一绪论核物理与辐射防护基本知识

1第一页，共44页。检验核医学绪论与核物理与辐射防护基本知识管超楠2第二页，共44页。3第三页，共44页。检验核医学

（laboratorynuclearmedicine）01核素示踪体外放射分析02spect/ctpet/ctpet/核磁03GD甲亢甲状腺癌真红细胞增多症4第四页，共44页。单光子发射计算机断层成像术

(Single-PhotonEmissionComputedTomography,SPECT)5第五页，共44页。正电子断层成像术pet/ct6第六页，共44页。pet/核磁30岁，女性患者，头疼，MRI正常，而18F-FDG-PET发现左顶叶18F-FDG摄取减少7第七页，共44页。gravesdiseaseGD甲亢8第八页，共44页。检验核医学的由来1896年法国物理学家贝克勒尔HenriBecquerel——天然铀的放射性1923年赫维塞Hevesy——首次使用32P当做示踪剂1959年Berson和Yalow——创建了放射免疫分析技术——免疫放射分析——酶的放射分析9第九页，共44页。核物理基础知识原子结构模型10第十页，共44页。核素与其相关概念原子atom质子proton-p中子neutron-n原子质量单位atomicmassunit-amu1amu相当于1/12的12C原子质量p=1.007276amu；n=1.008665amu科学定义：1amu=一个质量数；＜1amu=0质量数原子质量数=质子数和中子数之和，用A表示11第十一页，共44页。质子带1e电荷；核外电子带1e-电荷

1e=4.8028*10-10静电单位核内带几个质子，正电荷就是几个e，用Z表示，Z又称原子序数。核素符号原子能量状态分为基态和激发态，用m表示AmX12第十二页，共44页。核素原子核内质子数相等的一类核，称为元素element11H、21H、31H;9943Tc、99m43Tc。核素：是原子核内质子数相同、中子数相同、能量状态一致的一类核。核素是元素的基本单位。同质异能素isomer：是质子数相同，中子数相同，能量状态不一致的核素。同位素isotope：是质子数相等，中子数不同，能量状态不一致的核素。13第十三页，共44页。放射性核素和稳定性核素放射性核素radioactivenuclide：自主发生核结构或能量状态改变，生成另一种核素，释放某种粒子的核素稳定性核素stablenuclide：不具有自主发生核衰变或者发生几率极小的核素。衰变几率——半衰期半衰期＞1，000，000，000，000，000年14第十四页，共44页。核衰变α衰变-释放α粒子的衰变通式：AZX——A-4Z-2Y+42He+Q

母核子核α粒子聚变能

α粒子速度约为光速1/10，空气中射程3-8厘米，在水中和机体中只有0.06-0.16mm，穿透力弱，射程短β衰变-释放或捕获电子的核衰变_通式：AZX——AZ±1Y+0±1e+Q+v（v）

母核子核β粒子聚变能正反中微子β-粒子穿透能力教α粒子强，射程长，但电离能力弱，能被铝箔或组织吸收。反中微子：电中性，质量比电子小的基本粒子15第十五页，共44页。电子俘获electroncapture：当核内中子数相对不足时，还可以从原子核外最内层（K层）的轨道上俘获一个电子进入核内，使核内一个质子转化为中子，发生p+e—n+v的转变，达到稳定的核结构γ衰变：处在激发状态的子核，撤退到基态，多余的能量以γ光子形式释放。在γ衰变的过程中，子核的Z和A均不变，称为同质异能跃迁，简称γ跃迁γ衰变通式：

AmZX——AZX+hγ激发态母核基态子核光子（γ射线）γ射线是从原子内核释放的波长短，频率高的电离辐射，穿透能力强，电离能力强16第十六页，共44页。131I的物理特性131I发射β和γ射线物理半衰期8.04天γ射线能量0.364Mevγ射线射程几米β射线能量0.61Mevβ射线在组织内射程2-4mm17第十七页，共44页。α、β、γ三种射线本质α射线：带正电荷的高速运动粒子流，电量2e+，质量4amu，氦原子核，质量重很容易被物质吸收β射线：高速运动电子流，可以穿透几毫米铝板，电离能力强γ射线：一种光子流，本质属于电磁波，性质接近x射线，具有极强穿透力，无直接电离能力18第十八页，共44页。放射性衰变基本规律

衰变常数与衰变公式每个原子核的衰变是独立的，但是由多个核组成的放射性物质，核衰变却表现出一定的规律：衰变时间和衰变的原子核数目成正相关∆N/∆t=-λNλ是比例常数，称为衰变常数decayconstant，物理学意义单位时间内核的衰变几率。每种放射性核素都具有固定常数半衰期t1/2：放射性原子核数因衰变而减少一半所经历的时间λ=0.693/T1/219第十九页，共44页。放射性衰变基本规律放射线活度：单位时间内放射性原子核衰变的核数，用I表示。（物理量）放射性比活度：单位化学质量的放射性物质所具有的放射性活度，用S表示。（化学量）放射性浓度：单位体积的放射性物质所具有的放射性活度，用C表示（液态放射性物质）※放射性活度单位，贝克勒尔（Becquerel，Bq）。1Bq为每秒发生一次核衰变。旧制单位，居里（Ci）。每秒发生3.7*1010次核衰变：1Ci=3.7*1010Bq37GBq1mCi=3.7*107Bq=37MBq1μCi=3.7*104Bq=37kBq20第二十页，共44页。放射量校正核衰变导致放射性物质随着时间的流逝而逐渐减少，放射性物质在使用时必须校正放射量，与放射性活度。21第二十一页，共44页。射线与物质的相互作用带电粒子与物质的相互作用带单粒子进入物质后，因有自身的库仑电场，电场间的作用产生能量转化。主要的效应有：激发：带电粒子与外层电子作用，因静电产生加速作用，电子在轨道上发生跃迁，从低能到高能，使原子从基态达到激发态。放射性探测器电离：因库仑力的静电作用，使的外层电子加速，脱离轨道，成为自由电子。散射：因库仑力的静电作用，带电粒子改变运动方向和能量轫致辐射bremsstrahlungradiation：高速β粒子通过原子核附近时，因库仑力的减速，将部分或者全部动能转化为电磁辐射。22第二十二页，共44页。轫致辐射

bremsstrahlungradiation带电粒子的能量越大，产生轫致辐射的几率越大；（32P＞14C＞3H）轫致辐射的产生与物质的Z2成正比；轫致辐射的产生与带电粒子的m2成反比。

23第二十三页，共44页。24第二十四页，共44页。32P敷贴治疗

32P关节腔注射，真红细胞增多症25第二十五页，共44页。契伦科夫辐射Cerenkovradiation：高能β粒子入射折射率较大的透明介质时，若其在该介质中的运动速度v＞c/n（c为光在真空中的速度，n为介质的折射率），则在β粒子经过的径迹上，将沿一定方向发射出近紫外光波长的微弱可见光。契伦科夫辐射并非介质中运动的粒子（或物体）本身发出的辐射，而是介质中的极化电流发出的。在粒子物理学中契伦科夫辐射是一项非常重要的研究手段。例如Belle实验的契伦科夫计数器，以与研究微中子震荡的超级神冈探测器，都是目前运作中的实际应用。湮灭辐射annihilationradiation：β粒子与物质相互作用而能量耗尽时，将于物质中的自由电子结合，正负电荷抵消，转化为两个方向相反、能量各为0.511MeV的γ光子。吸收：带电粒子产生作用后，能量逐渐消耗至全部消失，粒子运行停止，和周围物质发生作用，不复存在。26第二十六页，共44页。射线与物质的相互作用γ射线与物质的相互作用光电效应photoelectriceffect：当γ射线入射物质与其原子核外电子碰撞时，将全部能量传递给该电子，获得能量的电子摆脱原子核的束缚变成自由电子，称为光电子，而γ射线因失去全部能量而消失。(电离：带电粒子，因库仑力的静电作用，使的外层电子加速，脱离轨道，成为自由电子。)光电效应的发生几率与物质原子序数四次方（Z4）成正比；与射线能量三次方（E3）成反比。低能γ射线入射高Z物质，光电效应发生几率最大。光电效应最重要的应用——防护27第二十七页，共44页。28第二十八页，共44页。29第二十九页，共44页。γ射线与物质相互作用康普顿效应comptoneffect：高能量γ射线入射物质，与核外电子（外层轨道）发生非弹性碰撞，一部分能量传递给电子，使成为自由电子（康普顿电子），而γ射线仍有剩余能量在物质内改变运动方向。30第三十页，共44页。γ射线与物质的相互作用电子对效应（电子对生成）：当大于1.022MeV的γ射线入射物质后，γ射线受到原子核的核力场作用转化为一对正负电子，而γ射线消失，多余的能量作为电子对的动能。产生的正负电子在物质中发生激发和电离而消耗能量，当正电子能量耗尽时，立即与物质中一个负电子结合，发出能量相等方向相反的一对光子，即正电子湮没辐射。（pet/ct）31第三十一页，共44页。γ射线与物质的相互作用γ射线的吸收由于γ射线与物质的相互作用产生光电效应、康普顿效应、电子对生成而导致γ射线能量减弱的现象。γ射线与物质作用的三种效应比较γ射线与物质光电效应康普顿效应电子对生成γ射线能量低能＜0.06MeV中能0.2-2.0MeV高能＞2.0MeV作用物质原子序数高低高物质的密度高高高作用发生部位内电子层轨道外电子层轨道核附近效应产生结果一个光子电子空位填补而发射X线一个反冲电子一个散射光子一个负电子一个正电子进而湮灭出两个次级光子32第三十二页，共44页。电离辐射防护基本知识辐射生物效应：电离辐射的能量传递给生物机体后所引起的变化和反应一，辐射生物效应发生机制原发作用：1，直接原发作用（电离辐射直接作用生物活性分子，引起损伤）：2，间接原发作用（通过水的原发副产物对生物大分子的作用）。继发作用：在生物大分子损伤基础上，代谢改变，细胞结构功能破坏，导致组织，器官病变。二，辐射生物效应分类根据生物效应后果：1，躯体效应（受照射者本身）；2，遗传效应。根据症状出现时间：1，急性效应（近期效应）；2，慢性效应（远期效应）。根据辐射防护角度：1，随机效应；2，确定性效应。33第三十三页，共44页。电离辐射防护基本知识随机效应（stochasticeffect):辐射发生几率与辐射剂量成正比，严重程度与剂量无关，且无阈值的辐射效应。比如：遗传效应、致癌效应确定性效应（deterministiceffect):辐射效应发生的严重程度与辐射剂量大小成正比、具有剂量阈值的效应。比如：皮肤损伤、造血功能障碍、生育能力下降和白内障。34第三十四页，共44页。电离辐射防护基本知识影响辐射生物效应的主要因素一，与辐射有关的因素1，射线种类-电离能力2，吸收剂量与吸收剂量率-单位时间机体接受照射剂量3，照射条件：照射方式、照射部位、照射范围和分次照射。二，与机体有关的因素1，生物种系2，生物个体3，组织细胞以与组织细胞内环境35第三十五页，共44页。电离辐射防护基本知识常用辐射量当量剂量（equivalentdose，HT):按辐射的质加权后，某一组织或器官的吸收剂量。衡量不同辐射对机体危害程度的物理量。SI=J*kg-1，专名为希沃特Sievert，简称希伏Sv，与旧制单位rem换算关系为1Sv=100rem。有效剂量effectivedose：在全身均匀照射的情况下，人体各组织或器官的当量剂量与相应的组织权重因数乘积的和，用E表示。组织或器官组织权重因数（WT）性腺——0.2；红骨髓——0.12；结肠——0.12；肺——0.12；膀胱——0.05；乳腺——0.05；甲状腺——0.05；皮肤——0.01；骨表面——0.0136第三十六页，共44页。电离辐射防护基本知识常用辐射量照射量（exposure)：在质量为dm的空气中，X线或γ线释放的全部次级电子被空气完全阻止时，所形成的同种符号离子的总电荷绝对值为dQ，dQ除以dm的值，称为照射量，用X表示，国际制单位(SI)C*kg-1，旧制单位伦琴(R)的换算关系：1C*kg-1=3.876*103R照射量率(exposurerate):单位时间内的照射量。SI=C*(kg*s）-1吸收剂量（absorbeddose）：单位质量物质吸收任何电离辐射的平均能量。用D表示，SI=J*kg-1，符号为Gy，1Gy=1J*kg-1，旧制单位rad，1Gy=100rad。吸收剂量率：单位时间吸收剂量，SI=Gy*s-137第三十七页，共44页。电离辐射防护基本知识放射卫生防护一，放射卫生防护基本法规放射防护基本原则实践的正当化;防护的最优化;个人剂量限值剂量限值:受控实践使个人受到的有效剂量或当量剂量不得超过的值，限制随机效应发生的几率。剂量限值体系：基本限值：年有效剂量限值、器官或组织的年当量剂量限值和次级限值；导出限值：应实际工作需要，由基本限值推导出的限值管理限值：参考水平：38第三十八页，共44页。电离辐射防护基本知识外照射防护（γ、X、硬β和中子源等射线）控制放射源的质和量控制受