放射性衰变基本知识专家讲座.pptx

,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,*,第一章 放射性衰变基本知识,一、原子结构,原子结构示意图,1 基本概念,放射性衰变基本知识专家讲座,第1页,放射性衰变基本知识专家讲座,第2页,原子是由原子核和核外电子组成，原子核带正电，核外电子带负电，整个原子呈电中性。核外电子在轨道上运动时不吸收也不辐射能量状态称为,定态,（,Stationary state）；,能量最低定态称为,基态,（,Ground state）；,能量较高定态称为,激发态,（,Excited,state）。,原子核是由质子（,p）,和中子(,n),组成，质子和中子统称为核子（,nucleon），,质子带正电，其电量与电子电量相等，中子不带电。质子数和中子数之和称为原子核质量数(,A)。,放射性衰变基本知识专家讲座,第3页,二、核素(,nuclide),含有特定质量数、原子序数和核能态原子，统称为核素。可用通式,A,X,表示,当前已知元素虽仅100各种，但已知核素却有2700各种。核素可分为稳定性核素与放射性核素二种，其中绝大多数为放射性核素。,三、同位素（,isotope）,凡原子核内质子数相同(原子序数相同),而中子数不一样一类原子，彼此互称为同位素,比如：,1,H、,2,H、,3,H,互称为同位素。每种同位素也是一个核素。,放射性衰变基本知识专家讲座,第4页,同位素,放射性衰变基本知识专家讲座,第5页,四、同质异能素（,isomer）,核内质子数和中子数均相同，但所处能量状态不一样核素。如,99,Tc,与,99,m,Tc，,99m,Tc,是处于激发态原子核，激发态向基态过渡时将放出多出能量。,2 核稳定性和放射性衰变,一、原子核稳定性：,取决核子之间引力和短程核力。只有当核子总数以及中子数和质子数百分比在一定范围内才能使这两种力平衡，原子核才是稳定。,放射性衰变基本知识专家讲座,第6页,二、衰变类型,(一),衰变(,alpha decay)：,指母核放出一个,粒子（氦原子核）过程。,比如,226,Ra(,镭)衰变式以下：,226,Ra,222,Rn+4.86Mev,粒子质量大且带电荷，故射程短，穿透力弱，在空气中只能穿透几厘米，一张纸就可屏蔽，因而不适合作核医学显像用。但,粒子对局部电离作用强，对开展体内恶性组织放射性核素治疗含有潜在优势。,放射性衰变基本知识专家讲座,第7页,放射性衰变基本知识专家讲座,第8页,（二）,衰变(,beta decay),(1),-,衰变：,指母核放出一个负电子过程。,-,衰变发生在中子过剩原子核。,比如：,3,2,P(,磷)衰变式以下：,32,P,32,S+e,-1,+e+1.711 Mev,-,衰变时放出一个,-,粒子和反中微子，核内一个中子转变为质子，因而子核比母核中子数降低1，原子序数增加1，原子质量数不变。,-,射线本质是高速运动电子流，,-,衰变时，衰变能随机分配给,-,粒子和反中微子，因而,-,粒子能量分布形成连续能谱。,放射性衰变基本知识专家讲座,第9页,放射性衰变基本知识专家讲座,第10页,-,粒子穿透力弱，比如2,Mev,-,粒子在软组织中射程约为2,cm，,不能用于核医学显像。一些,-,核素可用于核素治疗，比如：,131,I,用于治疗甲亢和甲状腺癌，,32,P,可用于血液和皮肤病治疗。,(2),+,衰变：,指母核放出一个正电子过程。发生在中子相对缺乏核素，也可认为是质子过剩。比如：,13,N(,氮)衰变式以下：,13,N,13,C+,+,+1.190 Mev,衰变时放出一个,+,粒子和中微子，核内一个质子转变为中子。正电子射程仅1-2,mm,即发生湮灭辐射。,放射性衰变基本知识专家讲座,第11页,(3)电子俘获(,electron capture decay，EC),核内一个质子能够俘获一个核外电子并发射一个中微子而转变为一个中子，所形成子核质量数不变，原子序数少1。,比如,125,I(,碘)衰变式以下：,125,I+e,-,125,Te(,碲)+,+0.0355 Mev。,原子核发生电子俘获后，外层电子留下一个空轨道，更外层电子填补空轨道，将多出能量以电磁辐射或光子流形式释放出去，这种电磁辐射或光子流称为,“,标识,X,线,”,。,放射性衰变基本知识专家讲座,第12页,放射性衰变基本知识专家讲座,第13页,（三）,跃迁(,transition),1、,同质异能跃迁(,isomeric transition)：,原子核发生,衰变、,衰变后子核吸收衰变能处于激发态，激发态子核向基态过渡时将多出能量以电磁辐射或光子流形式释放出去，这种电磁辐射或光子流称为,射线，这个过程称为,衰变。,99,m,Tc(,锝)衰变式以下：,99,m,Tc,99,Tc+,2、,内转换(,internal conversion)：,激发态原子核从激发态跃迁到基态时不放出,射线，而将多出能量直接交给核外壳层电子，使轨道上电子取得足够能量后脱离轨道成为自由电子称之为内转换，该自由电子称为内转换电子。,放射性衰变基本知识专家讲座,第14页,放射性衰变基本知识专家讲座,第15页,放射性衰变基本知识专家讲座,第16页,放射性衰变基本知识专家讲座,第17页,3 核衰变规律,一、衰变规律：,对大量放射性核群体进行研究，发觉其衰变遵照一个普遍衰减规律，即各种放射性核群体（样品）其总放射性核数目,N,都随时间,t,按指数规律衰减。,衰变公式：,N=N,o,e,-t,该式是表示核衰变基本公式，适合用于任何一个单一存在放射性核素。,放射性衰变基本知识专家讲座,第18页,二、半衰期,（一）物理半衰期(,T,1/2,)：,放射性核素因为衰变,其原子核数目或活度降低到原来二分之一所需时间,用,T,1/2,表示。,（二）生物半衰期(,Tb)：,放射性核素因为生物代谢,其原子核数目或活度降低到原来二分之一所需时间。,（三）有效半衰期(,Te)：,放射性核素因为生物代谢和衰变共同作用,其原子核数目或活度降低到原来二分之一所需时间。,三者关系可用下式表示：,Te=（T,1/2,Tb）（T,1/2,+Tb）,放射性衰变基本知识专家讲座,第19页,引入半衰期概念以后，核衰变公式可改写成：,N=N,o,e,-0.693t/T1/2,或,A=A,0,e,-0.693t/T1/2,按照这一公式，可依据某种放射性核素半衰期和其出厂到使用时间隔时间（,t）,计算出使用时放射性活度。,三、放射性活度及其单位,(一)放射性活度,单位时间内核衰变次数，用,dps,或,dpm,来表示。,放射性衰变基本知识专家讲座,第20页,(二)放射性活度单位：,在国际单位制(,SI),中，放射性活度专名是贝可勒尔(,Bequeral)，,简称贝可，符号是,Bq，,单位是秒,-1,(,s,-1,),其派生单位有,KBq、MBq、GBq,和,TBq。,1TBq=10,3,GBq=10,6,MBq=10,9,KBq,四、放射性比活度：,单位质量（摩尔、容积）物质所含放射性多少。,单位是,MBq/mg、GBq/mg、TBq/g,或,MBq/mmol、GBq/mmol、MBq/ml。,后者常称为放射性浓度。,放射性衰变基本知识专家讲座,第21页,4 射线与物质相互作用,一、带电粒子与物质相互作用,(一)电离与激发(,ionization and excitation),电离：,指带电粒子与物质相互作用使物质中中性原子变成离子正确过程。,激发：,假如核外电子所获动能不足以使之成为自由电子，只是从内层跃迁到外层，从低能级跃迁到高能级。,电离密度：,单位路径上形成离子正确数目。它表示是射线电离作用强弱量。,。,放射性衰变基本知识专家讲座,第22页,（二）韧致辐射：,-,与物质相互作用会受到原子核电场排斥，将部分能量以电磁辐射或光子流形式释放出去，这种电磁辐射或光子流称为韧致辐射。韧致辐射发生几率与,-,能量及被作用物质原子序数成正比。在实际工作中，为了尽可能地降低,射线产生韧致辐射，应该选取原子序数低材料作为屏蔽材料，比如铝、有机玻璃等。,放射性衰变基本知识专家讲座,第23页,(三)湮没辐射：,+,与物质相互作用会受到原子核电场吸引，正负电子结合成为一对能量各为0.511,Mev,光子，这个过程称为湮没辐射，湮没辐射是,PET,显像基础。,（四）吸收和射程：,吸收：,带电粒子引发电离和激发同时逐步损失能量，当其动能全部或靠近全部消失时，原来射线不在存在，这一现象称为射线吸收。,射程：,射线从入射到完全消失所经过直线距离称为射线射程。,放射性衰变基本知识专家讲座,第24页,放射性衰变基本知识专家讲座,第25页,二、,射线（,X,射线）与物质相互作用,(一)光电效应(,photoelectric effect)：,光子与物质相互作用，将全部能量都传给被作用物质原子核核外电子，使其脱离原子核束缚成为自由电子，这个自由电子称为光电子，这个过程称为光电效应（由光子到电子）。发射光电子原子内层电子出现空位，故可发射特征,X,射线。,放射性衰变基本知识专家讲座,第26页,（二）康普顿效应(,Compton effect)：,当光子能量远大于壳层电子结合能时，,光子将其部分能量传给被作用物质原子核核外电子，使其脱离原子核束缚成为自由电子，这个自由电子称为康普顿电子，,射线失去部分能量改变运动方向射出，称为康普顿散射光子，这个过程称为康普顿效应。,放射性衰变基本知识专家讲座,第27页,(三)电子对生成效应(,pair production)：,能量超出1.02,Mev,射线与物质相互作用，,光子在原子核电场作用下产生一对正负电子，这种作用称为电子对生成效应。1.02,Mev,能量是产生一对正负电子最低极限值。,射线与物质相互作用时产生光电效应、康普顿效应和电子对生成效应几率，随,光子能量和物质原子序数不一样而不一样。,放射性衰变基本知识专家讲座,第28页,普通而言，低能,射线经过高原子序数物质时以光电效应为主；中能,射线经过低原子序数物质时以康普顿效应为主；而高能,射线经过高原子序数物质时以电子对生成效应为主。,射线与物质相互作用产生光电子、康普顿电子、生成电子对等次级电子能够深入引发物质电离和激发。,放射性衰变基本知识专家讲座,第29页,放射性衰变基本知识专家讲座,第30页,三、中子与物质相互作用,（一）弹性散射（碰撞）：,中子将一部分能量传给被碰撞原子核，使其脱离电子层而运动形成反冲核，反冲核使物质其它原子发生电离和激发，而中子本身速度减慢，方向改变，这种现象称为弹性散射。试验表明：中子与其质量相近原子核碰撞时损失能量最多（如氢核），所以，中子易于被含氢多物质如水、石蜡等减速吸收，这在中子防护上含有主要意义。,放射性衰变基本知识专家讲座,第31页,（二）核反应：,快中子与物质原子核作用放出带电粒子而形成新核过程称为核反应。形成新核假如是放射性核素则继续衰变放射出,、,射线，使物质原子产生电离或激发，称为感生放射性。中子与物质相互作用产生核反应是中子反应堆工作基础，也是中子弹杀伤原因。比如,23,Na+,1,0,n,24,Na+,可写成,23,Na(n、),24,Na,等。,放射性衰变基本知识专家讲座,第32页,5 惯用辐射量及其单位,一、照射量(,exposure),：,是直接度量,X、,射线对空气电离能力量，可间接反应,X、,辐射场强弱一个物理量，其定义是：,X,或,射线在单位质量为,dm,空气中与原子核相互作用，释放出来全部正负电子完全被阻止时，所产生同一个符号离子总电荷绝对值,dQ,与,dm,之比，即,X=dQ/dm。,照射量,SI,单位为库仑,千克,-1,。照射量仅适合用于能量在10,Kev-3Mev,范围内,X、,射线。,放射性衰变基本知识专家讲座,第33页,二、吸收剂量(,absorbed dose),：,单位质量(,dm),被照射物质所吸收任何电离辐射平均能量,dE，,用,D,表示：,D=dE/dm,吸收剂量,SI,单位为,J,kg,-1,，SI,单位专名为戈瑞，符号,Gy，Gy=1J,kg,-1,。,三、当量剂量(,equivalemt,dose),：,是衡量各种辐射对生物机体危害程度物理量。它是修正后吸收剂量，即吸收剂量与辐射权重因子乘积。用,H,表示，即,H,T,R,=W,R,D,T,R,。当量剂量,SI,单位是焦耳,千克,-1,(,J,Kg,-1,)。,专名为希沃特，符号,Sv，,当量剂量专门用于放射防护。,放射性衰变基本知识专家讲座,第34页,不一样种类射线品质因数（权重因子）,射线种类,品质因数,、,射线,射线、电子,质子,射线,热中子（慢中子）,快中子,(,能量大于,100kev),1,1,10,20,3,10,放射性衰变基本知识专家讲座,第35页,