3.放射性同位素的应用

⑴利用其射线：α射线电离性强，用于使空气电离，将静电泄出，从而消除有害静电。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DNA发生突变，可用于生物工程，基因工程。

⑵作为示踪原子。用于研究农作物化肥需求情况，诊断甲状腺疾病的类型，研究生物大分子结构及其功能。

⑶进行考古研究。利用放射性同位素碳14，判定出土木质文物的产生年代。

一般都使用人工制造的放射性同位素(种类齐全，半衰期短，可制成各种形状，强度容易控制)。

[例9] 关于放射性同位素应用的下列说法中正确的有　　　　　　　　　　　　　　

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危害

解：利用放射线消除有害静电是利用放射线的电离性，使空气分子电离成为导体，将静电泄出。γ射线对人体细胞伤害太大，不能用来进行人体透视。作物种子发生的DNA突变不一定都是有益的，还要经过筛选才能培育出优秀品种。用γ射线治疗肿瘤对人体肯定有副作用，因此要科学地严格控制剂量。本题选D。

2．原子核的人工转变：用高能粒子轰击靶核，产生另一种新核的反应过程，其核反应方程的一般形式为：。

式中是靶核的符号，为入射粒子的符号，是新生核符号，是放射出的粒子的符号。

① 卢瑟福发现质子的核反应方程为：

② 查德威克发现中子的核反应方程为：。

③ 约里奥·居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应方程为：

，其中，P是放射性同位素，e为正电子．

1．原子核的组成：质子和中子组成原子核。质子和中子统称为核子，原子核的质量数等于其核子数，原子核的电荷数等于其质子数，原子核的中子数N等于其质量数A与电荷数Z之差，即N=A-Z。

质子质量= 1．007277u＝1．6725×10^－27kg;　 中子质量=1．008665u＝1．6748×10^--27kg

具有相同的质子数、不同的中子数的原子核互称为同位素．

[例7]现在，科学家们正在设法探寻“反物质”．所谓的“反物质”是由“反粒子”构成的，“反粒子”与其对应的正粒子具有相同的质量和相同的电量，但电荷的符号相反，据此，若反α的粒子，它的质量数为　 　　　　　　　　，电荷数为　　　　　　　　　 ．

[解析]α粒子是氦核，它是由二个质子和二个中子组成，故质量数为4，电荷数为2．而它的“反粒子”的质量数也是“4”，但电荷数为“－2”．

[例8] 目前普遍认为，质子和中子都是由被称为u夸克和d夸克的两类夸克组成。u夸克带电量为e，d夸克带电量e，e为基元电荷。下列论断可能正确的是　

A．质子由1个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成

B．质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成

C．质子由1个u夸克和2个d夸克组成，中子由2个u夸克和1个d夸克组成

D．质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和1个d夸克组成

分析与解　 原子带电量为，中子的带电量为，选项B正确。

3、原子核的衰变规律

(1)α衰变的一般方程为→+He·每发生一次α衰变，新元素与原元素相比较，核电荷数减小2，质量数减少4．α衰变的实质是某元素的原子核同时放出由两个质子和两个中子组成的粒子(即氦核)．(核内)

(2)β衰变的一般方程为→+e．每发生一次β衰变，新元素与原元素相比较，核电荷数增加1，质量数不变．β衰变的实质是元素的原子核内的一个中子变成质子时放射出一个电子．(核内)， +β衰变：(核内)

(3)γ射线是伴随α衰变或β衰变同时产生的、γ射线不改变原子核的电行数和质量数．其实质是放射性原子核在发生α衰变或β衰变时，产生的某些新核由于具有过多的能量(核处于激发态)而辐射出光子．

(4)半衰期

A．意义：放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间．用希腊字母τ表示

　公式：，

B．半衰期由放射性元素的原子核内部本身的因素决定，跟原子所处的物理状态(如任强、温度等)或化学状态(如单质或化合物)无关．

[例4]Th(钍)经过一系列α和β衰变，变成Pb(铅)，下列说法正确的是(　　 )

　　 A．铅核比钍核少8个质子　　　　　　 B．铅核比钍核少16个中子

　　 C．共经过4次α衰变和6次β衰变　　 D．共经过6次α衰变和4次β衰变

解析：由原子核符号的意义，很容易判定A、B是正确的．　　

至于各种衰变的次数，由于β衰变不会引起质量数的减少，故可先根据质量数的减少确定α衰变的次数为：x=＝6次)

　　 再结合核电荷数的变化情况和衰变规律来判定β衰变的次数y应满足：

　2X－ y＝90－ 82= 8　　　 所以y＝2x-8＝4(次)　　 即D也是正确的．　　　 答案：ABD

[例5]铀()经过α、β衰变形成稳定的铅()，问在这一变化过程中，共有多少中子转变为质子(　　　 )

　　　 A．6 ； B．14；　 C．22 ；　 D．32

　　 解析：衰变为，需经过 8 次α衰变和 6次β衰变，每经过一次β衰变就会有一个中子转变为质子，同时放出一个电子，所以共有6个中子转化为质子．　　　 答案：A

[例6]如图所示，两个相切的圆表示一个静止原子核发生某种核变化后，产生的两种运动粒子在匀强磁场中的运动轨迹，可能的是(　　　　 )

　 A.原子核发生了α衰变；B．原子核发生了β衰变

　 C．原子核放出了一个正电子；D．原子核放出了一个中子；

　［解析］两个相切的圆表示在相切点处是静止的原子核发生了衰变，由于无外力作用，动量守恒，说明原子核发生衰变后，新核与放出的粒子速度方向相反，若是它们带相同性质的电荷，则它们所受的洛仑兹力方向相反，则轨道应是外切圆，若它们所带电荷的性质不同，则它们的轨道应是内切圆．图示的轨迹说明是放出了正电荷，所以可能是α衰变或放出了一个正电子，故A、C两选项正确．

　[点评]本题仅仅只是判断衰变的种类，而没有判断轨迹是属于哪种粒子的．处于静止状态时的原子核发生的衰变，它们的动量大小相等，而新核的电量一般远大于粒子(α、β)的电量，又在同一磁场中，由洛仑兹力提供向心力时，其圆运动的半径R＝mv／qB，此式的分子是相等的，分母中电量大的半径小，电量小的半径大，所以，一般情况下，半径小的是新核的轨迹，半径大的是粒子(α、β或正电子)的轨迹．

3．γ射线：波长极短的电磁波，贯穿作用最强，电离作用最弱．

　三种射线在匀强磁场、匀强电场、正交电场和磁场中的偏转情况比较：

[例3] 如图所示，铅盒A中装有天然放射性物质，放射线从其右端小孔中水平向右射出，在小孔和荧光屏之间有垂直于纸面向里的匀强磁场，则下列说法中正确的有

A..打在图中a、b、c三点的依次是α射线、γ射线和β射线

B.α射线和β射线的轨迹是抛物线

C.α射线和β射线的轨迹是圆弧　　　　　　　

D.如果在铅盒和荧光屏间再加一个竖直向下的场强适当的匀强电场，可能使屏上的亮斑只剩下b

解：由左手定则可知粒子向右射出后，在匀强磁场中α粒子受的洛伦兹力向上，β粒子受的洛伦兹力向下，轨迹都是圆弧。由于α粒子速度约是光速的1/10，而β粒子速度接近光速，所以在同样的混合场中不可能都做直线运动(如果一个打在b，则另一个必然打在b点下方。)本题选AC。

2．β射线：速度约为光速十分之几的电子流，贯穿作用很强，电离作用较弱．

1．α射线：速度约为光速1／10的氦核流，贯穿作用很弱，电离作用很强．

2、三种射线的本质和特性

1．放射性现象：贝克勒耳发现天然放射现象，使人们认识到原子核也有复杂结构，揭开了人类研究原子核结构的序幕．通过对天然放射现象的研究，人们发现原子序数大于83的所有天然存在的元素都有放射性，原子序数小于83的天然存在的元素有些也具有放射性，它们放射出来的射线共有三种：α射线、β射线、γ射线．

17、太阳现正处于主序星演化阶段，它主要是由电子的H、He等原子核组成，维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应，核反应方程是2e+4H→He+释放的核能，这些核能最后转化为辐射能，根据目前关于恒星演化的理论，若由于聚变反应而使太阳中的H核数目从现有数减少10%，太阳将离开主序星阶段而转入红巨星的演化阶段，为了简化，假定目前太阳全部由电子和H核组成.　

　(1)为了研究太阳演化进程，需知道目前太阳的质量M，已知地球半径R=6.4×10⁶ m，地球质量m=6.0×10²⁴ kg，月地中心的距离r=1.5×10¹¹ m，地球表面处的重力加速度g=　　　　 10 m/s²，1年约为3.2×10⁷ s，试估算目前太阳的质量M.　

(2)已知质量m_p=1.6726×10^-27 kg，He质量 =6.6458×10^-27 kg，电子质量m_e=0.9×10^-30 kg，光速c=3×10⁸ m/s.求每发生一次题中所述的核聚变反应所释放的核能.　

(3)又知地球上与太阳光垂直的每平方米截面上，每秒通过的太阳辐射能W=1.35×　　 10³ J/m².试估算太阳继续保持在主序星阶段还有多少年的寿命.