原子核和放射线(2012医19疗)

1、原子核和放射线原子核和放射线第十三章第十三章Atomic Nucleus and Radioactive Ray 原子核的基本性质原子核的基本性质 原子核的衰变规律原子核的衰变规律主主 要要 内内 容容射线的探测与防护射线的探测与防护 磁共振成像磁共振成像 核医学成像与放射治疗核医学成像与放射治疗重点重点 原子核的衰变规律原子核的衰变规律难点难点 磁共振成像磁共振成像原子核的基本性质原子核的基本性质(basic properties of atomic nucleus ) 一、一、概况概况1.1.组成组成XAZXA2.2.符号表示符号表示质子、中子质子、中子为元素的化学符号为元素的化学符号 X

2、为原子序数为原子序数 Z为核子数为核子数 A原子质量单位原子质量单位ukg101.66054021u27 u007276. 1mpu008665. 1mn质子数相同，中子数不同的一组核。质子数相同，中子数不同的一组核。氢）(H1氘）(H2氚）(H3氢的同位素有：氢的同位素有：310R AR m102 . 1150R317mkg102.33.3.质量质量4.4.同位素同位素(isotope)5.5.尺度与密度尺度与密度 短程力短程力； 强相互作用；强相互作用；与电荷无关；与电荷无关； 6.6.核力核力二、平均结合能二、平均结合能）质量亏损（核的质量分离核子的质量合m的质量亏损H21）（u0.00

3、23892.0135522.015941m核子结合成原子核所释放出来的能量称为结合能核子结合成原子核所释放出来的能量称为结合能 AE平均结合能2mEc 2cmE重核分裂成中等重核分裂成中等质量的核为裂变。质量的核为裂变。轻核聚合成较重轻核聚合成较重的核为聚变。的核为聚变。原子核的衰变规律原子核的衰变规律(decay law of atomic nucleus) 一、一、衰变类型衰变类型 放射性核素自发地放出某种射线而转变为其他放射性核素自发地放出某种射线而转变为其他核素的现象称为衰变。核素的现象称为衰变。 1. 1. 衰变衰变QHeY X424A2ZAZ4.78MeVHeRnRa4222286

4、226882. 2. 衰变衰变衰变包括衰变包括 衰变、衰变、 衰变和电子俘获。衰变和电子俘获。QeYX) 1 (0001 -A1ZAZ1.71MeVeS P000-132163215 QeYX)2(0001A1ZAZ只有人工放射性核素才能进行只有人工放射性核素才能进行 衰变衰变正、负电子碰撞消失转变为电磁辐射称为湮灭。正、负电子碰撞消失转变为电磁辐射称为湮灭。原子核俘获一个核外电子称为电子俘获原子核俘获一个核外电子称为电子俘获QYeX)3(00A1Z01 -AZ3. 3. 衰变衰变原子核发出原子核发出 射线的过程射线的过程衰变成衰变成 需经过几次需经过几次和几次和几次衰变衰变？Rn22286P

5、b20682例例衰变次数衰变次数次）(44206222衰变次数衰变次数82886n次）(4n二、二、衰变规律衰变规律1.1.衰变常数衰变常数tNNdd tNNdd衰变常数表示衰变常数表示单位时间原子单位时间原子核衰变的几率核衰变的几率 为衰变常数。为衰变常数。0N0t 表示表示 时原子核的数目，时原子核的数目， tNN e02.2.半衰期半衰期原子核数量衰减到原数量一半所对应的时间原子核数量衰减到原数量一半所对应的时间 TNN e2000.693ln2 TtTeNN2ln0TtNN)21(0 60Co的半衰期为的半衰期为5.27y人体代谢使原子核数目减少一半所需要的时间人体代谢使原子核数目减少

6、一半所需要的时间（1）生物半衰期生物半衰期原子核实际数目减少一半所需要的时间原子核实际数目减少一半所需要的时间)T(b（2 2）有效半衰期有效半衰期)T(eTTTbe111 eTtNN)21(0 3.3.平均寿命平均寿命)(原子核在衰变前存在时间的平均值原子核在衰变前存在时间的平均值 TNtNt4411d00. 三、放射线强度三、放射线强度放射源在单位时间内衰变的原子核个数放射源在单位时间内衰变的原子核个数 -111Bq秒次核衰变SI-110107 . 31Ci秒次核衰变1 1克镭每秒的核衰变数目克镭每秒的核衰变数目 放射性强度只是指放射源单位时间内衰变的原放射性强度只是指放射源单位时间内衰变

7、的原子核数，而不是指发出射线的数量或能量。子核数，而不是指发出射线的数量或能量。 射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用(interaction of radiation with matters) 射线分类射线分类作用：作用：产生荧光；底片感光；电子电离；贯穿本领。产生荧光；底片感光；电子电离；贯穿本领。重的带电粒子，重的带电粒子，粒子；粒子；轻的带电粒子，电子和正电子；轻的带电粒子，电子和正电子；光子组成的射线，光子组成的射线，射线和射线和射线；射线；中性粒子，中子。中性粒子，中子。一、带电粒子一、带电粒子每厘米路径上电离的离子对数。每厘米路径上电离的离子对数。1.1.电离比值电离比值电

8、量电量速度速度密度密度电离比值电离比值2.2.射程和吸收规律射程和吸收规律带电粒子在物质中所通过的最大厚度。带电粒子在物质中所通过的最大厚度。粒子粒子粒子在空气中的吸收曲线粒子在空气中的吸收曲线 粒子在空气中的吸收曲线粒子在空气中的吸收曲线 二、二、 射线射线hhhhe e光电子反冲电子三、中子三、中子1.1.俘获：中子被原子核俘俘获：中子被原子核俘获后引起核反应，常伴有获后引起核反应，常伴有射线的产生。射线的产生。 中子中子核子核子中子中子反冲核反冲核2.2.散射：中子碰到原子核散射：中子碰到原子核使原子核形成反冲核，而使原子核形成反冲核，而中子则被散射。中子则被散射。 中子容易被含氢原子的

9、物质吸收中子容易被含氢原子的物质吸收中子中子核子核子中子中子四、辐射剂量四、辐射剂量照射剂量照射剂量（ ）EmQEdd 14kgC102.581R吸收剂量吸收剂量( )( )DmEDdd -1kg1J=Gy( 1戈瑞）)rad( 100Gy 1拉德当量剂量当量剂量( )( )THRRTTDH 1kg1J)1Sv(希沃特)100rem(1Sv雷姆RTD(平均吸收剂量平均吸收剂量) R(辐射权重因子辐射权重因子) 射线的探测与防护射线的探测与防护(radiation detection and radiation protection ) 一、探测方法及探测器一、探测方法及探测器1.1.方法：电离

10、、荧光和感光等。方法：电离、荧光和感光等。 2.2.探测器：探测器：MG 计数器计数器二、防护二、防护射线纸能将其线吸收；射线纸能将其线吸收；射线铝片能将它挡住；射线铝片能将它挡住；射线铅板防护；射线铅板防护；中子含氢物质防护。中子含氢物质防护。 纸纸铝片铝片铅板铅板磁共振成像磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI) 多核信号的诊断。多核信号的诊断。无放射损害；无放射损害；能获得器官和组织的功能信息；能获得器官和组织的功能信息；20032003年诺贝尔生理学或医学奖年诺贝尔生理学或医学奖P.Mansfield （1933）一、磁共振原理一、磁共振原理1.1.核

11、磁共振核磁共振BBEmN cos-BgEN211 BgEN212 BgEhN 当射频场频率符合当射频场频率符合 时，能级跃时，能级跃迁，迁，称为核磁共振称为核磁共振。扫频法：扫频法： 扫场法：扫场法： 2.2.核磁共振波谱仪核磁共振波谱仪固定外磁场，连续改变射频的频率。固定外磁场，连续改变射频的频率。 固定射频频率，连续改变外磁场。固定射频频率，连续改变外磁场。 二、核磁共振成像方法及其成像系统二、核磁共振成像方法及其成像系统1.1.成像方法成像方法怎样标记受检体共振核的空间位置怎样标记受检体共振核的空间位置 h BgN共振频率与磁场强度成正比共振频率与磁场强度成正比频率分布决定共振核的空间分

12、布频率分布决定共振核的空间分布强度分布决定共振核的密度分布强度分布决定共振核的密度分布（2 2）在此层面内施加旋转梯度场在此层面内施加旋转梯度场 ；lBlBBdd0（1 1）定义出欲观察的层面定义出欲观察的层面 ；0B（3 3）扫频法获得一维投影值，进而重建图像。扫频法获得一维投影值，进而重建图像。2.2.成像系统成像系统梯度、射频场的控制和信号的接收梯度、射频场的控制和信号的接收数据处理与显示图像数据处理与显示图像磁体系统磁体系统谱仪系统谱仪系统图像重建系统图像重建系统（常规、超导、永磁）（常规、超导、永磁）主磁体主磁体梯度线圈梯度线圈射频线圈（频率范围由磁场决定）射频线圈（频率范围由磁场决

13、定）)mT105(-13T)310(1梯度线圈梯度线圈主磁体主磁体射频线圈射频线圈磁体系统磁体系统孔孔数据处理数据处理显示与操作显示与操作能源能源磁共振成像的医学应用磁共振成像的医学应用核医学成像与放射治疗核医学成像与放射治疗(nuclear medicine imaging and radiation therapy) 一、核医学成像一、核医学成像 利用放射性核素作标记，使用探测器记录在脏利用放射性核素作标记，使用探测器记录在脏器和组织中的放射性核素浓度分布及其随时间的变器和组织中的放射性核素浓度分布及其随时间的变化。化。 1. 1. 照相机照相机2.2.单光子发射型单光子发射型CT CT

14、single photon emission computed tomography (SPECT) 3.3.正电子发射型正电子发射型CTCTpositron emission tomography (PET)二、放射治疗装置二、放射治疗装置 利用放射性核素在衰变过程中所产生的射线或利用放射性核素在衰变过程中所产生的射线或通过被加速器加速的某些射线束，对肿瘤等疾病进通过被加速器加速的某些射线束，对肿瘤等疾病进行治疗的装置。行治疗的装置。 Co601. 1. 治疗机治疗机 既可做深部也可做表浅部位肿瘤治疗。既可做深部也可做表浅部位肿瘤治疗。 该机具有经济、可靠、结构简单、维护方便等优该机具有经济

15、、可靠、结构简单、维护方便等优点，是目前放射治疗的主要设备之一。点，是目前放射治疗的主要设备之一。产生两种能量的产生两种能量的 射线射线MeV)33. 1MeV,17. 1 (2.2.加速器加速器 电子感应加速器电子感应加速器 电子直线加速器电子直线加速器 3. 3. 刀刀、 刀刀 X带电粒子可旋转百万圈，能量达到几十带电粒子可旋转百万圈，能量达到几十 。MeV 融立体定向和放射外科技术于一体，以治疗颅脑融立体定向和放射外科技术于一体，以治疗颅脑疾病为主。疾病为主。 19501950年提出设想年提出设想 19681968年第一台伽马刀年第一台伽马刀无创伤、不出血、不需麻醉、不需要特殊术前准备。无创伤、不