高中物理 19.4 放射性的应用与防护素材 新人教版选修3-5.pdf

  19.4 放射性的应用与防护 相关素材 1.放射性的应用 核能的和平利用除了以核动力的形式被广泛应用于现代能源和舰艇船只的动力外，还 可利用放射性核本身所发射的各种射线的能量。这是一切放射性核所具有的特性，虽然其能 量和核裂变能相比是比较小的，但由于核科学技术的蓬勃发逐，放射性在科学技术上还是获 得了愈来愈广泛的使用。而这些有用的不同能量、不同种类的射线都是从各种核素中放射出 来的，所以放射性的应用也归结为放射性核素的应用。 放射性应用的形式可分成三种：第一，它可以作为新的科学研究工具(即示踪原子)应用 于各种学科。其中包括物理学、化学、生物学、医学、地质学和考古学等；第二，放射性同 位素所发射的射线和 X射线很相似，可以用来作为辐射源去透视各种 X射线不能透视的材料 内部的特性和缺陷，并可以在大规模生产中，用作为自动检查仪器及各种测量仪器等等；第 三，它可作为核能源应用，如核电池。下面仅就某些方面的应用加以简单介绍。 首先，在考古学中，我们可以利用测定发掘物中碳 14放射性核素的含量，来确定它的 年代。这是由于不论植物的品种和生长在何处，其新细胞组织中每一克碳内所包含的放射性 碳原子核的数目都是相同的，即都等于 750 亿个。它们衰变时能放出β粒子，其半衰期约为 5730 年，即2 分钟内有17 个碳14 核发生衰变。随着弱β射线测量方法的不断改进，科学 家们有办法测量出它的放射性活度。 当然，在大自然的循环过程中，植物中的碳 14 随同废物一起进入动物的机体。这样生 长中的动植物，其中衰变掉的碳 14 是由大气中的二氧化碳所生成的新的碳 14 来补充，所以 每克组织中的碳 14 的数目保持不变。但是死亡后的动物或植物其情况就不同了，此时来自 大气的放射性碳原子不再补充衰变掉的放射性碳原子，而死亡机体中的放射性碳原子数目是 按其衰变规律减少，即约经 5730 年下降一半，经 11460 年减少到 1/4．依此类推，就能根 据动植物残骸中碳 14 的含量来确定其死亡时间．考古学家们就是用上述方法来确定各种出 土文物、古遗址和具有考古价值遗物的年龄的．例如，我国曾对出土越王勾践剑进行过鉴定。 当然，在测定含有动物或植物体所形成的许多碳化合物的岩石的年龄时，要求它们不能 超过几万年．因为如果在 6 万年前，即约经过 10 个半衰期，这样碳 14 的放射性活度已下降     到千分之一，测出它就很困难，实际上也是不可能的。同样，可根据天然放射性核素的衰变 规律，以及它在某种特定的公石中的含量，来确定化石的年龄．从此也可以推算出形成矿床 和地层的年龄，这比其它各种估计地壳年龄的方法能更精确地得到地质年代或陆地形成的年 代，通常称之为“地质钟”，用这种方法可算知地壳的年龄约为 40 亿年。 在地质学上的另一种应用是放射性勘探矿藏。在地质钻孔探矿中，对于不同钻孔深度的 岩芯样品分析原是件复杂而繁重的工作。而射线探矿就可以很快帮助地质学家们解决这个问 题。对于那些含有放射性元素如铀、钍、钾等的矿层，可直接从放射性活度记录仪器上反映 出来。 研究结果表明：粘土、页岩、磷石灰岩等都有很强的放射性。而煤、砂岩、石灰岩(可 能含有石油)，以及气体等的放射性是很微弱的。由此可见从放射性的强弱大致上可发现石 油矿层。 放射性射线在现代工业的生产过程中也获得了十分广泛的应用。 我们知道由于射线具有强的穿透性，特别是γ射线，它的穿透能力比医学和工业上已用 过的 x 射线还要强许多倍。这样，冶金和机械工业就用它来透视各种产品，以达到无损探伤 的目的。常用的有钴 60γ射线探伤仪，这种射线能穿透 30厘米厚的铁板。 经过透视可方便地发现各种金属制品中的缺陷，如零件中的裂纹或铸件中的砂眼，特别 能及时查出焊缝的质量。更方便的是用射线照相的方法，如在射线通过的路径上有孔隙或裂 纹，则γ射线将会畅通无阻，照相底版上就会呈现出黑色．也可用计数器代替照相底版，从 计数的强弱中可分析出金属中有无缺陷。 随着中子的发现及其测量技术的发展，现代工业中往往用中子源代替γ源进行中子探伤或称 中子照像。由于这种方法具有更多的优点，因此近年来被更广泛采用。 此外，利用同样的原理可对钢板等各种板材的厚度进行自动测量，这种装置称为射线测 厚仪。用它可以控制和保证其生产过程中板材厚度的均匀性．当然也可