《探測射線的方法》PPT課件.ppt

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19.3《探測射線的方法》,教學目標,1、知識與技能（1）知道放射線的粒子與其他物質作用時產(chǎn)生的一些現(xiàn)象；（2）知道用肉眼不能直接看到的放射線可以用適當?shù)膬x器探測到；（3）了解云室、氣泡室和計數(shù)器的簡單構造和基本原理。2、過程與方法（1）能分析探測射線過程中的現(xiàn)象；（2）培養(yǎng)學生運用已知結論正確類比推理的能力。,3、情感、態(tài)度與價值觀（1）培養(yǎng)學生認真嚴謹?shù)目茖W分析問題的品質；（2）從知識是相互關聯(lián)、相互補充的思想中，培養(yǎng)學生建立事物是相互聯(lián)系的唯物主義觀點；（3）培養(yǎng)學生應用物理知識解決實際問題的能力。教學重點：根據(jù)探測器探測到的現(xiàn)象分析、探知各種運動粒子。教學難點（1）探測器的結構與基本原理。（2）如何觀察實驗現(xiàn)象,并根據(jù)實驗現(xiàn)象，分析粒子的帶電、動量、能量等特性，從而判斷是何種射線，區(qū)分射線的本質是何種粒子。教學方法：教師啟發(fā)、引導，學生討論、交流。教學用具：（1）掛圖，實驗器材模型，課件等；（2）多媒體教學設備一套：可供實物投影、放像、課件播放等。,復習回顧:,例：天然放射性元素(釷)經(jīng)過一系列α衰變和β衰變之后變成（鉛）．下列論斷中正確的是（）A.鉛核比釷核少24個中子B.鉛核比釷核少8個質子C.衰變過程中共有4次α衰變和8次β衰變D.衰變過程中共有6次α衰變和4次β衰變,BD,在下列核反應方程中,X代表質子的方程是（）,BC,半衰期、它表征放射性元素的原子核有一半發(fā)生衰變所需的時間。它是從大量原子核衰變中得出的統(tǒng)計規(guī)律，對個別的放射性原子核的衰變無實際物理意義。半衰期由原子核的內部因素決定，與外界條件及與物質的物理、化學狀態(tài)無關。即使處于物理運動，化學變化中也不會影響它的半衰期。因此它是反映某種元素原子核特征的重要物理量。,,,,探測射線的方法,1、粒子使氣體或液體電離，以這些離子為核心，過飽和汽會產(chǎn)生云霧，過熱液體會產(chǎn)生氣泡2、使照相底片感光3、使熒光物質產(chǎn)生熒光,射線中的粒子與其它物質作用會產(chǎn)生的現(xiàn)象：,一、威爾遜云室：,構造：一個圓筒狀容器，低部可以上下移動，上蓋是透明的，內有干凈空氣,實驗時，加入少量酒精，使酒精蒸汽達到過飽和狀態(tài)。,利用射線的電離本領,a射線在云室中的徑跡：直而粗原因：a粒子質量大，不易改變方向，電離本領大，沿涂產(chǎn)生的粒子多,射線在云室中的徑跡：比較細，而且常常彎曲原因：粒子質量小，跟氣體碰撞易改變方向，電離本領小，沿途產(chǎn)生的離子少,二、氣泡室-----高能物理實驗的最風行的探測設備,氣泡室是由一密閉容器組成，容器中盛有工作液體,液體在特定的溫度和壓力下進行絕熱膨脹，由于在一定的時間間隔內（例如50ms）處于過熱狀態(tài)，液體不會馬上沸騰，這時如果有高速帶電粒子通過液體，在帶電粒子所經(jīng)軌跡上不斷與液體原子發(fā)生碰撞而產(chǎn)生低能電子，因而形成離子對，這些離子在復合時會引起局部發(fā)熱，從而以這些離子為核心形成胚胎氣泡，經(jīng)過很短的時間后，胚胎氣泡逐漸長大，就沿粒子所經(jīng)路徑留下痕跡。如果這時對其進行拍照，就可以把一連串的氣泡拍攝下來，從而得到記錄有高能帶電粒子軌跡的底片。,照相結束后，在液體沸騰之前，立即壓縮工作液體，氣泡隨之消失，整個系統(tǒng)就很快回到初始狀態(tài)，準備作下一次探測。,氣泡室中帶電粒子的徑跡,氣泡室的優(yōu)點：它的空間和時間分辨率高；工作循環(huán)周期短，本底干凈、徑跡清晰，可反復操作。但也有不足之處：那就是掃描和測量時間還嫌太長；體積有限，而且甚為昂貴，,三、蓋革-米勒計數(shù)器,一種能自動把放射微粒計數(shù)出來的儀器，利用了射線的電離本領,放射性的應用與防護,問題情景：,為了使水果、蔬菜或其它的食物能存放的時間長一些，能在長時間保持新鮮，你有什么辦法？,輻射方法處理糧食,復習回顧：,1、什么是原子核的衰變？,2、原子核的衰變有什么樣的規(guī)律,原子核放出a粒子或粒子，由于核電荷數(shù)變了，而變成另一種原子核。,1）、衰變時電荷數(shù)和質量數(shù)都守恒2）、衰變過程不可逆，所以用箭頭，不用等號3）、由實驗決定，不憑空編造,盧瑟福在實驗中發(fā)現(xiàn)，往容器Ｃ中通入氮氣后，在熒光屏Ｓ上出現(xiàn)了閃光，這表明，有一種新的能量比α粒子大的粒子穿過鋁箔，撞擊在Ｓ屏上，這種粒子肯定是在α粒子擊中某個氮核而使該核發(fā)生變化時放出的。這樣，盧瑟福通過人工方法實現(xiàn)了原子核的轉變，人類第一次打開了原子核的大門。,核反應,為了認定新粒子，把新粒子引進電場和磁場，測出了它的質量和電量，確認與氫核相同：帶有一個單位的正電量，質量是電子質量的1800多倍。盧瑟福把它叫做質子．質子的符號是H或P在云室里做盧瑟福實驗，還可以根據(jù)徑跡了解整個人工轉變的過程．英國物理學家布拉凱特在所拍攝的兩萬多張照片的40多萬條α粒子徑跡中，發(fā)現(xiàn)了８條產(chǎn)生分叉的記錄．,分叉情況表明，α粒子擊中氮核后，生成一個新核，同時放出質子。新核的電量較大速度較慢，徑跡短而粗；質子速度大，電量小，故徑跡細而長．根據(jù)核反應中質量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，可以寫出這個發(fā)現(xiàn)質子的核反應方程并得知氮核放出質子后變成了氧核．,用α粒子、質子、中子等去轟擊其它元素的原子核，也都產(chǎn)生類似的轉變，并產(chǎn)生質子，說明質子是各種原子核里都有的成分，質子是人類繼電子、光子后發(fā)現(xiàn)的第三個基本粒子。,原子核在其他粒子的轟擊下產(chǎn)生新原子核的過程，------------核反應,在核反應中，質量數(shù)和電荷數(shù)都守恒,1930年，德國科學家玻特和貝克用α粒子轟擊輕元素鈹核，發(fā)現(xiàn)并未發(fā)射出質子，而放出了一種新的射線．這種射線幾乎不能使氣體電離，在電場和磁場中也不發(fā)生偏轉，是不帶電的，射線的貫穿能力強，他們認為這是γ射線．經(jīng)檢測，射線的能量在10ＭeV左右，遠大于天然放射物質衰變時發(fā)出的γ射線的能量．,1931年，約里奧夫婦重復了玻特和貝克的實驗，并用這種未知射線去轟擊石蠟。結果竟從中打出能量約5.7MeV的質子．這是異常驚人的新發(fā)現(xiàn)，因為其行為完全不同于γ射線，γ射線只能打出電子而打不出質子，γ光子的質量近乎０，電子也很輕，光子撞擊電子，使它動起來是合乎常理的，但質子質量是電子的1800倍，一顆子彈怎么能撞動一輛汽車呢？如果認為轟擊石蠟的射線是γ射線，那么光子的能量應達55MeV，這與實際測得的射線能量10MeV相去甚遠．這射線在向約里奧夫婦招手呼喊：我不是γ射線……！可惜的是，他們擦肩而過，無緣相識。面對55eV與10eV的矛盾，他們還是十分牽強地解釋為其它的原因，并于1932年１月11日向巴黎科學院提交了實驗情況和對未知射線判定為γ射線的結論。,1932年１月底，查得威克得到這一論文，約里奧夫婦的實驗使他心跳，他認為約里奧夫婦的結論肯定有誤，違反能量守恒啊！他敏感到這很可能是導師盧瑟福預言、自己苦苦尋找了12年的中子。他決定用云室的方法探測射線的速度和質量。,他先測出射線的速度不到光速的十分之一，排除了是γ射線的可能，又用彈性碰撞動量守恒的方法測出不帶電粒子的質量與質子質量差不多。他還根據(jù)自旋確定不帶電的粒子不可能是由質子和電子組合而成，只能是另一種新的獨立粒子，他稱之為中子。就這樣，僅用了十天時間，成功地證實了這種中性射線就是中子流。他當之無愧地成為“中子之父”，并因此獲1935年諾貝爾物理獎。,,“機遇只偏愛有準備的頭腦”中子的發(fā)現(xiàn)，有重大的意義，中子不帶電，用它去轟擊原子核，不受庫侖力的影響，是研究原子核的強有力的“炮彈”。在此以前，可供研究用的“炮彈”只有天然放射元素發(fā)出的α、β、γ三種射線，中子流則是穿透本領更大，轟擊原子核更有效的“炮彈”，人們用它轟擊各種原子核，獲得許許多多人工放射性同位素，用它轟開鈾核，實現(xiàn)了原子能的利用。,1934年，約里奧居里和伊麗芙居里在用粒子轟擊鋁箔時，除探測到預料中的中子外，還探測到了正電子，正電子的質量跟電子相同，所帶電荷與電子相反，為一個單位的正電荷，更意外的是，拿走放射源后，鋁箔雖不再發(fā)射中子，但仍繼續(xù)發(fā)射正電子，而且這種放射性也有一定的半衰期．原來，鋁核被粒子擊中后發(fā)生了下面的反應,人工放射性同位素,反應生成物P是磷的一種同位素，也有放射性，像天然放射性元素一樣發(fā)生衰變，衰變時放出正電子，核衰變方程如下：用人工方法得到放射性同位素，這是一個很重要的發(fā)現(xiàn)．后來人們用質子、氘核、中子和光子轟擊原子核，也得到了放射性同位素．,與天然的放射性物質相比，人造放射性同位素：,1、放射強度容易控制2、可以制成各種需要的形狀3、半衰期更短4、放射性廢料容易處理,（1）利用它的射線,放射性同位素的應用,A、由于γ射線貫穿本領強，可以用來γ射線檢查金屬內部有沒有砂眼或裂紋，所用的設備叫γ射線探傷儀．,B、利用射線的穿透本領與物質厚度密度的關系，來檢查各種產(chǎn)品的厚度和密封容器中液體的高度等，從而實現(xiàn)自動控制,C、利用射線使空氣電離而把空氣變成導電氣體，以消除化纖、紡織品上的靜電,D、利用射線照射植物，引起植物變異而培育良種，也可以利用它殺菌、治病等,,被不同劑量γ射線照射后的馬鈴薯8個月后的情況，左上方的馬鈴薯沒經(jīng)過γ射線照射，右下方的被γ射線照射的劑量最大，左下方保存最好的馬鈴薯被γ射線照射的劑量適中。,“魯棉一號”就是山東省棉花研究所的科技人員應用放射性同位素鈷-60放出的伽瑪射線處理棉花雜交的后代育成的．,（2）作為示蹤原子：用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)及生物研究等.棉花在結桃、開花的時候需要較多的磷肥，把磷肥噴在棉花葉子上，磷肥也能被吸收．但是，什么時候的吸收率最高、磷在作物體內能存留多長時間、磷在作物體內的分布情況等，用通常的方法很難研究．如果用磷的放射性同位素制成肥料噴在棉花葉面上，然后每隔一定時間用探測器測量棉株各部位的放射性強度，上面的問題就很容易解決．,人體甲狀腺的工作需要碘．碘被吸收后會聚集在甲狀腺內．給人注射碘的放射性同位素碘131，然后定時用探測器測量甲狀腺及鄰近組織的放射強度，有助于診斷甲狀腺的器質性和功能性疾?。?（3）放射性污染和防護原子彈爆炸、核電站泄露會產(chǎn)生嚴重的污染，在利用放射性同位素給病人做“放療”時，如果放射性的劑量過大，皮膚和肉就會潰爛不愈，導致病人因放射性損害而死去。有些礦石中含有過量的放射性物質，如果不注意也會對人體造成巨大的危害。,如圖是《北京青年報》2001年9月6日的一則報道。,核反應堆外層的厚厚的水泥建筑,小結：1、核反應基本上可分為兩大類：一是自然衰變（天然放射性衰變），二是人工衰變（人工轉變）,（發(fā)現(xiàn)質子的核反應）,（發(fā)現(xiàn)中子的核反應）,2、放射性同位素的應用,