高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第三册第五章 原子与原子核第四节 放射性同位素导学案及答案

第四节　放射性同位素

[学习目标]　 1.知道什么是放射性同位素和人工转变的放射性同位素.2.了解放射性在生产和科学领域的应用和防护．

一、放射性同位素的发现

1．同位素：具有相同质子数而中子数不同的原子．

2．放射性同位素：具有放射性的同位素．

二、放射性同位素的应用

1．射线的应用

(1)利用γ射线的穿透性来检查金属内部的缺陷．

(2)利用α射线、β射线的电离作用使空气分子电离变成导电气体．

(3)在农业上，利用射线防治害虫和培育良种．在医疗上，利用射线可以治疗疾病和消毒灭菌．

2．示踪原子的应用

(1)示踪原子：由于放射性元素能放出某种射线，因此可用探测仪对它们进行踪迹显示，这种放射性同位素叫作示踪原子．

(2)应用：农业上检测磷肥的吸收情况；工业上检测机件的磨损情况；半导体制造工艺中探测杂质在半导体内的扩散情况；医学上的疾病诊断等．

3．半衰期的应用

在地质和考古工作中，可利用放射性衰变的半衰期来推断地层或古代文物的年代．

三、射线的危害及防护

1．危害

射线对物体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、化学或生化变化．

2．防护

(1)内照射防护

尽可能地隔断放射性物质进入人体的各种途径．

(2)外照射防护

通常采取缩短受照射时间、增大与辐射源间的距离、屏蔽射线三种方式防护．

判断下列说法的正误．

(1)所有的同位素都具有放射性．(　×　)

(2)任何放射性物质都可以作为示踪原子使用．(　×　)

(3)可以利用射线治疗疾病和消毒灭菌．(　√　)

(4)过度受到大剂量射线照射时对人身体是有害的．(　√　)

一、放射性同位素及应用

1．放射性同位素的分类

(1)天然放射性同位素．

(2)人工放射性同位素．

2．放射性同位素的主要作用

(1)工业部门使用射线测厚度——利用γ射线的穿透特性．

(2)农业应用——利用γ射线照射种子，会使种子的遗传基因发生变异，杀死使食物腐败的细菌、抑制蔬菜发芽、延长保存期等．

(3)做示踪原子——利用放射性同位素与非放射性同位素有相同的化学性质．

(4)医学上——利用γ射线的高能量治疗癌症．

用人工方法得到放射性同位素，这是一个很重要的发现，天然的放射性同位素只不过40多种，而今天通过核反应生成的人工放射性同位素已达1 000多种，几乎每种元素都有放射性同位素．放射性同位素在工业、农业、医疗卫生和科学研究的许多方面得到了广泛的应用．

(1)带电的验电器在放射线照射下电荷会很快消失．其原因是________．

A．射线的贯穿作用

B．射线的电离作用

C．射线的物理、化学作用

D．以上三个选项都不是

(2)如图1是工厂利用放射线自动控制铝板厚度的装置示意图．如果工厂生产的是厚度1毫米的铝板，在α、β、γ三种射线中，你认为对铝板的厚度控制起主要作用的是________射线．

图1

(3)在我国首先用人工方法合成牛胰岛素时，需要证明人工合成的牛胰岛素结晶跟天然牛胰岛素的结晶是同一种物质，为此曾采用放射性同位素14C做________．

答案　(1)B　(2)β　(3)示踪原子

解析　(1)因放射线的电离作用，空气中的与验电器所带电荷电性相反的离子与验电器所带电荷相互中和，从而使验电器所带电荷消失．

(2)α射线穿透物质的本领弱，不能穿透厚度1毫米的铝板，因而探测器不能探测，γ射线穿透物质的本领极强，穿透1毫米厚铝板和几毫米厚铝板打在探测器上很难分辨．β射线也能够穿透1毫米甚至几毫米厚的铝板，但厚度不同，穿透后β射线中的电子运动状态不同，探测器容易分辨．

(3)把掺入14C的人工合成的牛胰岛素与天然牛胰岛素混合在一起，经过多次重新结晶后，得到了放射性14C分布均匀的牛胰岛素结晶，这就证明了人工合成的牛胰岛素与天然牛胰岛素完全融为一体，它们是同一种物质．这种把放射性同位素的原子掺到其他物质中去，让它们一起运动、迁移，再用放射性探测仪器进行追踪，就可以知道放射性原子通过什么路径，运动到哪里了，是怎样分布的，从而可以了解某些不容易查明的情况或规律．人们把这种放射性同位素叫示踪原子．

二、射线的危害及防护

1．人体长时间接受到大剂量的射线照射，就会使细胞、组织、器官受到损伤，有时甚至会引发癌变或造成下一代遗传上的缺陷．

2．防护

放射性元素钋Po发生衰变时，会产生He和一种未知粒子X，并放出γ射线，其核反应方程为Po→＋He＋γ，则(　　)

A．原子核X的中子数为206

B．利用射线能杀伤癌细胞或阻止癌细胞分裂，所以人体可以经常照射

C．γ射线的电离作用很强，可用来消除有害静电

D．为防止射线泄漏，可将放射性元素钋Po密封于铅盒中

答案　D

解析　根据核反应方程遵循质量数守恒有y＝210－4＝206，则X中的中子数为206－82＝124，故A错误；大剂量的射线照射会对人体造成某些损害，放射性元素也能损伤遗传物质，引起基因突变和染色体畸变，使一代甚至几代受害，故B错误；γ射线的穿透作用很强，α射线的电离作用很强，故C错误；为了防止射线的泄漏，可将放射性元素密封于铅盒中以避免射线对人体造成伤害和放射性物质对环境造成放射性污染，故D正确.

考点一　放射性同位素及其应用

1．(多选)下列有关放射性同位素P的说法，正确的是(　　)

A.P与X互为同位素

B.P与其同位素有相同的化学性质

C.用P制成化合物后它的半衰期变长

D.P能释放正电子，可用作示踪原子，观察磷肥对植物的影响

答案　BD

解析　同位素有相同的质子数，不同的质量数，故A错；同位素有相同的化学性质，故B对；半衰期与物理、化学状态无关，故C错；P为放射性同位素，能释放正电子，可用作示踪原子，故D对．

2．(2020·靖西市第二中学高二开学考试)医学界通过14C标记的C60发现一种C60的羧酸衍生物，在特定条件下可以通过断裂DNA抑制艾滋病病毒的繁殖，则14C的用途是(　　)

A．示踪原子   B．电离作用

C．催化作用   D．贯穿作用

答案　A

解析　14C具有放射性，可以用它标记的C60，通过其放射性发现一种C60的羧酸衍生物，14C的用途是示踪原子，故A正确，B、C、D错误．

3．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．放射育种利用γ射线照射种子使遗传基因发生变异

D．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

答案　C

解析　γ光子的贯穿能力最强，应该用γ射线探测物体的厚度，故A错误；因为α粒子的电离本领强，所以应该用α粒子放射源制成“烟雾报警器”，故B错误；γ光子的贯穿能力最强，从而使DNA发生变异，所以放射育种利用γ射线照射种子使遗传基因发生变异，故C正确；人体长时间接触放射线会影响健康，所以医院在利用放射线诊断疾病时用半衰期较短的放射性同位素，故D错误．

4．(多选)下列哪些应用是把放射性同位素作为示踪原子的(　　)

A．γ射线探伤

B．利用含有放射性同位素碘131的油，检测地下输油管的漏油情况

C．利用钴60治疗肿瘤等疾病

D．把含有放射性同位素的肥料施给农作物以检测农作物吸收养分的规律

答案　BD

解析　γ射线探伤是利用了γ射线的穿透性，故A错误．放射性同位素检测地下输油管的漏油情况和施放射性同位素的肥料是把放射性同位素作为示踪原子，故B、D正确．利用钴60治疗肿瘤等疾病是利用了γ射线的生物作用，故C错误．

考点二　射线的危害及防护

5．(多选)关于人工放射性同位素，下列说法正确的是(　　)

A．人工放射性同位素的半衰期比天然放射性物质的半衰期长很多

B．人工放射性同位素的放射强度容易控制

C．人工放射性同位素的γ射线能进行金属探伤

D．使用人工放射性同位素也要遵守操作规程，防止对空气、水源、用具等的污染

答案　BCD

解析　人工放射性同位素的半衰期比天然放射性物质的半衰期短，故选项A错误；人工放射性同位素的放射强度容易控制，故选项B正确；人工放射性同位素的γ射线能进行金属探伤，故选项C正确；使用人工放射性同位素也要遵守操作规程，防止对空气、水源、用具等的污染，故选项D正确．

6．放射性同位素发出的射线在科研、医疗、工业等诸多方面得到了广泛的应用，下列有关放射线的说法中正确的是(　　)

A．放射线改变了布料的性质使其不再因摩擦而生电，因此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，也能进行人体的透视

C．用放射线照射作物种子能使其DNA发生变异，其结果一定是成为更优秀的品种

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

答案　D

解析　利用放射线消除有害静电是利用α射线的电离性，使空气分子电离成导体，将静电放出，故A错误；利用γ射线的贯穿性可以为金属探伤，γ射线对人体细胞伤害太大，因此不能用来人体透视，故B错误；DNA变异并不一定都是有益的，也有有害的一面，故C错误；射线对人体细胞伤害太大，在用于治疗肿瘤时要严格控制剂量，故D正确．

7．(2020·江苏无锡一中阶段测试)正电子发射计算机断层显像(PET)的基本原理是：将放射性同位素15O注入人体，参与人体的代谢过程.15O在人体内衰变放出正电子，与人体内负电子相遇而湮灭转化为一对光子，被探测器探测到，经计算机处理后产生清晰的图像．将放射性同位素15O注入人体，15O的主要用途是(　　)

A．利用它的射线

B．作为示踪原子

C．参与人体的代谢过程

D．有氧呼吸

答案　B

解析　将放射性同位素15O注入人体后，由于它能放出正电子，并能与人体内的负电子产生一对光子，从而被探测器探测到，所以它的用途是作为示踪原子，选项B正确．

8．(多选)俄罗斯“库尔斯克”号核潜艇在巴伦支海的沉没再次引起了人们对核废料与环境问题的重视，几十年来人们向巴伦支海海域倾倒了不少核废料，而核废料对海洋环境有严重的污染作用．其原因有(　　)

A．铀、钚等核废料有放射性

B．铀、钚等核废料的半衰期很长

C．铀、钚等重金属有毒性

D．铀、钚等核废料会造成爆炸

答案　ABC

解析　铀、钚等核废料有放射性，射线有危害，故A正确；铀、钚等核废料的半衰期很长，短期内很难消失，故B正确；铀、钚等是重金属，重金属都有毒性，故C正确；铀、钚等核废料不会自发爆炸，故D错误．

9．钴60(Co)是金属元素钴的放射性同位素之一，其半衰期为5.27年．它发生β衰变变成镍60(Ni)同时放出能量高达315 keV的高速电子和两束γ射线．钴60的应用非常广泛，几乎遍及各行各业．在农业上，常用于辐射育种、食品辐射保藏与保鲜等；在工业上，常用于无损探伤、辐射消毒、辐射加工、辐射处理废物以及自动控制等；在医学上，常用于人体肿瘤的放射治疗．关于钴60，下列说法正确的是(　　)

A．发生β衰变的衰变方程为Co→Ni＋e

B．将钴60放入高温高压环境中可以加快其衰变

C．钴60可以作为示踪原子研究人体对药物的吸收

D．10 g钴60经过10.54年全部发生衰变

答案　A

解析　根据电荷数守恒、质量数守恒知钴60发生β衰变的衰变方程为：Co→Ni＋e，故A正确．放射性元素衰变的快慢由核自身的因素决定，与所处的外部环境无关，故B错误．钴60半衰期太长，且衰变放出的高能粒子对人体伤害太大，不能作为药物的示踪原子，故C错误.10.54年为两个半衰期，则剩下的钴60为原来的，没有全部衰变，故D错误．