核化学和其应用简介培训课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。,作者,:,陈朝军 武士奎,单位,:,内蒙古医科大学,第十六章,核化学及其应用简介,Introduction to Nuclear Chemistry,and Its Applications,第一节 核化学的基本概念,第二节 放射性衰变和核化学方程式,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,重点难点,熟悉,了解,掌握,核化学基本概念、放射性衰变、核化学方程式、,PTE-CT,的基本原理及其特点。,半衰期和放射性活度、放射性碳,-14,测定年代法、用于临床诊疗的放射性核素、核反应、核辐射及其防护。,核化学的发展过程及其应用、,PET-CT,的成像过程、核裂变和核聚变、核反应的特点。,核化学的基本概念,第一节,核医学（,nuclear medicine,）,是采用核技术来诊断、治疗和研究疾病的一门新兴学科。它是核技术、电子技术、计算机技术、化学、物理和生物学等现代科学技术与医学相结合的产物。,放射化学（,radiochemistry,）,主要研究放射性核素的制备、分离、纯化、鉴定和它们在极低浓度时的化学状态、核转变产物的性质和行为，研究那些参与化学反应的物质属于或带有放射性同位素的化学反应。,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,基础化学（第,9,版）,（一）核化学发展史,1.1895,年,Rontgen WC,发现,X,射线，,1898,年,Curie I J,夫妇对钋和镭进行分,离和鉴定。,2.1919,年,Rutherford E,等发现由天然放射性核素发射的,粒子引起的原子核反应；,1934,年,Curie I J,夫妇制备出第一个人工放射性核素,磷,-30,；,1938,年,Hahn,等发现原子核裂变更加速了核能利用进程。,（二）我国核化学发展,1950,年开展了铀的提取纯化研究。,1955,年北京建成研究用重水反应堆和回旋加速器；,1964,年,10,月,16,日我国自主研制的第一颗原子弹爆炸成功，第二年的,6,月氢弹试爆成功,一、发展过程及应用,基础化学（第,9,版）,第一节 核化学的基本概念,（一）组成原子核的基本粒子，如质子和中子都被称为核子,(nucleon),（二）具有确定质子数,Z,、中子数,N,并处于一定能量状态的原子核是,核素,(nuclide),1.,化学性质相同而核性质不同的核素互称为同位素,2.,质子数和质量数相同但能量状态不同的核素称为同质异能素,二、核子、核素和同质异能素,第一节 核化学的基本概念,基础化学（第,9,版）,（一）“天然放射性”和“人工放射性”,（二）放射性同位素,经过多代子体放射性核素最后衰变生成,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,(radioactive series),基础化学（第,9,版）,三、放射性元素和放射系,第一节 核化学的基本概念,质量亏损,(mass defect),是指原子核的质量小于它所含有的各核子独立存在时的总质量，这两者的差额称为质量亏损，用,m,表示。减少的能量就是,核的结合能,(nuclear binding energy),用符号,E,B,表示。,基础化学（第,9,版）,四、质量亏损与核的结合能,核素,的质量亏损为：,E,B,=27 1.007276 u+32 1.008665 u-58.933 u=0.540732 u,核素,的质量亏损为：,E,B,=5 1.007276 u+6 1.008665 u 10.811u=0.27737 u,第一节 核化学的基本概念,放射性衰变和核化学方程式,第二节,例：,（一）,衰变：产生,粒子（,）,通式：,衰变的位移定则：,核电荷数减少,2,，子核在元素周期表中的位置左移,2,格。,基础化学（第,9,版）,一、放射性衰变,放射性衰变：,放射性核素自发放射出,粒子、,粒子或,光子，而转变成另一种核素,的现象。,第二节,放射性衰变和核化学方程式,粒子带正电荷，穿透能力弱，不适合做核医学显影。,（一）,衰变：产生,粒子（,）,粒子射程短，对局部组织电离作用强，引入人体后，对核素附近的组织产生损伤不影响远处组织。,基础化学（第,9,版）,一、放射性衰变,在体内恶性肿瘤组织放射性核素治疗具有潜在优势。,+,-,粒子在电场中发生偏转,第二节 放射性衰变和核化学方程式,例：,衰变的位移定则：,子核在元素周期表中的位置右移,1,格。,基础化学（第,9,版）,一、放射性衰变,第二节 放射性衰变和核化学方程式,基础化学（第,9,版）,一、放射性衰变,粒子带负电荷，穿透能力弱，但可穿透软组织。,+粒子在电场中发生偏转,第二节 放射性衰变和核化学方程式,（三）,衰变,基础化学（第,9,版）,一、放射性衰变,衰变产生,光子：,原子核从高能激发态跃迁回基态放出,光子的过程。,光子不带电荷，运动速度快，电离能力小，穿透能力强。对组织的局部作用较弱，适合放射性核素显像。临床上，伽马刀用于肿瘤治疗。食品和药学上用于灭菌。,第二节 放射性衰变和核化学方程式,基础化学（第,9,版）,一、放射性衰变,（四）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。,（五）,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,1.,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。,2.,书写时还必须遵守的原则是：,（,1,）方程式两端的质量数之和相等；,（,2,）方程式两端的质子数之和相等；,基础化学（第,9,版）,二、核化学方程式,例如：,写出下列核化学方程式,I-122,衰变：,粒子轰击 产生,第二节 放射性衰变和核化学方程式,（一）半衰期,:,放射性核素的衰变速率用半衰期表示,符号为,t,1,2,。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。,基础化学（第,9,版）,三、半衰期和放射性活度,（二）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,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。,基础化学（第,9,版）,四、放射性碳,-14,测定年代法,在碳循环过程中，碳,-14,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。,第二节 放射性衰变和核化学方程式,放射性核素示踪技术简介,PET-CT,第三节,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。,放射性核素示踪技术的基本原理主要基于以下两个方面：,基础化学（第,9,版）,一、放射性核素示踪技术基本原理,第三节 放射性核素示踪技术简介,PET-CT,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。,基础化学（第,9,版）,二、,PET-CT,的成像过程,第三节 放射性核素示踪技术简介,PET-CT,基础化学（第,9,版）,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,基础化学（第,9,版）,第三节 放射性核素示踪技术简介,PET-CT,PET-CT,应用,PET-CT,是,核技术应用于医学领域成功的典范。,PET-CT,是英文,positron emission tomography,和,computational tomography,的缩写，全称为正电,子发射计算机断层成像,核反应和核辐射,第四节,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）。,基础化学（第,9,版）,一、核反应,第四节,核反应和核辐射,核裂变：,一个大质量的原子核（像铀和钍）分裂成两个比较小的原子核。,核聚变：,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。,基础化学（第,9,版）,二、核裂变和核聚变,第四节 核反应和核辐射,1.,连锁反应,2.,伴随核辐射,3.,高效、清洁、无污染,基础化学（第,9,版）,三、核反应的特点,第四节 核反应和核辐射,1.,核辐射通常被称之为放射性,核辐射分为天然辐射和人工辐射两类,天然辐射：,宇宙射线、陆地辐射源和体内放射性物质。,人工辐射源：,放射性诊断和放射性治疗辐射源如,X,光，核磁共振、放射性,药物、放射性废物、核武器爆炸落下的灰尘以及核反应堆和,加速器产生的照射等。,基础化学（第,9,版）,四、核辐射和辐射防护,第四节 核反应和核辐射,2.,环境中的辐射按照辐射作用于物质时所产生的效应不同，可将辐射分为,致电离辐射与非电离辐射两类。,致电离辐射：,宇宙射线、,X,射线和来自放射性物质的辐射。,非电离辐射：,紫外线、热辐射、无线电波和微波。,两种辐射的危害不同，其防护措施也有所区别。,基础化学（第,9,版）,四、核辐射和辐射防护,第四节 核反应和核辐射,3.,日常生活环境中的放射性及其防护,装修居室用的花岗岩及其它板石材料含有一定量的氡，因此多数家庭居室中存在放射性气体氡。,煤炭烟气中含有,U,、,Th,、,Ra,、,210,Po,和,210,Pb,基础化学（第,9,版）,四、核辐射和辐射防护,第四节 核反应和核辐射,核化学主要研究核反应、性质、结构、分离、鉴别和应用，放射化学和核物理是核化学的两大分支。,放射性衰变主要包括,衰变、,衰变、,衰变、嬗变和正电子衰变，衰变过程中原来的核素或者变成另一种核素或者进入另一种状态。,PET-CT,是核技术在医学领域的成功应用，其对病灶的检出优于,CT,和,MRI,。,超剂量的核辐射（致电离辐射）会对人体产生损伤，必须采取防护措施。,频率低于可见光的电磁辐射对人体主要是热效应。,