讲课：探测射线的方法

演示盖革计数器1.
演示盖革 计数器2.
当射线粒子进入管内时，它使管内的低压惰性 气体电离，产生的电子在金属丝和导电圆筒形成的 电场中加速。电子跟管中的气体分子碰撞时，又使 气体分子电离，产生电子……这样，一个粒子进入 管中可以产生大量电子。这些电子到达阳极，正离 子到达阴极，在电路中就产生一次脉冲放电，利用 电子仪器可以把放电次数记录下来。
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探测射线的方法
探测射线的方法 虽然放射线看不见，但是我们可以根据一些 现象来探知放射线的存在，这些现象主要是： 1、使气体或 液体电离 2、使照相底 片感光 3、使荧光物 质产生荧光
一、威尔逊云室
构造：一个圆筒状容器，底 部可以上下移动，上盖是透 明的，内有干净空气。
原理：实验时，先往云室里加入少 量酒精，使室内充满酒精的饱和蒸 汽，然后迅速向下拉动活塞，室内 气体膨胀，温度降低，酒精蒸汽达 到过饱和状态。这时如果有射线粒 子在云室气体中飞过，使沿途的气 体分子电离，过饱和酒精蒸汽就会 以这些粒子为核心凝结成雾滴，于 是显示出射线的径迹。
示踪原子 诊断器质性和功能性疾病 生物大分子结构及功能研究
4、辐射与安全
人类一直生活在放射性的环境中。例如，地球 上的每个角落都有来自宇宙的射线，我们周围 的岩石，其中也有放射性物质。我们的食物和 日常用品中，有的也具有放射性，例如食盐和 有些水晶眼镜片中含有钾40，香烟中含有钋 210，这些也是放射性同位素。体检时还会做 X射线透射，这更是剂量比较大的照射。不过 这些辐射的强度都在安全剂量之内，对我们没 有伤害。
物理实验气泡室.小视频
粒子通过气泡室时的照片
·带电粒子的径迹呈曲线是由于在磁场中受到了 洛伦兹力 ·气泡室利用了射线的电离本领。
三、盖革米勒计数器
窗口 阴极 阳极
粒子
接放 大器
外面是玻璃管，里面导电圆筒接电源负极，筒中 央的金属丝接正极。玻璃管中装低压惰性气体及 少量酒精蒸汽或溴蒸汽，在金属丝和圆筒间加适 当大小的电压。电路中接放大器。
材料——中子的发现
1931年，约里奥夫妇重复了玻特和贝克的实验，并用这种 未知射线（铍辐射）去轰击石蜡。结果竟从中打出能量约5.7 MeV的质子．这是异常惊人的新发现，因为其行为完全不同于γ 射线，γ射线只能打出电子而打不出质子，γ光子的质量近乎０， 电子也很轻，光子撞击电子，使它动起来是合乎常理的，但质 子质量是电子的1800倍，一颗子弹怎么能撞动一辆汽车呢？如 果认为轰击石蜡的射线是γ射线，那么光子的能量应达55 MeV， 这与实际测得的射线能量10 MeV相去甚远． 可惜的是，他们擦肩而过，无缘相识。面对55MeV与 10MeV的矛盾 ，他们还是十分牵强地解释为其它的原因，并于 1932年１月11日向巴黎科学院提交了实验情况和对未知射线判 定为γ射线的结论。
2011年3月11日，日本 东北部海域发生9.0级 1945年遭原子弹炸后 地震并引发海啸，地震 的广岛 造成日本福岛第一核电 站1~4号机组发生核泄 漏事故。
1986年切尔诺贝利核泄 漏事故一片荒芜
贫铀弹
放射性的防护
能防 远范 在 离意 生 放识 活 射， 中 源尽 要 可有
合理处理核废料
在防护状态下操作放射性物质
2、与天然的放射性物质相比，人造放射性 同位素： 放射强度容易控制
可以制成各种需要的形状
半衰期更短 放射性废料容易处理
3、放射性同位素的应用
（1）利用它的射线
A、由于γ射线贯穿本领强，可以用来γ射线检查金属 内部有没有砂眼或裂纹，所用的设备叫γ射线探伤仪． B、利用射线的穿透本领与物质厚度密度的关系，来检 查各种产品的厚度和密封容器中液体的高度等，从而实 现自动控制
9 4
Be He C n
4 2 12 6 1 0
一、核反应
1、定义：原子核在其他粒子的轰击下产生新原 子核的过程，------------核反应 2、规律：在核反应中，质量数和电荷数都守恒 3、几个人工核转变方程
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N He
4 2
17 8
O H
1 1
9 4
Be He C n
二、气泡室
气泡室的原理同云室的原理类似，所不同的是气泡室里 装的是液体，如液态氢。控制气泡室内液体的温度和压强， 使温度略低于液体的沸点。当气泡室内压强突然降低时，液 体的沸点就变低，在一定的时间间隔内液体处于过热状态， 但不会马上沸腾，这时如果有高速带电粒子通过液体，在带 电粒子所经轨迹上不断与液体原子发生碰撞而产生低能电子 （即使液体原子电离），因而形成离子对，这些离子在复合 时会引起局部发热，从而以这些离子为核心形成胚胎气泡， 经过很短的时间后，胚胎气泡逐渐长大，就沿粒子所经路径 留下痕迹。如果这时对其进行拍照，就可以把一连串的气泡 拍摄下来，从而得到记录有高能带电粒子轨迹的照片。照相 结束后，在液体沸腾之前，立即压缩工作液体，气泡随之消 失，整个系统就很快回到初始状态，准备作下一次探测。
然而过量的射线对人体组织有破坏作用，这种 破坏往往是对细胞核的破坏，有时不会马上察 觉。因此，在使用放射性同位素时，必须严格 遵守操作规程，注意人身安全，同时要防止放 射性物质对空气、水源、用具等的污染。
20世纪初期人们在 毫无防备的情况下 研究放射性
放射性污染和防护 过量的放射性会对环境造成污染，对人类和自然界 产生破坏作用．
4 2 12 6 1 0
二、人工放射性同位素及其应用
1、放射性同位素
天然存在的放射性元素只有四十几种，但用人工方法得到的 放射性性同位素有一千多种，因而放射性同位素有着广泛的 用途。由于同位素的核电荷数相同，所以化学性质相同。
材料
1934年，约里奥· 居里和伊丽芙· 居里在用粒子轰击铝箔时， 除探测到预料中的中子外，还探测到了正电子，正电子的质 量跟电子相同，所带电荷与电子相反，为一个单位的正电荷， 更意外的是，拿走放射源后，铝箔虽不再发射中子，但仍继 续发射正电子，而且这种放射性也有一定的半衰期．原来， 铝核被粒子击中后发生了下面的反应：
材料——中子的发现
1932年１月底，查得威克得到这一 论文，约里奥夫妇的实验使他心跳，他 认为约里奥夫妇的结论肯定有误，违反 能量守恒啊！他敏感到这很可能是导师 卢瑟福预言、自己苦苦寻找了12年的中 子。他决定用云室的方法探测射线的速 度和质量。 他先测出射线的速度不到光速的十分之一，排除了是 γ射线的可能，又用弹性碰撞动量守恒的方法测出不带电 粒子的质量与质子质量差不多。他还确定这不带电的粒子 不可能是由质子和电子组合而成，只能是另一种新的独立 粒子，他称之为中子。就这样，仅用了十天时间，成功地 证实了这种中性射线就是中子流。他当之无愧地成为 “中子之父”，并因此获1935年诺贝尔物理奖。
放射性标志
27 13
Al He P n
4 2 30 15 1 0
反应生成物P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，核衰变方程如下：
30 15
P Si e
30 14 0 1
用人工方法得到放射性同位素，这是一个很重 要的发现．后来人们用质子、氘核、中子和光 子轰击原子核，也得到了放射性同位素．
·威尔逊云室利用了射线 的电离本领。威而逊云室
射线在云室中的径迹：直而粗。
原因：①粒子质量大，不易改变 方向。②电离本领大，沿途产生的 离子多。 射线在云室中的径迹：比较细， 而且常常弯曲。 原因：①粒子质量小，跟气体 碰撞易改变方向。 ②电离本领小， 沿途产生的离子少。 γ射线一般看不到轨迹，电离本领非常小 云室中看到的只是成串的小液滴，它描述的是射线粒 子运动的轨迹，而不是射线本身（射线肉眼看不见）
材料——中子的发现
1930年，德国科学家玻特和贝克用α粒子轰击 元素 铍核，发现铍核没射出质子，而放出了一种新的 射线（铍辐射）．这种射线几乎不能使气体电离，在 电场和磁场中也不发生偏转，是不带电的，射线的贯 穿能力强，他们认为这是γ射线．经检测，射线的能量 在10ＭeV左右，远大于天然放射物质衰变时发出的γ 射线的能量．
人体甲状腺的工作 需要碘．碘被吸收 后会聚集在甲状腺 内．给人注射碘的 放射性同位素碘 131，然后定时用 探测器测量甲状腺 及邻近组织的放射 强度，有助于诊断 甲状腺的器质性和 功能性疾病．
三、放射性同位素的应用
测厚仪
放 射 性 的 应 用
利用射线
探伤仪 治疗恶性肿瘤
食物保鲜、育种 农作物检测
中子的发现，有重大的意义： 中子不带电，用它去轰击原子核，不受库仑力的影响， 是研究原子核的强有力的“炮弹”。在此以前，可供 研究用的“炮弹”只有天然放射元素发出的α、β、 γ三种射线，中子流则是穿透本领更大，轰击原子核 更有效的“炮弹”，人们用它轰击各种原子核，获得 了许多人工放射性同位素，用它轰开铀核，实现了原 子能的利用。
·盖革米勒计数器 利用了射线的电离本 领。
缺点 ：①不能区分射线 的种类。②如果同时有 大量粒子，或两个粒子 射来的时间间隔小于 200s,计数器不能区分。
总结
威尔逊云室中所见与气泡室 中所见，均为射线的径迹， 而非射线本身 盖革-米勒计数器，只能对粒 子进行计数
德国物理学家盖革 在1928年与弥勒合 作研制出的计数， 又叫G-M计数器。
材料——质子的发现
为了认定新粒子，把新粒子引进电场和磁场，测出了 它的质量和电量，确认与氢核相同：带有一个单位的 正电量，质量是电子质量的1800 多倍。卢瑟福把它叫 做质子．质子的符号是 p
14 7
N He
4 2
17 8
O H
1 1
用α粒子、质子、中子等去轰击其它元素的原子核， 也都产生类似的转变，并产生质子，说明质子是各种 原子核里都有的成分，质子是人类继电子、光子后发 现的第三个基本粒子。
优点 ：①灵敏度高。 ②检测方便。
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放射性的应用与防护
材料——质子的发现
卢瑟福在实验中发现，往放有α粒子源的容器Ｃ中通 入氮气后，在荧光屏Ｓ上出现了闪光，这表明，有 一种新的能量比α粒子大的粒子穿过铝箔，撞击在Ｓ 屏上，这种粒子肯定是在α粒子击中某个氮核而使该 核发生变化时放出的。这样，卢瑟福通过人工方法 实现了原子核的转变，人类第一次打开了原子核的 大门。
C、利用射线使空气电离而把空气变成导电气体，以消 除化纤、纺织品上的静电
D、利用射线照射植物，引起植物变异而培育良种， 也可以利用它杀菌、治病等
（2）作为示踪原子：用于工业、
农业及生物研究等. 棉花在结桃、开花的时候需要较 多的磷肥，把磷肥喷在棉花叶子 上，磷肥也能被吸收．但是，什 么时候的吸收率最高、磷在作物 体内能存留多长时间、磷在作物 体内的分布情况等，用通常的方 法很难研究．如果用磷的放射性 同位素制成肥料喷在棉花叶面上， 然后每隔一定时间用探测器测量 棉株各部位的放射性强度，上面 的问题就很容易解决．