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5.4　放射性同位素
【学习目标】
1.通过任务1及其活动,知道同位素的概念,知道同位素的物理性质与化学性质异同性,知道放射性同位素是怎么发现的。(物理观念)
2.通过任务2及其活动,知道放射性同位素在生产和科学领域的应用;注意放射性的污染及危害。(物理观念、科学态度与责任)
【自主预习·悟新知】
思考并回答问题。
思考1:92号元素铀的一种原子核的质量数是235,它的核子数、质子数和中子数分别是多少 它与质量数是238的铀是什么关系


思考2:示踪原子应该用半衰期较长的还是半衰期较短的放射性元素


正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)在元素周期表中处在同一位置上,而质量数不同的元素叫同位素。 (　　)
(2)人工放射性同位素比天然放射性元素半衰期长。 (　　)
(3)核反应中产生的γ射线穿透能力强,对人体有较大的伤害。 (　　)
【合作探究·提素养】
任务1　放射性同位素的发现
　　2011年3月,日本的强烈地震引发的海啸致使日本福岛核电站发生核泄漏事故,其中有一种放射性物质叫碘131,这种物质放射出的射线对人体有害,而我们的食盐中却要加碘。
1.食盐中所加的碘与放射性碘相同吗


2.回忆以前所学,我们可以用什么仪器分析同位素


3.什么是人工放射性同位素 它有何特点



1.同位素的定义:具有相同①　　　　而②　　　　不同的原子,在元素周期表中处于同一位置,因而互称同位素。性质:原子核的质子数决定了核外电子数目,也决定了电子在核外的分布情况,进而决定了这种元素的化学性质,因而同种元素的同位素具有相同的③　　　　性质,但往往具有不同的④　　　　性质。
2.人工放射性同位素
(1)放射性同位素:有些同位素具有放射性,叫作放射性同位素。放射性同位素有天然和人造两种。
(2)人工放射性同位素的发现:发现磷同位素的核反应方程HeAl⑤　　　　,发现者约里奥—居里夫妇。
(3)人工放射性同位素的优点:放射强度容易控制;形状容易控制;半衰期短,废料容易处理。
应用1　同位素的判断
(多选)下列说法正确的是 (　　)
AX与Y互为同位素
BX与Y互为同位素
CX与Y中子数相同
DU核内有92个质子,235个中子
互为同位素的两个原子,它们的质子数相同吗 中子数相同吗 质量数相同吗



应用2　同位素在磁场中的运动比较
Ra是镭的一种同位素,让Ra和Ra以相同速度垂直射入磁感应强度为B的匀强磁场中,它们运动的轨迹半径之比是多少


任务2　放射性同位素的应用　射线的危险及防护
　　生活中到处都有放射性,我们吃的食物、喝的水、住的房子、用的物品、周围的天空大地、山川草木乃至人体本身都含有一定的放射性。但放射性的应用主要是指人工放射性同位素的应用。
α射线电离性强,可以消除有害静电。γ射线贯穿性强,可用于金属探伤,也可用于治疗恶性肿瘤。各种射线均可使遗传物质DNA发生突变,可用于生物工程、基因工程。
1.自然界许多元素具有天然放射性,为什么我们主要利用人工放射性同位素


2.说说α射线是如何消除静电的


3.γ射线可用于治疗恶性肿瘤,这就是我们所说的“放疗”,请查阅相关资料,说说“放疗”的利弊。


4.各种射线均可使遗传物质DNA发生突变,你认为这是不是一定带来优良品种


1.放射性的应用
放射性同位素的应用主要分三类:射线的应用、示踪原子的应用和半衰期的应用。
(1)射线的应用
辐射育种:利用γ射线照射种子,易使种子内的遗传物质发生⑥　　　　,培养出新的优良品种。
食品辐射保存:用射线对食品进行照射,可以⑦　　　　发芽,杀虫灭菌。
放射性治疗:射线照射可以治疗恶性肿瘤,使⑧　　　　活动受到抑制或死亡。
γ射线探伤:利用γ射线穿透能力强的特点,可以探查⑨　　　　内部有没有缺陷或裂纹。
(2)示踪原子的应用
同一种元素同位素的　　　　性质完全相同。如果在某种元素里掺进一些该元素的放射性同位素,无论这种元素经历怎样的过程,它的放射性同位素也经历同样的过程。由于放射性同位素的行踪可以　　　　,所以把这种用途的放射性同位素叫作示踪原子。示踪原子可用于医学、农业、生物工程等方面。
(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。例如,已知铀系的最终产物是铅206,便可根据目前岩石中铀238 和铅206的含量比,由铀的半衰期估算该地层的年龄; 利用生物残骸中同位素碳14与碳 12的含量比可推断出生物死亡的年代等。
2.射线的危害及防护
尽管射线有着广泛的用途, 但它对人体组织却会造成伤害, 随着放射性同位素及射线装置在工农业、医疗、科研等各个领域的广泛应用,射线造成危害的可能性也在增大,在使用放射性同位素时必须注意安全。
放射性防护可分成内照射防护和外照射防护,内照射与外照射的显著差别是, 即使不再进行放射性物质的操作,已经进入体内的放射性同位素仍然在体内产生有害影响。
(1)内照射防护的基本原则是尽可能地隔断放射性物质进入人体的各种途径。 通常采取的措施是把可能成为污染源的放射性物质放在密闭的手套箱或其他密闭容器中进行操作,使它与工作场所的空气隔绝; 严禁工作人员用可能被污染的手接触食物、 衣服或其他生活用具等。
(2)外照射的特点是只有当机体处于辐射场中时,才会引起辐射损伤,当机体离开辐射场后,就不再受照射。外照射防护通常采用的三种防护方式:　　　　,　　　　,　　　　。
讨论辐射警示标志的含义
辐射警示标志是一个由中间一个小圆,外面三瓣扇形构成的图案,如图所示。你认为这样一个图案能代表什么含义

应用　放射性的应用与防护
(多选)关于放射性的应用,下列说法正确的是 (　　)
A.放射线能杀伤癌细胞或阻止癌细胞分裂,对人体的正常细胞不会有伤害作用
B.对放射性的废料,要装入特制的容器并埋入深地层进行处理
C.γ射线探伤仪中的放射源必须存放在特制的容器里,而不能随意放置
D.对可能有放射性污染的场所或物品进行检测是很有必要的
【随堂检测·精评价】
1.(任务1)(多选Ra是镭Ra的一种同位素,对于这两个镭原子而言,下列说法正确的有 (　　)
A.它们具有相同的质子数和不同的质量数
B.它们具有相同的中子数和不同的原子序数
C.它们具有相同的核电荷数和不同的中子数
D.它们具有相同的核外电子数和不同的化学性质
2.(任务2)(多选)据报道,我国研究的旋式γ刀治疗脑肿瘤效果非常好,将进入各大医院为患者服务。治疗时不用麻醉,病人清醒,时间短,半个小时内完成手术。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射线具有很强的能量
D.γ射线很容易绕过阻碍物到达目的地
3.(任务2)(多选)正电子发射机断层显像(PET)的基本原理是将放射性同位素O注入人体O在人体内衰变放出的正电子与人体内的负电子相遇而湮灭,转化为一对γ光子而被探测器探测到后,经计算机处理即产生清晰的图像。根据PET的原理,下列说法正确的是 (　　)
A.O在人体内衰变的方程式是ONe
B.能用O做“示踪原子”是因为其半衰期短,放射强度弱,对人体影响较小
C.在PET中O注入人体参与代谢化合后半衰期会发生变化
D.在PET中O的主要用途是正常参与代谢
4.(任务2)我们居住的房屋所使用的建材、煤及天然气等都有可能会放出稀有放射性物质氡(Rn),它能严重损伤人体的组织和器官,导致组织或器官发生病变,继而形成癌症,故氡被称为居室里的“隐蔽杀手”。那么降低居室中可能的放射性污染的常用方法有　　　　　　　　。
参考答案
自主预习·悟新知
思考1:质量数是235的铀,核子数、质子数和中子数分别是235、92和143;它与质量数是238的铀是同位素。
思考2:半衰期较短的。因为放射线对人体有害,一旦研究完毕,就希望放射性同位素放出的射线量大大减少。
判断　(1)√　(2)×　(3)√
合作探究·提素养
任务1
问题引领
1.食盐中所加的碘与放射性碘不同!食盐中所加的碘与放射性碘的原子核内有相同的质子数,但中子数不同。具有相同质子数而中子数不同的原子,在元素周期表中处于同一位置,因而互称同位素。由于原子核内质子数决定了核外电子数,核外电子排列决定了这种元素的化学性质,所以同位素的化学性质相同。但是由于核内中子数不同,食盐中所加的碘没有放射性,不会对人体造成伤害。
2.质谱仪。
3.有些同位素具有放射性,叫作放射性同位素。放射性同位素有天然和人造两种,它们的化学性质相同。用某种粒子轰击一些原子核,会生成自然界没有的、具有放射性的元素,这种元素就叫人工放射性同位素。例如,居里夫妇用α粒子轰击铝,得到人工放射性同位素磷P,核反应方程是AlHePn。
人工放射性同位素与天然放射性物质相比,具有的优点是放射强度容易控制;容易制成所需形状;半衰期短;废料容易处理。
知识生成　 ①质子数　②中子数　③化学　④物理　Pn
应用探究
例1　【提示】质子数相同,中子数和质量数不同。
【答案】BC
【解析X核与Y核的质子数不同,不能互为同位素,A项错误X核与Y核质子数都为m,而质量数不同,则中子数不同,所以互为同位素,B项正确X核内中子数为n-mY核内中子数为(n-2)-(m-2)=n-m,所以中子数相同,C项正确U核内有143个中子,而不是235个中子,D项错误。
例2　【解答】带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的向心力为洛伦兹力,根据牛顿第二定律有qvB=m,r=,因为两种同位素具有相同的核电荷数,但质量数不同,故==。
任务2
问题引领
1.人工放射性同位素与天然放射性物质相比,具有的优点是:放射强度容易控制;容易制成所需形状;半衰期短,废料容易处理。
2.α射线电离性强,可以使空气电离,产生正负离子,此离子就可以消除静电。
3.“放疗”对肿瘤细胞有杀伤力,治疗效果明显,但射线对正常细胞也有较大的杀伤力,给人体带来副作用,如脱发等。一般来说“放疗”是在万不得已的情况下才使用的治疗手段。会出现恶心、呕吐、皮肤过敏等症状。
4.遗传物质DNA发生突变可带来优良品种,也可能带来更差的生物品种,但人类可以保留人们需要的优良品种。
知识生成　⑥变异　⑦抑制　⑧癌细胞　⑨金属　⑩化学　用仪器探测到　缩短受照射时间　增大与辐射源间的距离　屏蔽射线
应用探究
活动　中间一个小圆可以代表原子核。三个向外的扇形可以代表三种射线。
例3　BCD　【解析】放射线能杀伤癌细胞或阻止癌细胞分裂,也会对人体的正常细胞有伤害,A项错误;正因为放射线具有伤害作用,B、C、D三项正确。
随堂检测·精评价
1.AC　【解析】同位素具有相同的质子数而中子数不同,质量数不同;它们在元素周期表中有相同的位置, 核外电子数相同,故化学性质相同。A、C两项正确,B、D两项错误。
2.AC　【解析】γ射线具有很强的能量,贯穿本领很强,能够穿透人体,直达病灶,杀死肿瘤细胞,A、C两项正确;γ射线电离作用较弱,B项错误;γ射线的波长较短,不容易发生衍射,也就不容易绕过阻碍物,D项错误。
3.AB
4.见解析
【解析】使用放射性达标的建材;勤开窗户,通风透气;绿化环境等都可以降低居室中可能的放射性污染。

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