第一篇核医学核物理基础.ppt

第一章第一章 核医学的核物理基核医学的核物理基础1.原子核中子质子电子+第一第一节 原子的基本原子的基本结构构2.核素核素 ：具有特定：具有特定质量数、原子序数与核能量数、原子序数与核能态，其平均寿命，其平均寿命长得足以被得足以被观测的一的一类原子称原子称为核素。核素。核素及符号表示核素及符号表示核核 素素质子数子数中子数中子数质量量数数符符 号号氦氦-4-42 22 24 44 4HeHe碳碳-12-126 66 612121212C C碳碳-13-136 67 713131313C C碳碳-14-146 68 814141414C C稳定核素定核素 原子核稳定，不会自发衰变的核素称为稳定核素。放射性核素放射性核素 原子核处于不稳定状态，需通过核内结构或能级调整才能趋于稳定的核素,称为放射性核素（radionuclide）。3.定定义：具有相同原子序数，但：具有相同原子序数，但质量数不同的核素互量数不同的核素互为同同位素。即位素。即质子数相同而中子数不同的核素。子数相同而中子数不同的核素。同位素同位素图2-2氕、氘、氚互为同位素4.同同质异能素异能素定定义：具有相同：具有相同质量数和原子序数，量数和原子序数，处于不同核能于不同核能态的的一一类核素称同核素称同质异能素。异能素。基基态的原子和激的原子和激发态的原子互的原子互为同同质异能素异能素(isomer)(isomer)。同同质异能素异能素5.氚发生-衰变，衰变为氦第二第二节 核衰核衰变定定义：放射性核素由于核内：放射性核素由于核内结构或能构或能级调整，自整，自发地地释放出一种或一种以上的射放出一种或一种以上的射线并并转化化为另一种核素的另一种核素的过程程,称称为核衰核衰变(nuclear decay)(nuclear decay)。6.衰衰衰衰变变一、核衰一、核衰变的的类型型定定义：衰：衰变时放射出放射出 粒子的衰粒子的衰变称称 衰衰变(decay)decay)。衰衰变发生于原子序数生于原子序数 82 82的核素。的核素。+Q7.-衰衰衰衰变变定定义：释放出放出-粒子的衰粒子的衰变称称-衰衰变(-decay)-decay)。-衰衰变发生于富中子核素，生于富中子核素，实质上是原子核的一个上是原子核的一个中子中子转化化为质子。子。8.+衰衰衰衰变变定定义：释放出放出 粒子的粒子的衰衰变方式方式称称为 衰衰变(decay)decay)。衰衰变发生于生于贫中子核素，中子核素，实质上是原子核的一个上是原子核的一个质子子转化化为中子。中子。9.电电子俘子俘子俘子俘获获定定义：电子俘子俘获(electron capture)(electron capture)是指原子核从是指原子核从核外俘核外俘获一个一个轨道道电子。子。电子俘子俘获也也发生在生在贫中子核素，由于核内中子相中子核素，由于核内中子相对不足而从核外内不足而从核外内层的的电子子轨道上俘道上俘获一个一个电子，使子，使其一个其一个质子子转化化为中子。中子。10.衰衰衰衰变变和内和内和内和内转换转换定定义：原子核由激：原子核由激发态向基向基态或由高能或由高能态向低能向低能态跃迁迁时，放出，放出 射射线的衰的衰变过程称程称为 衰衰变 (decay)decay)。原子核的激原子核的激发能也可以直接能也可以直接传递给核外的内核外的内层电子，子，使之脱离使之脱离轨道成道成为自由自由电子，子，这一一过程称程称为内内转换(internal conversion)(internal conversion)。11.核衰核衰核衰核衰变变的基本定律的基本定律的基本定律的基本定律 二、核衰二、核衰变规律律放射性原子数或放射性活度随时间呈指数规律减少。Nt=N0e-t 或 At=A0e-t衰衰衰衰变变常数常数常数常数放射性核素在放射性核素在单位位时间内衰内衰变的概率。是反映放射性核素的概率。是反映放射性核素衰衰变速度的物理量，是放射性核素的一个重要特征参数。速度的物理量，是放射性核素的一个重要特征参数。衰衰变常数越大，放射性核素衰常数越大，放射性核素衰变速度越大。速度越大。用用表示。表示。单位：位：h-1,min-1,s-1。12.99Tcm的衰变曲线13.半衰期半衰期半衰期半衰期 物理半衰期物理半衰期(physical half life)指放射性核素减少一半所需指放射性核素减少一半所需要的要的时间。是放射性核素的一个重要特征参数。物理半衰。是放射性核素的一个重要特征参数。物理半衰期越短表明放射性核素衰期越短表明放射性核素衰变越快。越快。用用T1/2表示。表示。单位：位：h,min,s。物理半衰期物理半衰期14.生物半衰期生物半衰期（biological half lifebiological half life）指指生物体内的生物体内的放射性放射性核素核素经各种途径从体内排出一半所需要的各种途径从体内排出一半所需要的时间。用用T Tb b表示。表示。单位：位：h,min,s。生物半衰期生物半衰期15.有效半减期（有效半减期（effective half lifeeffective half life）指指生物体内的生物体内的放射性核放射性核素素由于从体内排出和物理衰由于从体内排出和物理衰变两个因素作用，减少至原有两个因素作用，减少至原有放射性活度的一半所需的放射性活度的一半所需的时间。用用T Teff eff 表示。表示。单位：位：h,min,s。有效半衰期有效半衰期T Teffeff=T=T1/21/2 T Tb b/(T/(T1/21/2+T+Tb b)16.放射性活度放射性活度放射性活度放射性活度 定定义：一定量的放射性核素在一个很短的：一定量的放射性核素在一个很短的时间间隔内隔内发生生的核衰的核衰变数除以数除以该时间间隔。隔。简称活度称活度(radioactivity)。即即单位位时间内内原子核的衰原子核的衰变数量。数量。A=dN/dt国国际制制单位：位：BqBq（贝克克），KBqKBq（10103 3 Bq Bq），），MBqMBq（10106 6BqBq），），GBqGBq（10109 9 Bq Bq）旧的旧的专用用单位：位：CiCi（居里居里），），mCimCi（10103 3 Ci Ci），），CiCi（10106 6CiCi）1Bq=1s 1Bq=1s-1-1 1 1Ci=3.710Ci=3.7101010Bq Bq 17.第三第三节 射射线与物与物质的相互作用的相互作用 一、一、带电粒子与物粒子与物质的相互作用的相互作用电电离作用离作用离作用离作用 定定义：凡原子或原子：凡原子或原子团由于失去由于失去电子或得到子或得到电子而子而变成离成离子的子的过程称程称为电离（离（ionization）。）。18.电离密度离密度(ionizationdensity)ionizationdensity)单位路径上形成离子位路径上形成离子对的数目称的数目称为电离密度或离密度或比比电离。离。电离密度与离密度与带电粒子的粒子的电量、速度以及物量、速度以及物质密密度有关。度有关。激激激激发发作用作用作用作用 定定义：如果核外：如果核外电子子获得的能量不足以使其形成自由得的能量不足以使其形成自由电子，子，只能由能量只能由能量较低的低的轨道道跃迁到能量迁到能量较高的高的轨道，使整个原道，使整个原子子处于能量于能量较高的激高的激发态，称，称为激激发(excitation)。激激发的原子不的原子不稳定，退激后可定，退激后可释放出光子或放出光子或热量。量。19.散射散射散射散射 定定义：带电粒子与物粒子与物质的原子核碰撞而改的原子核碰撞而改变运运动方向和方向和/或或能量的能量的过程称程称为散射散射(scattering)scattering)。仅运运动方向改方向改变而能量不而能量不变者称者称为弹性散射。运性散射。运动方向方向和能量都和能量都发生生变化者称化者称为非非弹性散射。性散射。散射作用散射作用强弱与弱与带电粒子的粒子的质量有关，量有关，带电粒子的粒子的质量量越大，散射作用越弱，所以越大，散射作用越弱，所以 粒子散射一般不明粒子散射一般不明显，-粒粒子散射子散射较为明明显。20.韧韧致致致致辐辐射射射射 定定义：带电粒子受到物粒子受到物质原子核原子核电场的作用，运的作用，运动方向和方向和速度都速度都发生生变化，能量减低，多余的能量以化，能量减低，多余的能量以X X射射线的形式的形式辐射出来，称射出来，称为韧致致辐射射(bremsstrahlung)bremsstrahlung)韧致致辐射射实际上是一种非上是一种非弹性散射。性散射。21.湮湮湮湮灭辐灭辐射射射射(annihilationradiation)annihilationradiation)annihilationradiation)annihilationradiation)定定义：+衰衰变产生的正生的正电子可在介子可在介质中运行一定距离，能中运行一定距离，能量耗尽量耗尽时和物和物质中的自由中的自由电子子结合，两个合，两个电子的静止子的静止质量量（相当于（相当于10221022keVkeV的能量）的能量）转化化为两个方向相反、能量各两个方向相反、能量各为511511keVkeV的的 光子而自身消失，叫做湮光子而自身消失，叫做湮灭辐射。射。22.吸收作用吸收作用吸收作用吸收作用 定定义：带电粒子通粒子通过物物质时，与物，与物质相互作用相互作用,能量不断能量不断损失，当射失，当射线能量耗尽后，能量耗尽后，带电粒子就停留在物粒子就停留在物质中，射中，射线则不再存在，称不再存在，称为吸收吸收(absorption)absorption)。23.二、光子与物二、光子与物质的相互作用的相互作用光光光光电电效效效效应应 定定义：光子与物光子与物质原子的原子的轨道道电子（主要是内子（主要是内层电子）碰子）碰撞，把能量全部交撞，把能量全部交给轨道道电子，使之脱离原子，光子消失，子，使之脱离原子，光子消失，这种作用种作用过程称程称为光光电效效应(photoelectric effect)photoelectric effect)。24.康普康普康普康普顿顿效效效效应应 定定义：光子与原子的核外光子与原子的核外电子碰撞，将一部分能量子碰撞，将一部分能量传递给电子，使之脱离原子子，使之脱离原子轨道成道成为自由自由电子，子，光子本身能量降低，光子本身能量降低，运行方向运行方向发生改生改变，称，称为康普康普顿效效应(Compton effect)Compton effect)。25.电电子子子子对对生成生成生成生成 定定义：当当 光子能量光子能量10221022keVkeV时（10221022keVkeV相当于两个相当于两个电子的子的静静质量），其中量），其中10221022keVkeV的能量在物的能量在物质原子核原子核电场作用下作用下转化化为一个正一个正电子和一个子和一个负电子，称子，称为电子子对生成生成(electron electron pair production)pair production)。余下的能量。余下的能量变成成电子子对的的动能。能。26.作业n1核衰变的类型有哪些？简述各衰变过程。n2射线与物质的相互作用过程有哪些？简述光电效应、康普顿效应及电子对效应产生的过程。27.