核化学及应用简介.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,1,基础化学,第十五章,核化学及其应用简介,Introduction to Nuclear Chemistry and Its Applications,内容提要,核化学的基本概念,发展过程及应用,核子、核素和同质异能素,放射性元素和放射系,质量亏损与核的结合能,放射性衰变和核化学方程式,放射性衰变,核化学方程式,半衰期和放射性活度,放射性碳-14测定年代法,3.放射性核素示踪技术简介,PET-CT,基本原理,PET-CT的成像过程,PET-CT的特点,临床上用于诊疗的放射性核素,内容提要,4.,核反应和核辐射,核反应,核裂变和核聚变,核反应的特点,核辐射和辐射防护,内容提要,教学基本要求,了解有关放射性核素和放射性衰变的概念；核医学治疗技术,-,放射性核素示踪技术基本原理；核辐射和辐射的防护。,会正确书写核化学方程式,。,第一节 核化学的基本概念,核化学,(nuclear chemistry),是研究原子核,(,稳定性的和放射性的,),的反应、性质、结构、分离、鉴定及其在化学中的应用的一门学科。是用化学与物理相结合的方法研究原子核核性质、核结构、核转变的规律。,第一节 核化学的基本概念,一、发展过程及应用,二、核子、核素和同质异能素,核子：组成原子核的基本粒子，如质子和中子。,核素：具有确定的质子数,Z,、中子数,N,并处于一定能量状态的原子核。,第一节 核化学的基本概念,二、核子、核素和同质异能素,核素符号：,X,：元素，,A,：质量数，,Z,：质子数,例如：,同质异能素：指质子数和质量数相同但能量状态不同的核素。,第一节 核化学的基本概念,三、放射性元素和放射系,放射性元素：,不稳定原子核自发发射出、和 射线的现象，周期表中原子序数84的钋（Po）之后的元素均具有放射性。,放射系：,放射性核素大多具有多代母子体衰变过程，最后衰变生成稳定核素，这一过程中发生的一系列核反应被称之为放射系。,第一节,核化学的基本概念,四、质量亏损与核的结合能,指原子核的质量与它所含有的各核子独立存在时的总质量的差额，称为质量亏损。即当核子相互结合成原子核时要放出结合能，减少的能量就是核的结合能，数值愈大，原子核就愈稳定。,例如：核素 的质量亏损为：,5,1,.,007277u+6,1.008665u,-,10.811u=0.32102u,其中：一个质子的质量为1.007277u,，,一个中子的质量为1.008665u,第二节,放射性衰变和核化学方程式,一、放射性衰变,放射性衰变：是放射性核素自发放射出粒子(即氦核)或粒子(即电子)或 光子，转变成另一种核素的现象。,1,.,衰变 产生粒子（He）,通式：,位移定则：子核在元素周期表中的位置左移2格。,第二节,放射性衰变和核化学方程式,2.,衰变 产生,粒子（电子e）,通式：,位移定则：子核在元素周期表中的位置右移,1,格。,3.,衰变,核从高能态向低能态跃迁放出光子的过程。,4.,嬗变,指原子核受中子、质子、粒子、重粒子(例如原子核)等轰击而形成新原子核的人工核反应。,第二节,放射性衰变和核化学方程式,5.,正电子衰变,由于核内中子缺乏致使放射出正电子的衰变，也叫,+,衰变,。,衰变时发射一个正电子和一个中微子，原子核中一个质子转变为中子。,+,衰变时母核和子核的质量数不变，但子核的核电荷数减少一个单位。,正电子是电子的反粒子，与电子有相同的质量,。,原子所释放正电子会与邻近物质的电子结合而互毀，在二者湮灭的同时失去电子质量，转变成方向相反而能量相同的两个伽马射线,。,第二节,放射性衰变和核化学方程式,二、核化学方程式,核化学方程式用于表示核变化过程。其书写方法有别于化学反应方程式。在方程式中必须明确指出其质子，中子以及电子数和质量数。,书写时还必须遵守的原则是：,方程式两端的质量数之和相等；,方程式两端的质子数之和相等；,第二节,放射性衰变和核化学方程式,例如：写出下列核化学方程式,-122 衰变：,粒子轰击 产生,第二节,放射性衰变和核化学方程式,三、半衰期和放射性活度,半衰期 放射性核素的衰变速率用半衰期表示,符号为t,12,。即任意量的放射性核素衰减一半所需时间。,半衰期越短，其射线的能量越大，造成的伤害越严重。,放射性活度,放射性活度是指通过实验观察得到的放射性物质的衰变速率,也被表述为放射性强度。,第二节,放射性衰变和核化学方程式,四、放射性碳,-14,测定年代法,自然界中碳的放射性同位素碳,-14,在有机物所含碳素中占一定比例。当大气氮被宇宙的高能量粒子冲击就会产生碳,-14,同位素：,C-12,和,C-14,。,第二节,放射性衰变和核化学方程式,四、放射性碳-14测定年代法,在碳循环过程中，因为衰变丢失，大气层中新的同位素的物质不断补充直到到达动态平衡，通过两个同位素比率在鲜活物质中保持持续平衡。但是当一个植物或者动物死亡后，不但不能再从外界摄取含碳化合物，而且大约每隔(573040)年减少为原有量的一半。因此，根据古代遗留下来的有机物中碳-14 放射性的减少程度，便可测知其死亡的年代。,第三节,放射性核素示踪技术简介,PET-CT,PET-CT：,Positron Emission Tomography和computational tomography 的缩写，全称为正电子发射计算机断层成像。其功能为由CT提供病灶的精确解剖定位，而PET提供病灶详尽的功能与代谢等分子信息，一次显像获得全身各方位的断层图像。,一、放射性核素示踪技术基本原理,放射性核素示踪技术的基本原理主要基于以下两个方面：,1,.,相同性 即放射性核素及其标记化合物和相应的非标记化合物具有相同的化学及生物学性质。,2,.,可测量性 即放射性核素能发射出各种不同的射线，可被放射性探测仪器所测定或被感光材料所记录。,第三节,放射性核素示踪技术简介,PET-CT,二、,PET-CT,的成像过程,1,.,由回旋加速器产生各种正子核种；,2,.,由放射化学实验室合成各种所需的正子放射药物；,3,.,将放射药物注入人体，并于,PET,造影仪下扫描；,4,.,将所搜集资料重组成影像并加以分析。,第三节,放射性核素示踪技术简介,PET-CT,三、,PET-CT,的特点,1,.,灵敏度高，定位、定量准确。,2,.,伽马射线在体内的衰减因素可完全去除，因此可以准确的测量局部同位素分布量。,3,.,由于人体器官的化学成分中的元素如碳、氧、氮等均可由正子放射性同位素碳,-11,、氧,-15,、氮,-13,取代，而器官中主要化学成分的氢，又可由氟,-18,取代，故,PET,可用于显示器官的代谢状况其研究范围将无可限量。,第三节,放射性核素示踪技术简介,PET-CT,第四节,核反应和核辐射,一、核反应,核反应是指粒子（如中子、光子、,介子等）或原子核与原子核之间的相互作用引起的各种变化。核反应通常分为四类：衰变、粒子轰击、裂变和聚变。第一类为自发发生的核转变，而后三类为人工核反应（即用人工方法进行的非自发核反应）。,第四节 核反应和核辐射,二、核裂变和核聚变,核裂变就是一个大质量的原子核（像油和钍）分裂成两个比较小的原子核，核聚变则是小质量的两个原子核合成一个比较大的原子核，在这两个变化过程中都会释放出巨大的能量,被称之为原子核能，俗称原子能。核聚变释放的能量更大。核电站和原子弹是用核裂变能的两大应用，而太阳可以释放出巨大的能量是发生核聚变的结果。,第四节 核反应和核辐射,三、核反应的特点,1,.连锁反应,2,.伴随核辐射,3,.高效、清洁、无污染,第四节 核反应和核辐射,四、核辐射和辐射防护,1,.核辐射,2,.辐射防护,对,、,、,三种射线的防护,对电磁波辐射的防护,对日常生活环境中的放射性防护,