射线在云室中的径迹：比较细，而且常常弯曲原因：粒子质量小，跟气体碰撞易改变方向，电离本领小，沿途产生的离子少二、气泡室气泡室是由一密闭容器组成，容器中盛有工作液体·带电粒子的径迹呈曲线是由于在磁场中受到了洛伦兹力二、气泡室·气泡室利用了射线的电离本领。粒子通过液体通过液体时在它周围就有气泡形成，可分析粒子的动量、能量和带电情况。德国物理学家盖革在1928年与米勒合作研制出的计数器用来检测放射性是非常方便的，盖革管的结构如图所示：三、盖革－米勒计数器窗口阴极阳极接放大器粒子原理•当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。4放射性的应用与防护卢瑟福在实验中发现，往放有α粒子源的容器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。材料——质子的发现为了认定新粒子，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p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。1441717281NHeOH材料——质子的发现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．材料——中子的发现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5.7MeV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55MeV，这与实际测得的射线能量10MeV相去甚远．可惜的是，他们擦肩而过，无缘相识。面对55MeV与10MeV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。材料——中子的发现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。材料——中子的发现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。nCHeBe101264294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。1、定义：原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程，------------核反应2、规律：在核反应中，质量数和电荷数都守恒一、核反应3、几个人工核转变方程1441717281NHeOHnCHeBe1012642941934年，约里奥·居里和伊丽芙·居里在用粒子轰击铝箔时，除探测到预料中的中子外，还探测到了正电子，正电子的质量跟电子相同，所带电荷与电子相反，为一个单位的正电荷，更意外的是，拿走放射源后，铝箔虽不再发射中子，但仍继续发射正电子，而且这种放射性也有一定的半衰期．原来，铝核被粒子击中后发生了下面的反应：二、人工放射性同位素及其应用1、放射性同位素天然存在的放射性元素只有四十几种，但用人工方法得到的放射性性同位素有一千多种，因而放射性同位素有着广泛的用途。由于同位素的核电荷数相同，所以化学性质相同。材料反应生成物P是磷的一种同位素，也有放射性，像天然放射性元素一样发生衰变，衰变时放出正电子，核衰变方程如下：用人工方法得到放射性同位素，这是一个很重要的发现．后来人们用质子、氘核、中子和光子轰击原子核，也得到了放射性同位素．eSiP0130143015nPHeAl1030154227132、与天然的放射性物质相比，人造放射性同位素：放射强度容易控制可以制成各种需要的形状半衰期更短放射性废料容易处理（1）利用它的射线3、放射性同位素的应用A、由于γ射线贯穿本领强，可以用来γ射线检查金属内部有没有砂眼或裂纹，所用的设备叫γ射线探伤仪．B、利用射线的穿透本领与物质厚度密度的关系，来检查各种产品的厚度和密封容器中液体的高度等，从而实现自动控制C、利用射线使空气电离而把空气变成导电气体，以消除化纤、纺织品上的静电D、利用射线照射植物，引起植物变异而培育良种，也可以利用它杀菌、治病等（2）作为示踪原子：用于工业、农业及生物研究等.棉花在结桃、开花的时候需要较多的磷肥，把磷肥喷在棉花叶子上，磷肥也能被吸收．但是，什么时候的吸收率最高、磷在作物体内能存留多长时间、磷在作物体内的分布情况等，用通常的方法很难研究．如果用磷的放射性同位素制成肥料喷在棉花叶面上，然后每隔一定时间用探测器测量棉株各部位的放射性强度，上面的问题就很容易解决．人体甲状腺的工作需要碘．碘被吸收后会聚集在甲状腺内．给人注射碘的放射性同位素碘131，然后定时用探测器测量甲状腺及邻近组织的放射强度，有助于诊断甲状腺的器质性和功能性疾病．放射性的应用利用射线示踪原子测厚仪探伤仪治疗恶性肿瘤食物保鲜、育种农作物检测诊断器质性和功能性疾病生物大分子结构及功能研究三、放射性同位素的应用4、辐射与安全人类一直生活在放射性的环境中。例如，地球上的每个角落都有来自宇宙的射线，我们周围的岩石，其中也有放射性物质。我们的食物和日常用品中，有的也具有放射性，例如食盐和有些水晶眼镜片中含有钾40，香烟中含有钋210，这些也是放射性同位素。体检时还会做X射线透射，这更是剂量比较大的照射。不过这些辐射的强度都在安全剂量之内，对我们没有伤害。然而过量的射线对人体组织有破坏作用，这种破坏往往是对细胞核的破坏，有时不会马上察觉。因此，在使用放射性同位素时，必须严格遵守操作规程，注意人身安全，同时要防止放射性物质对空气、水源、用具等的污染。20世纪初期人们在毫无防备的情况下研究放射性放射性污染和防护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．1945年遭原子弹炸后的广岛1986年切尔诺贝利核泄漏事故一片荒芜2011年3月11日，日本东北部海域发生9.0级地震并引发海啸，地震造成日本福岛第一核电站1~4号机组发生核泄漏事故。贫铀弹在防护状态下操作放射性物质合理处理核废料放射性的防护在生活中要有防范意识，尽可能远离放射源放射性标志