PAGE7-第三節放射性同位素[學習目標]1.知道什么是核反應，能夠嫻熟寫出核反應方程．(重點)2.知道放射性同位素和人工放射性同位素及其核反應方程．(難點)3.了解放射性在生產和科學領域的應用.4.知道射線的危害及防護．一、核反應1．定義：利用自然放射性的高速粒子或利用人工加速的粒子去轟擊原子核，以產生新的原子核，這個過程叫做核反應．2．反應能：核反應中所放出或汲取的能量叫做反應能．3．兩個典型的核反應方程(1)質子的發覺：eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(14,8)O＋eq\o\al(1,1)H.(2)中子的發覺：eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n.二、放射性同位素及其應用1．放射性同位素(1)具有相同質子數而中子數不同的原子，在元素周期表中處于同一位置，因而互稱同位素．(2)具有放射性的同位素，叫做放射性同位素．(3)發覺正電子的核反應方程eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)neq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,1)e＋ν.ν代表中微子，它是一種中性粒子，質量近似為零．2．放射性同位素的應用放射性同位素的應用主要分為三類：(1)射線的應用；(2)示蹤原子的應用；(3)半衰期的應用．3．放射線的危害及防護(1)危害人體受到長時間大劑量的射線照耀，就會使細胞、組織、器官受到損傷，破壞人體DNA分子結構，有時甚至會引發癌癥，或者造成下一代遺傳上的缺陷，過度照耀時，人經常會出現頭痛、四肢無力、貧血等多種癥狀，重者甚至死亡．(2)防護輻射防護的基本方法有時間防護、距離防護和屏蔽防護．要防止放射性物質對水源、空氣、用具、工作場所的污染，要防止射線過多地長時間地照耀人體．1．正誤推斷(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)無論是核衰變還是其他核反應，方程兩邊總的質量數和電荷數是守恒的． (√)(2)核反應方程遵守質量數守恒，即核反應過程中，質量不改變． (×)(3)利用示蹤原子來推斷地層或古代文物的年頭． (×)(4)可以利用放射性同位素的射線進行無損探傷，生物育種等． (√)(5)醫學上做射線治療用的放射性元素，應選半衰期長的． (×)2．(多選)以下是物理學史上3個聞名的核反應方程x＋eq\o\al(7,3)Li→2yy＋eq\o\al(14,7)N→x＋eq\o\al(17,8)Oy＋eq\o\al(9,4)Be→z＋eq\o\al(12,6)Cx、y和z是3種不同的粒子，下列說法正確的是()A．x為α粒子 B．y為α粒子C．y為電子 D．z為中子BD[依據質量數守恒和電荷數守恒可以確定x為質子eq\o\al(1,1)H，y為eq\o\al(4,2)He即α粒子，z為中子eq\o\al(1,0)n.]3．(多選)有關放射性同位素eq\o\al(30,15)P的下列說法，正確的是()A.eq\o\al(30,15)P與eq\o\al(30,14)X互為同位素B.eq\o\al(30,15)P與其同位素有相同的化學性質C．用eq\o\al(30,15)P制成化合物后它的半衰期變長D．含有eq\o\al(30,15)P的磷肥釋放正電子，可用作示蹤原子，視察磷肥對植物的影響BD[同位素有相同的質子數，不同的中子數，所以選項A錯誤；半衰期與元素所處的化學狀態沒有關系，eq\o\al(30,15)P制成化合物后它的半衰期不變，選項C錯誤．]核反應及核反應方程的書寫1.對核反應的相識(1)條件：用α粒子、質子、中子，甚至用γ光子轟擊原子核，使原子核發生轉變．(2)實質：用粒子轟擊原子核，并不是粒子與核碰撞，將原子核打開，而是粒子打入原子核內部使核發生了轉變．(3)遵循規律：反應前、后電荷數和質量數守恒．2．常見的人工轉變核反應(1)盧瑟福發覺質子eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H.(2)查德威克發覺中子eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n.(3)居里夫婦人工制造同位素eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(27,13)Al→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n.eq\o\al(30,15)P具有放射性，自發地放出正電子(eq\o\al(0,1)e)，與自然放射現象遵循相同的規律，衰變方程：eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,1)e＋ν.3．書寫核反應方程時的留意事項(1)核反應指的是在原子核內部核子數發生相應的改變，而化學反應指的是在原子核外最外層電子數發生改變，二者存在本質的不同．(2)核反應過程一般都不是可逆的，所以核反應方程只能用單向箭頭表示反應方向，不能用等號連接．(3)核反應的生成肯定要以試驗事實為基礎，不能依據兩個守恒規律杜撰誕生成物與核反應方程．(4)核反應遵循質量數守恒，而不是質量守恒，核反應過程中反應前后的總質量一般會發生改變(質量虧損)且釋放出核能．【例1】1993年，中國科學院上海原子核探討所制得了一種新的鉑元素的同位素eq\o\al(202,78)Pt.制取過程如下：(1)用質子轟擊鈹靶eq\o\al(9,4)Be產生快中子；(2)用快中子轟擊汞eq\o\al(204,80)Hg，反應過程可能有兩種：①生成eq\o\al(202,78)Pt，放出氦原子核；②生成eq\o\al(202,78)Pt，同時放出質子、中子．(3)生成的eq\o\al(202,78)Pt發生兩次衰變，變成穩定的原子核汞eq\o\al(202,80)Hg.寫出上述核反應方程．[解析]依據質量數守恒、電荷數守恒，確定新生核的電荷數和質量數，然后寫出核反應方程：(1)eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(9,5)B＋eq\o\al(1,0)n.(2)①eq\o\al(204,80)Hg＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(202,78)Pt＋eq\o\al(3,2)He.②eq\o\al(204,80)Hg＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(202,78)Pt＋2eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(1,0)n.(3)eq\o\al(202,78)Pt→eq\o\al(202,79)Au＋eq\o\al(0,－1)e，eq\o\al(202,79)Au→eq\o\al(202,80)Hg＋eq\o\al(0,－1)e.[答案]見解析書寫核反應方程的四條重要原則1．質量數守恒和電荷數守恒；2．中間用箭頭，不能寫成等號；3．能量守恒(中學階段不作要求)；4．核反應必需是試驗中能夠發生的．1．(1)完成下列核反應方程：A.eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(11,5)B→eq\o\al(14,7)N＋________B.eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(23,11)Na→________＋eq\o\al(1,1)HC.eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(9,4)Be→eq\o\al(12,)6C＋________D.eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(27,13)Al→eq\o\al(30,15)P＋________(2)在(1)的四個方程中，發覺中子的核反應方程是________，發覺放射性同位素的方程是________．[解析](1)由核反應的規律：質量數、電荷數守恒可以推斷A、C、D選項中的三個核反應生成物中都有中子．而B項中的核反應的生成物應為eq\o\al(29,12)Mg.(2)查德威克發覺中子的核反應方程為C，約里奧—居里夫婦發覺放射性同位素的核反應方程為D.[答案](1)eq\o\al(1,0)neq\o\al(26,12)Mgeq\o\al(1,0)neq\o\al(1,0)n(2)CD放射性同位素及其應用1.放射性同位素分類可分為自然放射性同位素和人工放射性同位素兩種，自然放射性同位素不過40多種，而人工放射性同位素已達1000多種，每種元素都有自己的放射性同位素．2．人工放射性同位素的優點(1)放射強度簡單限制；(2)可以制成各種所需的形態；(3)半衰期比自然放射性物質短得多，放射性廢料簡單處理．因此，凡是用到射線時，用的都是人工放射性同位素．3．放射性同位素的主要應用(1)利用它的射線．①工業部門運用射線測厚度——利用γ射線的穿透特性；②農業應用——γ射線使種子的遺傳基因發生變異，殺死使食物腐敗的細菌，抑制蔬菜發芽，延長保存期等；③醫療上——利用γ射線的高能量治療癌癥．(2)作為示蹤原子：放射性同位素與非放射性同位素有相同的化學性質，通過探測放射性同位素的射線確定其位置．【例2】正電子放射計算機斷層顯像(PET)的基本原理是：將放射性同位素15O注入人體，參加人體的代謝過程.15O在人體內衰變放出正電子，與人體內負電子相遇而湮滅轉化為一對光子，被探測器探測到，經計算機處理后產生清楚的圖象．依據PET原理，回答下列問題：(1)寫出15O的衰變和正負電子湮滅的方程式．(2)將放射性同位素15O注入人體，15O的主要用途是()A．利用它的射線 B．作為示蹤原子C．參加人體的代謝過程 D．有氧呼吸(3)PET中所選的放射性同位素的半衰期應________．(選填“長”“短”或“長短均可”)[解析](1)由題意得eq\o\al(15,8)O→eq\o\al(15,7)N＋eq\o\al(0,＋1)e，eq\o\al(0,＋1)e＋eq\o\al(0,－1)e→2γ.(2)將放射性同位素15O注入人體后，由于它能放出正電子，并能與人體內的負電子產生一對光子，從而被探測器探測到，所以它的用途為作為示蹤原子．B正確．(3)依據同位素的用途，為了減小對人體的損害，半衰期應當很短．[答案](1)eq\o\al(15,8)O→eq\o\al(15,7)N＋eq\o\al(0,＋1)e，eq\o\al(0,＋1)e＋eq\o\al(0,－1)e→2γ(2)B(3)短放射性同位素應用的兩點提示1．利用它的射線：α射線的電離作用，γ射線的貫穿本事和生物作用，β射線的貫穿本事．2．作為示蹤原子：多數狀況下用β射線，因為γ射線難以探測到．2．(多選)放射性同位素被廣泛應用，下列說法正確的是()A．放射性同位素的半衰期都比較短，對環境的危害較小B．放射性同位素能夠消退靜電是因為其發出的γ射線C．用放射性同位素參加化學反應可以起到示蹤的作用D．放射性同位素可以作為核燃料進行發電AC[放射性同位素的半衰期都比較短，衰變的快，對環境的危害較小，A選項正確；α射線能使空氣分子電離成導體，能夠消退靜電，γ射線的電離本事較小，穿透本事強，B選項錯誤；依據放射性同位素的應用可知，用放射性同位素參加化學反應可以起到示蹤的作用，C選項正確；放射性的同位素大多是人工合成的同位素，成本高，存在量較少，不能作為核燃料進行發電，D選項錯誤．]課堂小結知識脈絡1.原子核在其他粒子的轟擊下產生新原子核的過程，稱為核反應.2.在核反應中，質量數守恒，電荷數守恒.3.1934年，約里奧·居里夫婦發覺了人工放射性同位素.4.放射性同位素有很多應用，如應用它的射線，或把它作為示蹤原子；放射性同位素也有很多危害．過量的射線對人體組織有破壞作用，同時對水源、空氣等也有污染.1．美國醫生用123I對老布什總統診斷，使其很快復原健康，123I的特性是()A．半衰期長，并快速從體內清除B．半衰期長，并緩慢從體內清除C．半衰期短，并快速從體內清除D．半衰期短，并緩慢從體內清除C[在人體內作為示蹤原子應當是半衰期短，并能快速從體內消退的元素，以減小危害和遺留．]2．(多選)下列哪些應用是把放射性同位素作為示蹤原子()A．γ射線探傷儀B．利用含有放射性碘131的油，檢測地下輸油管的漏油狀況C．利用鈷60治療腫瘤等疾病D．把含有放射性元素的肥料施給農作物，用檢測放射性的方法確定放射性元素在農作物內轉移和分布狀況，找出合理施肥的規律BD[A是利用了γ射線的穿透性；C利用了γ射線的生物作用；B、D是利用示蹤原子．]3．用人工方法得到放射性同位素，這是一個很重要的發覺，自然放射性同位素只不過40幾種，而今日人工制造的同位素已達1000多種，每種元素都有放射