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粤教版 (2019)选择性必修 第三册第四节 放射性同位素导学案
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这是一份粤教版 (2019)选择性必修 第三册第四节 放射性同位素导学案，共19页。
3．与他人合作在老师的指导下探究相关的放射性问题，学会观察和交流，提高科学探究的能力，培养提出创造性见解的能力，激发探索科学的兴趣．
知识点一 放射性同位素的发现
1．同位素：这些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．如氕(11H)、氘(12H)和氚(13H)就是氢的一组同位素．
2．放射性同位素：具有放射性的同位素，叫作放射性同位素．如1530P是磷的一种放射性同位素．
放射性同位素分为天然放射性同位素和人工制造的放射性同位素两类．
知识点二 放射性同位素的应用
1．放射性同位素的应用主要分为三类：射线的应用，示踪原子的应用和半衰期的应用．
2．射线的应用：可以用γ射线的穿透性检查金属内部的缺陷，利用α射线、β射线使空气电离导走静电，防治害虫、培育良种，治疗疾病、消毒灭菌等．
3．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，因此可用探测仪器对它们进行踪迹显示，这种用途的放射性同位素叫作示踪原子．
(2)应用：在农业施肥、工业机件磨损检测、无损伤的疾病诊断等方面应用．
4．半衰期主要应用在地质和考古工作中．
人工放射性同位素的优点：①放射强度容易控制 ②形状容易控制 ③半衰期短，废料容易处理．
知识点三 射线的危害及防护
1．射线的危害：α射线、β射线、γ射线、X射线和中子射线具有不同的穿透能力和电离能力，对人体都有不同程度的危害．
2．防护：放射性防护可分成内照射防护和外照射防护．
3．内照射危害：指已经进入体内的放射性同位素仍然在体内产生有害影响．
防护措施：尽可能地隔断放射性物质进入人体的各种途径．
4．外照射的特点：是只有当机体处于辐射场中，才会引起辐射损伤，当机体离开辐射场后，就不再受照射．
5．三种防护方式
(1)缩短受照射时间．
(2)增大与辐射源间的距离．
(3)屏蔽射线．
放射性防护最好的办法是远离放射源和用铅作为屏蔽装置．
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)利用放射性同位素放出的γ射线可以给金属探伤．(√)
(2)利用放射性同位素放出的射线消除有害的静电积累．(√)
(3)利用放射性同位素放出的射线保存食物．(√)
(4)医疗照射是利用放射性，对人和环境没有影响．(×)
2．(多选)有关放射性同位素1530P的下列说法，正确的是( )
A．1530P与1430X互为同位素
B．1530P与其同位素有相同的化学性质
C．用1530P制成化合物后它的半衰期变长
D．含有1530P的磷肥释放正电子，可用作示踪原子，观察磷肥对植物的影响
BD [同位素有相同的质子数，A错误；同位素有相同的化学性质，B正确；半衰期与元素属于化合物或单质没有关系，所以1530P制成化合物后它的半衰期不变，C错误；含有1530P的磷肥由于衰变，可记录磷的踪迹，D正确．]
3．(多选)贫铀是从金属铀中提炼铀235以后的副产品，其主要成分是铀238．贫铀炸弹贯穿力是常规炸弹的9倍，杀伤力极大而且残留物可长期危害环境，下列关于其残留物长期危害环境的理由正确的是( )
A．爆炸后的弹片存在放射性，对环境产生长期危害
B．爆炸后的弹片不会对人体产生危害，对环境产生长期危害
C．铀238的衰变速度很快
D．铀238的半衰期很长
AD [天然放射现象周期很长，会对环境和生物造成长期的影响，故A、D正确，B、C错误．]
人工制造的放射性同位素的放射强度易于控制，它的半衰期比天然放射性物质短得多，因此在生产和科学领域得以广泛的应用．
(1)能用α射线来测量金属板的厚度吗？
(2)γ射线照射食品延长保存期的原理是什么？
提示：(1)不能．
(2)用γ射线照射食品可以杀死使食物腐败的细菌，抑制蔬菜发芽，延长保存期．
放射性同位素的应用
1．同位素
原子核内的质子数决定了核外电子的数目，进而也决定了元素的化学性质，同种元素的质子数相同，核外电子数也相同，所以有相同的化学性质，但它们的中子数可以不同，所以它们的物理性质不同．把具有相同质子数、不同中子数的原子互称为同位素．
具有放射性的同位素有两类：一类是天然放射性同位素，有六十几种，另一类是有一千多种的人工制造的放射性同位素，在实际应用中，主要是人工制造的放射性同位素．
2．人工放射性同位素的优点
(1)放射强度容易控制．
(2)可以制成各种所需的形状．
(3)半衰期比天然放射性物质短得多，放射性废料容易处理．因此，凡是用到射线时，用的都是人工放射性同位素．
3．放射性同位素的主要应用
(1)利用它的射线：
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——γ射线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医疗上——利用γ射线的高能量治疗癌症．
(2)作为示踪原子：放射性同位素与非放射性同位素有相同的化学性质，通过探测放射性同位素的射线确定其位置．
【典例1】 (多选)下列说法正确的是( )
A．给农作物施肥时，在肥料里放一些放射性同位素，是因为农作物吸收放射性同位素后生长更好
B．输油管道漏油时，可以在输的油中放一些放射性同位素探测其射线，确定漏油位置
C．天然放射元素也可以作为示踪原子加以利用，只是含量较少，经济上不划算
D．放射性元素被植物吸收，其放射性不会发生改变
[思路点拨] (1)同位素的化学性质相同，农作物吸收生长情况相同．
(2)人工放射性同位素比天然放射性同位素更容易控制．
BD [放射性元素与它的同位素的化学性质相同，但是利用放射性元素可以确定农作物在各季节吸收含有哪种元素的肥料．无论植物吸收含放射性元素的肥料，还是无放射性元素的肥料，植物生长是相同的，A错误；人工放射性同位素，含量易控制，衰变周期短，不会对环境造成永久污染，而天然放射性元素，剂量不易控制、衰变周期长、会污染环境，所以不用天然放射元素，C错误；放射性是原子核的本身性质，与元素的状态、组成等无关，D正确；放射性同位素可作为示踪原子，是因为它不改变元素的化学性质，B正确．]
放射性同位素的应用技巧
(1)用射线来测量厚度，一般不选取α射线是因为其穿透能力太差，更多的是选取γ射线，也有部分选取β射线的．
(2)给病人治疗癌症、培育优良品种、延长食物保质期一般选取γ射线．
(3)使用放射线时安全是第一位的．
[跟进训练]
1．关于放射性同位素的应用，下列说法正确的是( )
A．利用射线可以改变布料的性质，使其不再因摩擦而生电，从而达到消除有害静电的目的
B．利用γ射线的贯穿能力可以为金属探伤，也可以进行人体的透视
C．利用射线照射作物种子可使其DNA发生变异，其结果一定是更优秀的品种
D．利用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
D [利用射线消除有害静电是利用射线的电离性，使空气分子电离，将静电中和，故A错误；γ射线对人体细胞伤害太大，不能用来进行人体透视，故B错误；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良品种，故C错误；利用γ射线治疗肿瘤对人体肯定有副作用，因此要科学地控制剂量，故D正确．]
射线的危害及防护
【典例2】 (多选)贫铀炸弹是一种杀伤力很强的武器．贫铀是提取铀235以后的废料，其主要成分为铀238．贫铀炸弹有很强的穿甲能力，而且铀238具有放射性，残留物可长期对环境起破坏作用而造成污染．人长期生活在该环境中会受到核辐射而易患上皮肤癌和白血病．下列结论正确的是( )
A．铀238的衰变方程式为92238U→24He+ 90234Th
B．92238U和92235U互为同位素
C．人患皮肤癌和白血病可能是因为核辐射导致了基因突变
D．贫铀炸弹的穿甲能力很强，也是因为它的放射性
[思路点拨] (1)衰变方程等式两边质量数和电荷数都守恒．
(2)核辐射的危害主要是射线对人体的杀伤作用和诱引基因突变．
ABC [铀238具有放射性，放出一个α粒子，变成钍234，故A正确；铀238和铀235质子数相同，故互为同位素，故B正确；核辐射能导致基因突变，是皮肤癌和白血病的诱因之一，故C正确；贫铀炸弹的穿甲能力很强，是因为它的弹芯是由高密度、高强度、高韧性的铀合金组成，袭击目标时产生高温化学反应，所以其爆炸力、穿透力远远超过一般炸弹，故D错．]
[跟进训练]
2．核能是一种高效的能源．
(1)在核电站中，为了防止放射性物质泄漏，核反应堆有三道防护屏障：燃料包壳、压力壳和安全壳．
结合图甲可知，安全壳应当选用的材料是________．
(2)图乙是用来监测工作人员受到辐射情况的胸章，通过照相底片被射线感光的区域，可以判断工作人员受到何种辐射．当胸章上1 mm铝片和3 mm铝片下的照相底片被感光，而铅片下的照相底片未被感光时，结合图甲分析可知工作人员一定受到了______射线的辐射；当所有照相底片被感光时，工作人员一定受到了________射线的辐射．
[解析] (1)核反应堆最外层是厚厚的混凝土防护层，以防止射线外泄，所以安全壳应选用的材料是混凝土．
(2)β射线可穿透几毫米厚的铝片，而γ射线可穿透几厘米厚的铅板．
[答案] (1)混凝土 (2)β γ
1．某元素可表示为AZX，则下列可能为该元素同位素的是( )
A．A+1 ZX B．A+1Z+1X C．AZ+1X D．A-1Z+1X
C [同位素的质子数相等且中子数不相等，即左下角的数值相等，而左上角和左下角的差不相等，故C正确，A、B、D错误．]
2．(多选)下列说法正确的是( )
A．1896年，法国的玛丽·居里首先发现了天然放射线
B．查德威克通过实验验证了原子核内有中子
C．人类认识原子核的复杂结构并进行研究是从发现天然放射现象开始的
D．氢有三种同位素[氕(11H)、氘(12H)、氚(13H)]化学性质不同
BC [贝可勒尔首先发现了天然放射现象，故A错误；查德威克通过实验验证了原子核内有中子，故B正确；人类认识原子核的复杂结构并进行研究是从发现天然放射现象开始的，故C正确；同位素最外层电子排布相同，化学性质几乎完全相同，故D错误．]
3．(多选)已知88228Ra是88226Ra的一种同位素，则下列说法正确的是( )
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
AC [原子核的原子序数与核内质子数、核电荷数、核外电子数都是相等的，且原子核内的质量数(核子数)等于核内质子数与中子数之和．由此可知这两种镭的同位素核内的质子数均为88，核子数分别为228和226，中子数分别为140和138；原子的化学性质由核外电子数决定，因为它们的核外电子数相同，所以它们的化学性质也相同．故A、C正确．]
4．(2021·广东卷)科学家发现银河系中存在大量的放射性同位素铝26，铝26的半衰期为72万年，其衰变方程为1326Al―→1226Mg＋Y．下列说法正确的是( )
A．Y是氦核
B．Y是质子
C．再经过72万年，现有的铝26衰变一半
D．再经过144万年，现有的铝26全部衰变
C [根据电荷数守恒与质量数守恒可知，Y为正电子10e，A、B错误；经过一个半衰期，铝26衰变一半，经过两个半衰期，铝26还剩下四分之一，C正确，D错误．]
5．情境：1934年，约里奥—居里夫妇用α粒子轰击铝箔时，第一次发现了人工放射性同位素X，核反应方程为：1327Al+24He―→X＋01n
问题：同位素X的原子序数和质量数分别是多少？
[解析] 据α粒子和中子的质量数和电荷数写出核反应方程：24He+1327Al―→01n+ZAX，结合质量数守恒和电荷数守恒得，A＝4＋27－1＝30，Z＝2＋13－0＝15，原子序数等于电荷数．
[答案] X的原子序数为15，质量数为30．
回归本节知识，自我完成以下问题：
1．什么是同位素？什么是放射性同位素？
提示：这些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．具有放射性的同位素，叫作放射性同位素．
2．放射性同位素主要有哪些应用？人工放射性同位素有何优点？
提示：射线的应用、示踪原子的应用和半衰期的应用．人工放射性同位素具有放射强度容易控制、形状容易控制、半衰期短、废料容易处理的优点．
3．射线的防护主要有哪三种方式？
提示：缩短受照射时间、增大与辐射源间的距离、屏蔽射线．
课时分层作业(十七) 放射性同位素
题组一 放射性同位素的应用
1．14C发生放射性衰变，衰变为14N，半衰期约为5 700年．已知植物存活期间，其体内14C与12C的比例不变；生命活动结束后，14C的比例持续减小．现通过测量得知，某古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一．下列说法正确的是( )
A．该古木的死亡时间距今约5 700年
B．12C、13C、14C具有相同的中子数
C．14C衰变为14N的过程中放出α射线
D．增加样品测量环境的压强将加速14C的衰变
A [设原来14C的质量为M0，衰变后剩余质量为M，则有M＝M012tT12，因为剩余质量为原来的12，故tT12 ＝1，所以死亡时间距今为t＝T12＝5 700年，A正确；12C、13C、14C具有相同的质子数和不同的中子数，故B错误；14C衰变为14N的过程中，质量数没有变化，而核电荷数增加1，这是因为14C中的一个中子变成了一个质子和一个电子，放出β射线，C错误；放射性元素的半衰期与其所处的物理环境以及化学环境无关，D错误．]
2．本题中用大写字母代表原子核．E经α衰变成为F，再经β衰变成为G，再经α衰变成为H．上述系列衰变可记为下式：EαFβGαH，另一系列衰变如下：PβQβRαS，已知P和F是同位素，则( )
A．Q和G是同位素，R和H是同位素
B．R和E是同位素，S和F是同位素
C．R和G是同位素，S和H是同位素
D．Q和E是同位素，R和F是同位素
B [由于P和F是同位素，设它们的质子数为n，则其他各原子核的质子数可分别表示如下：
n＋2EαnFβn+1Gαn-1H
nPβn+1Qβn+2RαnS
由此可以看出R和E是同位素，S、P和F是同位素，Q和G是同位素．故B正确．]
3．(多选)放射性同位素钴60能放出较强的γ射线，其强度容易控制，这使得γ射线得到广泛应用．下列选项中，属于γ射线应用的是( )
A．医学上制成γ刀，无需开颅即可治疗脑肿瘤
B．机器运转时常产生很多静电，用γ射线照射机器可将电荷导入大地
C．铝加工厂将接收到的γ射线信号输入计算机，可对薄铝板的厚度进行自动控制
D．用γ射线照射草莓、荔枝等水果，可延长保存期
AD [γ射线的电离作用很弱，不能使空气电离成为导体，B错误；γ射线的穿透能力很强，薄铝板的厚度变化时，接收到的信号强度变化很小，不能控制铝板厚度，C错误；γ射线能量很大，可以杀菌，延长水果的保存期，对肿瘤细胞也有很强的杀伤作用，故A、D正确．]
4．(多选)正电子发射型计算机断层显像(PET)的基本原理是：将放射性同位素815O注入人体，815O在人体内衰变放出的正电子与人体内的负电子相遇湮灭转化为一对γ光子，被探测器采集后，经计算机处理生成清晰图像．则根据PET原理判断下列表述正确的是( )
A．815O在人体内的衰变方程是815O―→715N+10e
B．正、负电子湮灭方程是10e+-1 0e―→2γ
C．在PET中，815O的主要用途是作为示踪原子
D．在PET中，815O的主要用途是参与人体的新陈代谢
ABC [由题意知A、B正确；显像的原理是采集γ光子，即注入人体内的815O衰变放出的正电子和人体内的负电子湮灭转化为γ光子，因此815O的主要用途是作为示踪原子，故C正确，D错误．]
5．(多选)人工放射性同位素被用作示踪原子，主要是因为( )
A．放射性同位素与非放射性同位素有相同的化学性质
B．人工放射性同位素的半衰期比天然放射性元素的半衰期短得多
C．半衰期与元素所处的物理、化学状态无关
D．放射性同位素容易制造
ABC [放射性同位素用作示踪原子，主要是用放射性同位素代替没有放射性的同位素参与正常的物理、化学、生物过程，既要利用化学性质相同的特点，也要利用衰变规律不受物理、化学状态变化的影响的特点，同时还要考虑放射性同位素的半衰期比天然放射性物质的半衰期短得多，放射性废料容易处理，选项A、B、C正确，选项D错误．]
6．(多选)某医院利用放射线治疗肿瘤，被利用的放射源必须具备以下两个条件：(1)放出的射线有较强的穿透能力，能辐射到体内肿瘤所在处；(2)能在较长的时间内提供比较稳定的辐射强度．现有四种放射性同位素的放射线及半衰期如下表所示，关于在表中所列的四种同位素，下列说法正确的是( )
A．最适宜作为放疗使用的放射源应是钴60
B．最适宜作为放疗使用的放射源应是锶90
C．放射线的电离能力最强的放射源是锝99
D．放射线的电离能力最强的放射源是氡222
AD [钴60放出的γ射线穿透能力强，半衰期长，适合用作医学的放射源，选项A正确，B错误；α射线电离能力最强，γ射线的电离能力最弱，氡222放出的是α射线，选项C错误，D正确．故选AD．]
题组二 射线的危害与防护
7．关于元素的放射性，下列说法正确的是( )
A．碘131放出的β射线来源于核外电子
B．碳14的半衰期为5 730年，经过11 460年后将全部消失
C．α射线的电离作用比γ射线强，穿透能力比γ射线弱
D．医疗上利用钴60对癌症患者进行放射治疗，是因为射线只破坏癌细胞，不会对健康细胞带来伤害
C [碘131放出的β射线产生的实质是原子核中的一个中子转化为一个质子和一个电子，选项A错误；碳14的半衰期为5 730年，大量的碳14经过11 460 年后将还有四分之一未发生衰变，选项B错误；α射线电离作用比γ射线强，穿透能力比γ射线弱，选项C正确；医疗上利用钴60对癌症患者进行放射治疗，照射对健康细胞也有伤害，选项D错误．]
8．正电子发射计算机断层扫描(PET)，是借助于示踪剂(正电子放射性药物)聚集到病变部位的特点来发现疾病的．PET常用核素氧15做示踪剂，其半衰期仅有2分钟．对含有氧元素的物质用能量范围为20～50 MeV的X射线进行照射，激发其原子核边缘的中子，可以产生核素氧15．下列说法正确的是( )
A．用30 MeV的X射线照射氧16，生成氧15的同时，释放出中子
B．氧15发生正电子衰变时，生成的新核含有9个中子
C．经过10分钟，氧15的含量减小为原来的15
D．将氧15置于回旋加速器中，其半衰期可能发生变化
A [用30 MeV的X射线照射氧16，生成氧15的同时，释放出中子，核反应方程为X＋816O―→815O+01n，故A正确；氧15发生正电子衰变的核反应方程为815O―→10e+715N，生成的新核有8个中子，故B错误；经过10分钟，即经过5个半衰期，剩余氧15的含量m＝m0125＝132m0，故C错误；改变元素所处的物理环境和化学状态，不改变其半衰期，故D错误．]
9．质谱仪是一种测定带电粒子的质量及分析同位素的重要工具，它的构造原理如图所示，离子源S产生的各种不同正离子束(速度可看成为零)，经加速电场加速后垂直进入有界匀强磁场，到达记录它的照相底片P上，设离子在P上的位置到入口处S1的距离为x．
(1)设离子质量为m、电荷量为q、加速电压为U、磁感应强度大小为B，求x的大小；
(2)氢的三种同位素11H、12H、13H从离子源S出发，到达照相底片的位置距入口处S1的距离之比xH∶xD∶xT为多少？
[解析] (1)离子在电场中被加速时，由动能定理qU＝12mv2
进入磁场时，洛伦兹力提供向心力，qvB＝mv2r，又x＝2r
由以上三式得x＝2B2mUq．
(2)氢的三种同位素的质量数分别为1、2、3，由(1)的结果知
xH∶xD∶xT＝mH∶mD∶mT＝1∶2∶3．
[答案] (1)2B2mUq (2)1∶2∶3
10．放射性在工农业生产和科学研究中有广泛的应用，下列关于放射性的应用与防护，说法不正确的是( )
A．利用γ射线照射食品，可以杀死使食物腐败的细菌，延长保质期
B．利用示踪原子可以研究生物大分子的结构和功能
C．利用放射线的贯穿作用，可以制成射线测厚装置
D．放射治疗利用了射线对病灶细胞的电离作用
D [用γ射线照射食品，可以杀死使食物腐败的细菌，延长保存期，故A正确；利用示踪原子可以研究生物大分子的结构和功能，故B正确；利用放射线的贯穿作用，可以制成射线测厚装置，故C正确；放射治疗利用了射线对病灶细胞的吸收作用，故D错误．]
11．(多选)关于放射性同位素和半衰期，下列说法正确的是( )
A．钍的半衰期为24天，则20个钍原子核经过24天还剩下10个钍原子核
B．即使几百万度的高温也不能改变原子核的半衰期
C．同位素氕、氘、氚的中子数相等
D．由于人工放射性同位素的半衰期比现有的天然放射性元素的半衰期短得多，常用来作为示踪原子
BD [半衰期具有统计规律，对大量的原子核适用，对少数的原子核不适用，故A错误；放射性元素的半衰期是由原子核内部自身决定的，与外界的物理环境和化学状态无关，故B正确；氢有三种同位素11H、12H、13H，它们的质子数相等，中子数不相等，故C错误；由于人工放射性同位素的半衰期比现有的天然放射性元素的半衰期短得多，常用来作为示踪原子，故D正确．]
12．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，而今天人工制造的放射性同位素已达1000多种，每种元素都有了自己的放射性同位素．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的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)如图所示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为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．
(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作________．
[解析] (1)因放射线的电离作用，空气中与验电器所带电性相反的离子与之中和，从而使验电器所带电荷消失．
(2)α射线穿透物质的本领弱，不能穿透厚度为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毫米厚的铝板和几毫米厚的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射线的强度明显不同，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．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．人们把这种用途的放射性同位素叫做示踪原子．
[答案] (1)B (2)β (3)示踪原子
13．同位素这个概念是1913年英国科学家索迪(1877～1956)提出的．许多元素都存在同位素，在目前已发现的114种元素中，稳定的同位素约有300多种，而放射性同位素达1 500种以上，而且大多数是人工制造的．
(1)中国科学院近代物理研究所的科学家利用兰州重离子加速器在重质量半中子区首次制得镤元素的一种同位素(234Pa)．已知90234Th(钍)―→234Pa(镤)＋-1 0e(电子)，则234Pa原子核里的中子数应为________．
(2)1934年，科学家在用α粒子轰击铝箔时，除探测到预料中的中子外，还探测到了正电子，更意外的是拿走α放射源后，铝箔虽不再发射中子，但仍继续发射正电子，而且这种放射性随时间衰减的规律跟天然放射性元素一样，也有一定的半衰期．
①写出α粒子轰击铝箔(1327Al)产生中子的核反应方程式，并请写出核反应和一般化学反应的不同点(请答3点)．
②上述产生的具有放射性的同位素叫放射性同位素，写出其产生正电子的核反应方程式．
[解析] (1)由方程两边的质量数和电荷数相同，可知234Pa中质子数为91，则中子数为234－91＝143．
(2)①②铝核被α粒子击中后产生中子的反应为1327Al+24He―→1530P+01n；1530P是磷的一种同位素，也有放射性，像天然放射性元素一样发生衰变，衰变时放出正电子，该反应为：1530P―→1430Si+10e．核反应和一般化学反应的不同点：核反应是原子层次上的变化，而化学反应是分子层次上的变化(或核反应前后元素发生变化，化学反应前后则元素种类不变)；一种同位素不论处于何种状态，它们的核反应性质是相同的，而它们的化学性质是不同的；同一元素的不同同位素，它们的化学性质是相同的，但它们的核反应性质是不同的．
[答案] (1)143 (2)①1327Al+24He―→1530P+01n 见解析 ②1530P―→1430Si+10e污染与防护
举例与措施
说明
污染
核爆炸
核爆炸的最初几秒钟辐射出来的主要是强烈的γ射线和中子流，长期存在放射性污染
核泄漏
核工业生产和核科学研究中使用的放射性原材料，一旦泄漏就会造成严重污染
医疗照射
医疗中如果放射线的剂量过大，也会导致病人受到损害，甚至造成病人死亡
防护
密封防护
把放射源密封在特殊的包壳里，或者用特殊方法覆盖，以防止射线泄漏
距离防护
距放射源越远，人体吸收放射线的剂量就越少，受到的危害就越轻
时间防护
尽量减少受辐射的时间
屏蔽防护
在放射源与人体之间加屏蔽物能起到防护作用，铅的屏蔽作用最好
同位素
钴60
锶90
锝99
氡222
放射线
γ
β
γ
α
半衰期
5年
28年
6小时
3.8天
3．与他人合作在老师的指导下探究相关的放射性问题，学会观察和交流，提高科学探究的能力，培养提出创造性见解的能力，激发探索科学的兴趣．
知识点一 放射性同位素的发现
1．同位素：这些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．如氕(11H)、氘(12H)和氚(13H)就是氢的一组同位素．
2．放射性同位素：具有放射性的同位素，叫作放射性同位素．如1530P是磷的一种放射性同位素．
放射性同位素分为天然放射性同位素和人工制造的放射性同位素两类．
知识点二 放射性同位素的应用
1．放射性同位素的应用主要分为三类：射线的应用，示踪原子的应用和半衰期的应用．
2．射线的应用：可以用γ射线的穿透性检查金属内部的缺陷，利用α射线、β射线使空气电离导走静电，防治害虫、培育良种，治疗疾病、消毒灭菌等．
3．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，因此可用探测仪器对它们进行踪迹显示，这种用途的放射性同位素叫作示踪原子．
(2)应用：在农业施肥、工业机件磨损检测、无损伤的疾病诊断等方面应用．
4．半衰期主要应用在地质和考古工作中．
人工放射性同位素的优点：①放射强度容易控制 ②形状容易控制 ③半衰期短，废料容易处理．
知识点三 射线的危害及防护
1．射线的危害：α射线、β射线、γ射线、X射线和中子射线具有不同的穿透能力和电离能力，对人体都有不同程度的危害．
2．防护：放射性防护可分成内照射防护和外照射防护．
3．内照射危害：指已经进入体内的放射性同位素仍然在体内产生有害影响．
防护措施：尽可能地隔断放射性物质进入人体的各种途径．
4．外照射的特点：是只有当机体处于辐射场中，才会引起辐射损伤，当机体离开辐射场后，就不再受照射．
5．三种防护方式
(1)缩短受照射时间．
(2)增大与辐射源间的距离．
(3)屏蔽射线．
放射性防护最好的办法是远离放射源和用铅作为屏蔽装置．
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)利用放射性同位素放出的γ射线可以给金属探伤．(√)
(2)利用放射性同位素放出的射线消除有害的静电积累．(√)
(3)利用放射性同位素放出的射线保存食物．(√)
(4)医疗照射是利用放射性，对人和环境没有影响．(×)
2．(多选)有关放射性同位素1530P的下列说法，正确的是( )
A．1530P与1430X互为同位素
B．1530P与其同位素有相同的化学性质
C．用1530P制成化合物后它的半衰期变长
D．含有1530P的磷肥释放正电子，可用作示踪原子，观察磷肥对植物的影响
BD [同位素有相同的质子数，A错误；同位素有相同的化学性质，B正确；半衰期与元素属于化合物或单质没有关系，所以1530P制成化合物后它的半衰期不变，C错误；含有1530P的磷肥由于衰变，可记录磷的踪迹，D正确．]
3．(多选)贫铀是从金属铀中提炼铀235以后的副产品，其主要成分是铀238．贫铀炸弹贯穿力是常规炸弹的9倍，杀伤力极大而且残留物可长期危害环境，下列关于其残留物长期危害环境的理由正确的是( )
A．爆炸后的弹片存在放射性，对环境产生长期危害
B．爆炸后的弹片不会对人体产生危害，对环境产生长期危害
C．铀238的衰变速度很快
D．铀238的半衰期很长
AD [天然放射现象周期很长，会对环境和生物造成长期的影响，故A、D正确，B、C错误．]
人工制造的放射性同位素的放射强度易于控制，它的半衰期比天然放射性物质短得多，因此在生产和科学领域得以广泛的应用．
(1)能用α射线来测量金属板的厚度吗？
(2)γ射线照射食品延长保存期的原理是什么？
提示：(1)不能．
(2)用γ射线照射食品可以杀死使食物腐败的细菌，抑制蔬菜发芽，延长保存期．
放射性同位素的应用
1．同位素
原子核内的质子数决定了核外电子的数目，进而也决定了元素的化学性质，同种元素的质子数相同，核外电子数也相同，所以有相同的化学性质，但它们的中子数可以不同，所以它们的物理性质不同．把具有相同质子数、不同中子数的原子互称为同位素．
具有放射性的同位素有两类：一类是天然放射性同位素，有六十几种，另一类是有一千多种的人工制造的放射性同位素，在实际应用中，主要是人工制造的放射性同位素．
2．人工放射性同位素的优点
(1)放射强度容易控制．
(2)可以制成各种所需的形状．
(3)半衰期比天然放射性物质短得多，放射性废料容易处理．因此，凡是用到射线时，用的都是人工放射性同位素．
3．放射性同位素的主要应用
(1)利用它的射线：
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——γ射线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医疗上——利用γ射线的高能量治疗癌症．
(2)作为示踪原子：放射性同位素与非放射性同位素有相同的化学性质，通过探测放射性同位素的射线确定其位置．
【典例1】 (多选)下列说法正确的是( )
A．给农作物施肥时，在肥料里放一些放射性同位素，是因为农作物吸收放射性同位素后生长更好
B．输油管道漏油时，可以在输的油中放一些放射性同位素探测其射线，确定漏油位置
C．天然放射元素也可以作为示踪原子加以利用，只是含量较少，经济上不划算
D．放射性元素被植物吸收，其放射性不会发生改变
[思路点拨] (1)同位素的化学性质相同，农作物吸收生长情况相同．
(2)人工放射性同位素比天然放射性同位素更容易控制．
BD [放射性元素与它的同位素的化学性质相同，但是利用放射性元素可以确定农作物在各季节吸收含有哪种元素的肥料．无论植物吸收含放射性元素的肥料，还是无放射性元素的肥料，植物生长是相同的，A错误；人工放射性同位素，含量易控制，衰变周期短，不会对环境造成永久污染，而天然放射性元素，剂量不易控制、衰变周期长、会污染环境，所以不用天然放射元素，C错误；放射性是原子核的本身性质，与元素的状态、组成等无关，D正确；放射性同位素可作为示踪原子，是因为它不改变元素的化学性质，B正确．]
放射性同位素的应用技巧
(1)用射线来测量厚度，一般不选取α射线是因为其穿透能力太差，更多的是选取γ射线，也有部分选取β射线的．
(2)给病人治疗癌症、培育优良品种、延长食物保质期一般选取γ射线．
(3)使用放射线时安全是第一位的．
[跟进训练]
1．关于放射性同位素的应用，下列说法正确的是( )
A．利用射线可以改变布料的性质，使其不再因摩擦而生电，从而达到消除有害静电的目的
B．利用γ射线的贯穿能力可以为金属探伤，也可以进行人体的透视
C．利用射线照射作物种子可使其DNA发生变异，其结果一定是更优秀的品种
D．利用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
D [利用射线消除有害静电是利用射线的电离性，使空气分子电离，将静电中和，故A错误；γ射线对人体细胞伤害太大，不能用来进行人体透视，故B错误；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良品种，故C错误；利用γ射线治疗肿瘤对人体肯定有副作用，因此要科学地控制剂量，故D正确．]
射线的危害及防护
【典例2】 (多选)贫铀炸弹是一种杀伤力很强的武器．贫铀是提取铀235以后的废料，其主要成分为铀238．贫铀炸弹有很强的穿甲能力，而且铀238具有放射性，残留物可长期对环境起破坏作用而造成污染．人长期生活在该环境中会受到核辐射而易患上皮肤癌和白血病．下列结论正确的是( )
A．铀238的衰变方程式为92238U→24He+ 90234Th
B．92238U和92235U互为同位素
C．人患皮肤癌和白血病可能是因为核辐射导致了基因突变
D．贫铀炸弹的穿甲能力很强，也是因为它的放射性
[思路点拨] (1)衰变方程等式两边质量数和电荷数都守恒．
(2)核辐射的危害主要是射线对人体的杀伤作用和诱引基因突变．
ABC [铀238具有放射性，放出一个α粒子，变成钍234，故A正确；铀238和铀235质子数相同，故互为同位素，故B正确；核辐射能导致基因突变，是皮肤癌和白血病的诱因之一，故C正确；贫铀炸弹的穿甲能力很强，是因为它的弹芯是由高密度、高强度、高韧性的铀合金组成，袭击目标时产生高温化学反应，所以其爆炸力、穿透力远远超过一般炸弹，故D错．]
[跟进训练]
2．核能是一种高效的能源．
(1)在核电站中，为了防止放射性物质泄漏，核反应堆有三道防护屏障：燃料包壳、压力壳和安全壳．
结合图甲可知，安全壳应当选用的材料是________．
(2)图乙是用来监测工作人员受到辐射情况的胸章，通过照相底片被射线感光的区域，可以判断工作人员受到何种辐射．当胸章上1 mm铝片和3 mm铝片下的照相底片被感光，而铅片下的照相底片未被感光时，结合图甲分析可知工作人员一定受到了______射线的辐射；当所有照相底片被感光时，工作人员一定受到了________射线的辐射．
[解析] (1)核反应堆最外层是厚厚的混凝土防护层，以防止射线外泄，所以安全壳应选用的材料是混凝土．
(2)β射线可穿透几毫米厚的铝片，而γ射线可穿透几厘米厚的铅板．
[答案] (1)混凝土 (2)β γ
1．某元素可表示为AZX，则下列可能为该元素同位素的是( )
A．A+1 ZX B．A+1Z+1X C．AZ+1X D．A-1Z+1X
C [同位素的质子数相等且中子数不相等，即左下角的数值相等，而左上角和左下角的差不相等，故C正确，A、B、D错误．]
2．(多选)下列说法正确的是( )
A．1896年，法国的玛丽·居里首先发现了天然放射线
B．查德威克通过实验验证了原子核内有中子
C．人类认识原子核的复杂结构并进行研究是从发现天然放射现象开始的
D．氢有三种同位素[氕(11H)、氘(12H)、氚(13H)]化学性质不同
BC [贝可勒尔首先发现了天然放射现象，故A错误；查德威克通过实验验证了原子核内有中子，故B正确；人类认识原子核的复杂结构并进行研究是从发现天然放射现象开始的，故C正确；同位素最外层电子排布相同，化学性质几乎完全相同，故D错误．]
3．(多选)已知88228Ra是88226Ra的一种同位素，则下列说法正确的是( )
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
AC [原子核的原子序数与核内质子数、核电荷数、核外电子数都是相等的，且原子核内的质量数(核子数)等于核内质子数与中子数之和．由此可知这两种镭的同位素核内的质子数均为88，核子数分别为228和226，中子数分别为140和138；原子的化学性质由核外电子数决定，因为它们的核外电子数相同，所以它们的化学性质也相同．故A、C正确．]
4．(2021·广东卷)科学家发现银河系中存在大量的放射性同位素铝26，铝26的半衰期为72万年，其衰变方程为1326Al―→1226Mg＋Y．下列说法正确的是( )
A．Y是氦核
B．Y是质子
C．再经过72万年，现有的铝26衰变一半
D．再经过144万年，现有的铝26全部衰变
C [根据电荷数守恒与质量数守恒可知，Y为正电子10e，A、B错误；经过一个半衰期，铝26衰变一半，经过两个半衰期，铝26还剩下四分之一，C正确，D错误．]
5．情境：1934年，约里奥—居里夫妇用α粒子轰击铝箔时，第一次发现了人工放射性同位素X，核反应方程为：1327Al+24He―→X＋01n
问题：同位素X的原子序数和质量数分别是多少？
[解析] 据α粒子和中子的质量数和电荷数写出核反应方程：24He+1327Al―→01n+ZAX，结合质量数守恒和电荷数守恒得，A＝4＋27－1＝30，Z＝2＋13－0＝15，原子序数等于电荷数．
[答案] X的原子序数为15，质量数为30．
回归本节知识，自我完成以下问题：
1．什么是同位素？什么是放射性同位素？
提示：这些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．具有放射性的同位素，叫作放射性同位素．
2．放射性同位素主要有哪些应用？人工放射性同位素有何优点？
提示：射线的应用、示踪原子的应用和半衰期的应用．人工放射性同位素具有放射强度容易控制、形状容易控制、半衰期短、废料容易处理的优点．
3．射线的防护主要有哪三种方式？
提示：缩短受照射时间、增大与辐射源间的距离、屏蔽射线．
课时分层作业(十七) 放射性同位素
题组一 放射性同位素的应用
1．14C发生放射性衰变，衰变为14N，半衰期约为5 700年．已知植物存活期间，其体内14C与12C的比例不变；生命活动结束后，14C的比例持续减小．现通过测量得知，某古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一．下列说法正确的是( )
A．该古木的死亡时间距今约5 700年
B．12C、13C、14C具有相同的中子数
C．14C衰变为14N的过程中放出α射线
D．增加样品测量环境的压强将加速14C的衰变
A [设原来14C的质量为M0，衰变后剩余质量为M，则有M＝M012tT12，因为剩余质量为原来的12，故tT12 ＝1，所以死亡时间距今为t＝T12＝5 700年，A正确；12C、13C、14C具有相同的质子数和不同的中子数，故B错误；14C衰变为14N的过程中，质量数没有变化，而核电荷数增加1，这是因为14C中的一个中子变成了一个质子和一个电子，放出β射线，C错误；放射性元素的半衰期与其所处的物理环境以及化学环境无关，D错误．]
2．本题中用大写字母代表原子核．E经α衰变成为F，再经β衰变成为G，再经α衰变成为H．上述系列衰变可记为下式：EαFβGαH，另一系列衰变如下：PβQβRαS，已知P和F是同位素，则( )
A．Q和G是同位素，R和H是同位素
B．R和E是同位素，S和F是同位素
C．R和G是同位素，S和H是同位素
D．Q和E是同位素，R和F是同位素
B [由于P和F是同位素，设它们的质子数为n，则其他各原子核的质子数可分别表示如下：
n＋2EαnFβn+1Gαn-1H
nPβn+1Qβn+2RαnS
由此可以看出R和E是同位素，S、P和F是同位素，Q和G是同位素．故B正确．]
3．(多选)放射性同位素钴60能放出较强的γ射线，其强度容易控制，这使得γ射线得到广泛应用．下列选项中，属于γ射线应用的是( )
A．医学上制成γ刀，无需开颅即可治疗脑肿瘤
B．机器运转时常产生很多静电，用γ射线照射机器可将电荷导入大地
C．铝加工厂将接收到的γ射线信号输入计算机，可对薄铝板的厚度进行自动控制
D．用γ射线照射草莓、荔枝等水果，可延长保存期
AD [γ射线的电离作用很弱，不能使空气电离成为导体，B错误；γ射线的穿透能力很强，薄铝板的厚度变化时，接收到的信号强度变化很小，不能控制铝板厚度，C错误；γ射线能量很大，可以杀菌，延长水果的保存期，对肿瘤细胞也有很强的杀伤作用，故A、D正确．]
4．(多选)正电子发射型计算机断层显像(PET)的基本原理是：将放射性同位素815O注入人体，815O在人体内衰变放出的正电子与人体内的负电子相遇湮灭转化为一对γ光子，被探测器采集后，经计算机处理生成清晰图像．则根据PET原理判断下列表述正确的是( )
A．815O在人体内的衰变方程是815O―→715N+10e
B．正、负电子湮灭方程是10e+-1 0e―→2γ
C．在PET中，815O的主要用途是作为示踪原子
D．在PET中，815O的主要用途是参与人体的新陈代谢
ABC [由题意知A、B正确；显像的原理是采集γ光子，即注入人体内的815O衰变放出的正电子和人体内的负电子湮灭转化为γ光子，因此815O的主要用途是作为示踪原子，故C正确，D错误．]
5．(多选)人工放射性同位素被用作示踪原子，主要是因为( )
A．放射性同位素与非放射性同位素有相同的化学性质
B．人工放射性同位素的半衰期比天然放射性元素的半衰期短得多
C．半衰期与元素所处的物理、化学状态无关
D．放射性同位素容易制造
ABC [放射性同位素用作示踪原子，主要是用放射性同位素代替没有放射性的同位素参与正常的物理、化学、生物过程，既要利用化学性质相同的特点，也要利用衰变规律不受物理、化学状态变化的影响的特点，同时还要考虑放射性同位素的半衰期比天然放射性物质的半衰期短得多，放射性废料容易处理，选项A、B、C正确，选项D错误．]
6．(多选)某医院利用放射线治疗肿瘤，被利用的放射源必须具备以下两个条件：(1)放出的射线有较强的穿透能力，能辐射到体内肿瘤所在处；(2)能在较长的时间内提供比较稳定的辐射强度．现有四种放射性同位素的放射线及半衰期如下表所示，关于在表中所列的四种同位素，下列说法正确的是( )
A．最适宜作为放疗使用的放射源应是钴60
B．最适宜作为放疗使用的放射源应是锶90
C．放射线的电离能力最强的放射源是锝99
D．放射线的电离能力最强的放射源是氡222
AD [钴60放出的γ射线穿透能力强，半衰期长，适合用作医学的放射源，选项A正确，B错误；α射线电离能力最强，γ射线的电离能力最弱，氡222放出的是α射线，选项C错误，D正确．故选AD．]
题组二 射线的危害与防护
7．关于元素的放射性，下列说法正确的是( )
A．碘131放出的β射线来源于核外电子
B．碳14的半衰期为5 730年，经过11 460年后将全部消失
C．α射线的电离作用比γ射线强，穿透能力比γ射线弱
D．医疗上利用钴60对癌症患者进行放射治疗，是因为射线只破坏癌细胞，不会对健康细胞带来伤害
C [碘131放出的β射线产生的实质是原子核中的一个中子转化为一个质子和一个电子，选项A错误；碳14的半衰期为5 730年，大量的碳14经过11 460 年后将还有四分之一未发生衰变，选项B错误；α射线电离作用比γ射线强，穿透能力比γ射线弱，选项C正确；医疗上利用钴60对癌症患者进行放射治疗，照射对健康细胞也有伤害，选项D错误．]
8．正电子发射计算机断层扫描(PET)，是借助于示踪剂(正电子放射性药物)聚集到病变部位的特点来发现疾病的．PET常用核素氧15做示踪剂，其半衰期仅有2分钟．对含有氧元素的物质用能量范围为20～50 MeV的X射线进行照射，激发其原子核边缘的中子，可以产生核素氧15．下列说法正确的是( )
A．用30 MeV的X射线照射氧16，生成氧15的同时，释放出中子
B．氧15发生正电子衰变时，生成的新核含有9个中子
C．经过10分钟，氧15的含量减小为原来的15
D．将氧15置于回旋加速器中，其半衰期可能发生变化
A [用30 MeV的X射线照射氧16，生成氧15的同时，释放出中子，核反应方程为X＋816O―→815O+01n，故A正确；氧15发生正电子衰变的核反应方程为815O―→10e+715N，生成的新核有8个中子，故B错误；经过10分钟，即经过5个半衰期，剩余氧15的含量m＝m0125＝132m0，故C错误；改变元素所处的物理环境和化学状态，不改变其半衰期，故D错误．]
9．质谱仪是一种测定带电粒子的质量及分析同位素的重要工具，它的构造原理如图所示，离子源S产生的各种不同正离子束(速度可看成为零)，经加速电场加速后垂直进入有界匀强磁场，到达记录它的照相底片P上，设离子在P上的位置到入口处S1的距离为x．
(1)设离子质量为m、电荷量为q、加速电压为U、磁感应强度大小为B，求x的大小；
(2)氢的三种同位素11H、12H、13H从离子源S出发，到达照相底片的位置距入口处S1的距离之比xH∶xD∶xT为多少？
[解析] (1)离子在电场中被加速时，由动能定理qU＝12mv2
进入磁场时，洛伦兹力提供向心力，qvB＝mv2r，又x＝2r
由以上三式得x＝2B2mUq．
(2)氢的三种同位素的质量数分别为1、2、3，由(1)的结果知
xH∶xD∶xT＝mH∶mD∶mT＝1∶2∶3．
[答案] (1)2B2mUq (2)1∶2∶3
10．放射性在工农业生产和科学研究中有广泛的应用，下列关于放射性的应用与防护，说法不正确的是( )
A．利用γ射线照射食品，可以杀死使食物腐败的细菌，延长保质期
B．利用示踪原子可以研究生物大分子的结构和功能
C．利用放射线的贯穿作用，可以制成射线测厚装置
D．放射治疗利用了射线对病灶细胞的电离作用
D [用γ射线照射食品，可以杀死使食物腐败的细菌，延长保存期，故A正确；利用示踪原子可以研究生物大分子的结构和功能，故B正确；利用放射线的贯穿作用，可以制成射线测厚装置，故C正确；放射治疗利用了射线对病灶细胞的吸收作用，故D错误．]
11．(多选)关于放射性同位素和半衰期，下列说法正确的是( )
A．钍的半衰期为24天，则20个钍原子核经过24天还剩下10个钍原子核
B．即使几百万度的高温也不能改变原子核的半衰期
C．同位素氕、氘、氚的中子数相等
D．由于人工放射性同位素的半衰期比现有的天然放射性元素的半衰期短得多，常用来作为示踪原子
BD [半衰期具有统计规律，对大量的原子核适用，对少数的原子核不适用，故A错误；放射性元素的半衰期是由原子核内部自身决定的，与外界的物理环境和化学状态无关，故B正确；氢有三种同位素11H、12H、13H，它们的质子数相等，中子数不相等，故C错误；由于人工放射性同位素的半衰期比现有的天然放射性元素的半衰期短得多，常用来作为示踪原子，故D正确．]
12．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，而今天人工制造的放射性同位素已达1000多种，每种元素都有了自己的放射性同位素．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的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)如图所示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为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．
(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作________．
[解析] (1)因放射线的电离作用，空气中与验电器所带电性相反的离子与之中和，从而使验电器所带电荷消失．
(2)α射线穿透物质的本领弱，不能穿透厚度为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毫米厚的铝板和几毫米厚的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射线的强度明显不同，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．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．人们把这种用途的放射性同位素叫做示踪原子．
[答案] (1)B (2)β (3)示踪原子
13．同位素这个概念是1913年英国科学家索迪(1877～1956)提出的．许多元素都存在同位素，在目前已发现的114种元素中，稳定的同位素约有300多种，而放射性同位素达1 500种以上，而且大多数是人工制造的．
(1)中国科学院近代物理研究所的科学家利用兰州重离子加速器在重质量半中子区首次制得镤元素的一种同位素(234Pa)．已知90234Th(钍)―→234Pa(镤)＋-1 0e(电子)，则234Pa原子核里的中子数应为________．
(2)1934年，科学家在用α粒子轰击铝箔时，除探测到预料中的中子外，还探测到了正电子，更意外的是拿走α放射源后，铝箔虽不再发射中子，但仍继续发射正电子，而且这种放射性随时间衰减的规律跟天然放射性元素一样，也有一定的半衰期．
①写出α粒子轰击铝箔(1327Al)产生中子的核反应方程式，并请写出核反应和一般化学反应的不同点(请答3点)．
②上述产生的具有放射性的同位素叫放射性同位素，写出其产生正电子的核反应方程式．
[解析] (1)由方程两边的质量数和电荷数相同，可知234Pa中质子数为91，则中子数为234－91＝143．
(2)①②铝核被α粒子击中后产生中子的反应为1327Al+24He―→1530P+01n；1530P是磷的一种同位素，也有放射性，像天然放射性元素一样发生衰变，衰变时放出正电子，该反应为：1530P―→1430Si+10e．核反应和一般化学反应的不同点：核反应是原子层次上的变化，而化学反应是分子层次上的变化(或核反应前后元素发生变化，化学反应前后则元素种类不变)；一种同位素不论处于何种状态，它们的核反应性质是相同的，而它们的化学性质是不同的；同一元素的不同同位素，它们的化学性质是相同的，但它们的核反应性质是不同的．
[答案] (1)143 (2)①1327Al+24He―→1530P+01n 见解析 ②1530P―→1430Si+10e污染与防护
举例与措施
说明
污染
核爆炸
核爆炸的最初几秒钟辐射出来的主要是强烈的γ射线和中子流，长期存在放射性污染
核泄漏
核工业生产和核科学研究中使用的放射性原材料，一旦泄漏就会造成严重污染
医疗照射
医疗中如果放射线的剂量过大，也会导致病人受到损害，甚至造成病人死亡
防护
密封防护
把放射源密封在特殊的包壳里，或者用特殊方法覆盖，以防止射线泄漏
距离防护
距放射源越远，人体吸收放射线的剂量就越少，受到的危害就越轻
时间防护
尽量减少受辐射的时间
屏蔽防护
在放射源与人体之间加屏蔽物能起到防护作用，铅的屏蔽作用最好
同位素
钴60
锶90
锝99
氡222
放射线
γ
β
γ
α
半衰期
5年
28年
6小时
3.8天
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