核医学物理基础

1、核物理2核医学物理基础基本概念核衰变射线与物质的相互作用3KLMAtomneutrons protonsnucleon +electrons -原子结构AtomNucleusProtonQuark10-8 cm 10-12 cm 10-13 cm 10-16 cmshell原子核核子：质子 中子核能级：基态 不同激发态能量单位： 电子伏特 eV keV MeV45核 符 号 核符号以AZXN表示，一般简为AX X 元素符号 A 质量数 Z 质子数 N 中子数 A=Z+N 如131I 133Xe, 99Mo6核素与同位素核素(nuclide)：具有相同的质子数、中子数和核能态的一类原子核素可表示

2、某种原子固有的特征同一种元素可包括若干种核素同位素(isotope)：是表示核素间相互关系的名称，凡具有相同的原子序数（质子数）的核素互称为同位素，或称为该元素的同位素在元素周期表中同位素处于同一位置，如1H、2H、3H7两种同位素比较74中子8同质异能素 同质异能素(isomer)：具有相同质子数和中子数，处于不同核能态的核素互称为同质异能素 核激发态用m表示，如99mTc与99Tc9稳定性核素与放射性核素 核素按其稳定程度（一般以半衰期109年为计）分为：稳定性核素(stable nuclide)：原子核极为稳定而不会自发地发生核内成分或能态的变化或者变化的几率极小放射性核素(radion

3、uclide)：原子核不稳定，会自发地发生核内成分或能态的变化，而转变为另一种核素，同时释放出一种或一种以上的射线10中 质 比核素是否稳定取决于核内中子数与质子数的比例，即中质比（N/Z）Z20 稳定性核素 N/Z120Z1Z83 均为放射性核素最新112号元素Cn在已知的2000多种核素中，稳定性核素仅274种11核衰变的类型核衰变(nuclear decay)：放射性核素自发地释放出一种或一种以上的射线并转变为另一种核素的过程，核衰变实质上就是放射性核素趋于稳定的过程核衰变的速度、方式以及释放出的射线种类和能量取决于原子核内的特征，不受周围环境如温度、湿度以及压力等因素的影响分为、 、

4、、 EC、五种衰变12衰变23892U 23490Th 42He4.27MeV 4He13衰变的特点粒子实质上是He原子核，衰变发生在原子序数大于82的重元素核3MeV 射线 在空气中的射程约为16mm，在水中或机体内为0.02mm。因其射程很短，一张纸即可阻挡但粒子的电离能力极强，故重点防护内照射14- 衰变AZXAZ+1Y + - + - + Q - 为反中微子n p + +Q15-衰变的特点-衰变是释放-粒子的放射性衰变，它发生在中子过剩的原子核 ，衰变时释放一个-粒子（电子）和反中微子，核内一个中子转变为质子，子核原子序数增加1-粒子的射程较短，穿透力较弱，而电离能力较强，因此不能用来

5、作显像，但可用作核素内照射治疗16 衰变AZXAZ-1Y + + + + Q ( 为中微子)p n+e+189F188O + + + 0.66MeV 17 衰变特点正电子衰变：释放粒子的放射性衰变衰变时释放一个粒（正电子）和中微子，核内一个质子转变为中子，子核原子序数减少1正电子的射程仅12mm即发生湮灭辐射（annihilation radiation），即失去电子质量，转变成两个能量为511keV、方向相反的光子18Electron capture,ECAZX + 0-1eAZ-1Y + ( 为中微子)P+e- nCharacteristic X-rayAuger electron19电子

6、俘获衰变特点电子俘获衰变：一个质子俘获一个核外轨道电子转变成一个中子和放出一个中微子电子俘获时，因核外内层轨道缺少了电子，外层电子跃迁到内层去补充，外层电子比内层电子的能量大，跃迁中将多余的能量，以光子形式放出，称其为特征x射线，若不放出特征x射线，而把多余的能量传给更外层的电子，使其成为自由电子放出，此电子称为俄歇电子EC衰变发生在中子数相对过少的放射性核，衰变后子核原子序数减少120Gamma decay and internal conversion AmZX AZY + Internal conversionelectronray21衰变 衰变（ decay）：放射核由激发态向基态或由

7、高能态向低能态跃迁时发射出射线的衰变过程，也称为跃迁（ transition） 衰变只是能量状态改变， 射线的本质是中性的光子流 激发态的原子核常是在衰变、衰变或核反应之后形成的22内转换 内转换（internal conversation）核素由激发态向基态或由高能态向低能态跃迁时，除发射射线外也可将多余的能量直接传给核外电子（主要是K层电子），使轨道电子获得足够能量后脱离轨道成为自由电子，此过程称为内转换，这种自由电子叫做内转换电子 内转换后形成的电子空穴可被外层电子回补，释放的能量又可产生俄歇电子或特征性X射线衰变和内转换激发态核基态核释放能量衰变内转换内转换电子俄歇电子或特征X射线23

8、24同质异能素核从激发态回复到基态的时间极短 （10-11s ），故可认为射线伴随、射线同时发生少数核衰变时停留在激发态的时间较长，以致可以单独测量，视为一独立核素，即同质异能素如： 25各种衰变的比较衰变类型产生原因核射线种类与特征核内成分质量数过大粒子氦核P-2n-2-中子数相对过多粒子 负电子P+1中子数相对过少粒子 正电子P-1EC中子数相对过少P-1衰变后激发态核回到基态核光子 中性不变26核衰变规律 放射性原子核并不是同时衰变的，对于某一个原子核而言，何时衰变是各自独立没有规律的，但对于某一种原子核的群体而言，它的衰变是有规律的，即原子核数目随时间增长按指数规律减少tNlogNt2

9、7衰变常数(decay constant )衰变公式： Nt=No e-t衰变常数：某种放射性核素的核在单位时间内自发衰变的几率它反映该核素衰变的速度和特性；值大衰变快，小则衰变慢，不受任何影响不同的放射性核素有不同的28放射性活度一定量的放射性核素在一很短的时间间隔内发生核衰变数除以该时间间隔，即单位时间的核衰变次数； A=dN/dt单位：s-1专用名：贝可（Bq） 1Bq=1S-1 旧单位为Ci, 1Ci=3.7X1010Bq衍生单位：kBq、MBq、GBq(10亿)、TBq，Ci、mCi、Ci2829放射性活度放射性活度相同的放射性核素，仅表示它们每秒钟的衰变次数相同并不表示它们所发射的

10、粒子数目、种类、能量都相同更不表示其辐射生物效应一定相同30物理半衰期 Physical half life，(T1/2) 在单一的放射性核素衰变过程中，放射性活度降至原来一半所需的时间长者可达1010a，短者仅有10-10s半衰期 event along line between detectors.nb+b-1-3mm511KeV511KeVPET : Mechanism37带电粒子使物质的原子发生电离和激发的过程中，射线的能量全部耗尽，射线不再存在，称为吸收。路程沿入射方向投影的直线距离称为射程，与粒子的动能和吸收物质的性质有关。吸收作用373839 （X）射线与物质相互作用光电效应 (

11、photoelectric effect)康普顿效应 (Compton effect)电子对生成 (electron pair production）40X rayAuger electronphotoelectronKLElectron vacancy filledMe-Incident photon指光子被原子吸收后发射轨道电子的现象光电效应41康普顿效应 指X、 光子与自由电子相互作用而产生散射的一种效应Incidence Compton e-scatteringElastic collisionKLM42电子对生成 指一个具有足够能量（1.02 MeV）的光子在原子核或其他粒子的电场作用下产生一个正电子和一个负电子的过程incidence511keV511keV+e- free el