放射卫生学重点绪论核医学与放射防护的基础知识

RadiologicalHealth（Radioprotection）

放射卫生学（辐射防护）TheSchoolofPublicHealth,SoutheastUniversityTang,Meng东南大学公共卫生学院唐mob.o)InternationalConferenceonthePROTECTIONOFTHEENVIRONMENTFROMTHEEFFECTSOFIONIZINGRADIATIONStockholm,Sweden6-10October2003OrganizedbytheIAEAInco-operationwithUNSCEAR,theECandtheIURHostedbytheGovernmentofSwedenthroughtheSwedishRadiationProtectionAuthorityInternationalConferenceontheInternationalAtomicEnergyAgencyOrganizedbytheIAEAInco-operationwithUNSCEAR,theECandtheIURHostedbytheGovernmentofAustriathroughtheAustrianRadiationProtectionAuthorityVienna,Austria6-7May2004绪论核医学与放射防护的基础知识核医学的发展史（1）1934年EnricoFermi发明核反应堆，生产第一个碘的放射性同位素。1936年JohnLawrence首先用32P治疗白血病，这是人工放射性同位素治疗疾病的开始。1937年Herz首先在兔进行碘[128I]半衰期（半衰期T1/225分）的甲状腺试验，以后被131I（8.4天）替代。1942年JosephHamilton首先应用131I测定甲状腺功能和治疗甲状腺功能亢进症

1943年至1946年用131I治疗甲状腺癌转移核医学发展史（2）1946年7月14日，美国宣布放射性同位素可以进行临床应用，开创了核医学的新纪元1951年BenedictCassen发明线性扫描机1958年HalO.Anger发明Anger照相机1959年SolomonA.Berson和RosalynS.Yalow发明放射免疫分析等对影像核医学和体外测定的发展都起到了很大的推动作用50年代，钼[99Mo]-锝[99mTc](99Mo-99mTc)发生器的出现70年代单光子断层仪的应用和80年代后期正电子断层仪进入临床应用，使影像核医学在临床医学中的地位有了显著提高

原子核一、核的组成二、原子核的能级分子和原子的概念分子：分子是保持物质化学性质的最小粒子。原子：原子是化学变化中的最小粒子。原子与分子的主要区别在于分子在化学反应里可“分”，原子在化学反应里不可“分”。原子的内部结构原子的内部结构

原子核（质子+中子）原子（带正电）（不带电）核外电子（带负电）关于于原原子子要要注注意意的的几几个个问问题题（1）原原子子核核所所带带电电量量和和核核外外电电子子的的电电量量相相等等，，但但电电性性相相反反，，因因此此整整个个原原子子不不显显电电性性。。故故核核电电荷荷数数＝＝质质子子数数＝＝核核外外电电子子数数。。（2）电电子子的的质质量量很很小小，，只只相相当当于于质质子子或或中中子子质质量量的的1/1836，所所以以原原子子的的质质量量主主要要集集中中在在原原子子核核上上，，故故相相对对原原子子质质量量≈≈质质子子数数＋＋中中子子数数。。一、、核核的的组组成成原子子核核(atomicnucleus)：由由两两种种质质量量几几乎乎相相等等的的基基本本粒粒子子－－质质子子(Ｐ)和中中子子(Ｎ)组成成,质子子和和中中子子统统称称为为核核子子。。原子子核核的的结结构构及及相相互互关关系系二、、原原子子核核的的能能级级一般般情情况况下下最低能量状态态（稳态）放射性核素衰衰变高高能量状态态（激发态））或高能粒子轰轰击第一节核物物理基本知识识一、元素、核核素、同位素素和同质异能能素二、放射性核核素与核衰变变三、放射性衰衰变规律四、电离辐射射与物质的相相互作用（一）元素(Element)元素：凡质子数相相同的原子称称为一种元素素，它们的原子序数相同，因此具具有相同的化化学特性，是是组成不同物物质的基本单单位。但其原原子核中的中中子数可以不不同，因而物物理特性可有有某些差异。。目前，人们已已发现的元素素有109种，其中原子子序数为61，95~109为人造元素。。（二）核素(Nuclide)核素：不仅质子数相相同，而且中中子数也相同同，因而质量量数相同，并并处于同一能能量状态的原原子，称为一一种核素。每种元素可以以包括若干种种核素，目前前已知的核素素有2300多种,分别属于100多种元素。核数的表示方方法如下：X是元素符号,Z表示质子数目目（即原子序序数）,A表示核子数。。上右图某些核核素左上角质质量数之后加加m，表示该核素处处于激发态，，如99mTc（三）同位素素(Isotope)同位素：凡属于同一种种元素的不同同核素，它们们在元素周期期表中处于相相同的位置，，质子数相同同而中子数不不同，称为元元素的同位素素。（四）同质异异能素(Isomer)同质异能素：：核内中子数数和质子数都都相同但核所所处能态不同同的核素互为为同质异能素素。同质异能武器器----第三代、第四代武器----“伽玛弹”元素、核素、、同位素和同同质异能素的的异同点二、放射性核核素与核衰变变（一）稳定性核素和放射性核素（二）核衰变公式和衰变图三、放射性衰衰变规律（一）几个概概念（二）放射性性活度单位和和与质量的关关系衰变常数(λ)放射性核素在在单位时间内内衰变的原子子核数与当时时存有的原子子核总数成正正比,每一种放射核核素都有自己己固定的单位位时间内衰变变百分数,这个百分数叫叫做衰变常数数(λ),是放射性核素素的重要物理理特征参数。。放射性活度（（I）单位时间内原原子核衰变的的数量。物理半衰期（（T1/2）放射性活度随随时间按指数数规律减少，，其减少至一一半所需要的的时间称作物物理半衰期。。生物半排期（（Tb）指生物体内的的放射性核素素经由各种途途径（生物代代谢）从体内内排出一半所所需要的时间间。有效半减期（（Te）：指生物体内的的放射性核素素由于从体内内排出（生物物代谢）和物物理衰变（放放射性衰变））两个因素作作用,减少至原有放放射性活度的的一半所需要要的时间。放射性活度放射性活度(简称活度)过去惯称放射射性强度。现现用国际制单单位的专门名名称是贝可（（Bq），定义为每每秒一次衰变变。为了更好地表表示各种物质质中的放射性性核素含量,通常还采用比比活性及放射射性浓度这二二个参数。比活性：指单位质量量物质的放射射性活度,单位是Ｂq/g。放射性浓度：：为单位体积溶溶液内所含的的放射性活度度,单位是Ｂｑ/ｍl，亦有用单位位摩尔物质的的放射性活度度来描述比活活性的,单位是Ｂｑ/mol。贝可与居里之之间的关系四、电离辐射射与物质的相相互作用（一）带电粒粒子与物质的的相互作用（二）X、γ光子与物质的的相互作用（三）中子与与物质的相互互作用（一）带电粒粒子与物质的的相互作用1．电离作用2．激发作用3．散射作用4．韧致辐射5．湮没辐射6．吸收作用7、带电粒子的的射程电离作用是指射线使物物质中的原子子失去轨道电电子而形成正正负离子对,它是某些放射射性探测器测测量射线的物物理基础,又是射线引起起物理、化学学变化及生物物学效应的主主要机制。激发作用指射线使某些些原子的轨道道电子从低能能级跃迁至高高能级。当该该电子退激时时,能量以光子或或热能形式释释出。激发作用也是是一些放射性性探测器工作作的物理基础础,是射线引起物物理、化学变变化和生物学学效应的机制制之一。散射作用指带电粒子受受到物质原子子核库仑电场场作用而发生生方向偏折。。散射作用对对测量及防护护都有一定影影响。ß-粒子的质量远远小于粒子，，它引起物质质电离和激发发的同时，本本身有明显的的散射。韧致辐射ß-粒子在介质中中受到阻滞而而急剧减速时时能将部分能能量转化为电电磁辐射,即ｘ射线。在防护上值得得注意,即ß-粒子的吸收体体和屏蔽物应应采用低密度度材料,如有机玻璃、、铝等。湮没辐射当β+粒子与物质作作用,能量耗尽时和和物质中的自自由电子(e-)结合,正负电荷抵消消,两个电子的静静止质量转化化为两个方闽闽相反、能量量各为0.511ＭeV的γ光子而自身消消失,这叫做湮没辐辐射或光化辐辐射。吸收作用射线使物质的的原子发生电电离和激发的的过程使射线线的能量逐渐渐消耗,当能量全部耗耗尽,该射线则不再再存在,称作被吸收。。带电粒子的射射程带电粒子在物物质中沿着最最初入射方向向所能穿行的的最大直线距距离称为带电电粒子的射程程。（二）X、γ光子与物质的的相互作用γ光子引起初级级电离的机制制主要有以下下三种：1．光电效应2．康普顿效应应3．电子对生成成效应光电效应γ光子与物质原原子相撞时,其能量全部交交给原子的一一个轨道电子子(主要是内层)使之脱离原子子而释放出来来,此电子称作光光电子,这种现象称作作光电效应,γ光子在此过程程中消失。康普顿效应入射γ光子仅将一部部分能量传递递给核外电子子使之释出而而本身则发生生散射,这种现象称作作康普顿效应应,释放出的电子子称作康普顿顿电子,入射γ光子经散射后后称为康普顿顿散射光子。。电子对生成效效应当γ光子能量>1.02Ｍｅｖ时,其中1.02ＭｅＶ的能量量在物质原子子核电场作用用下转化为一一对正负电子子,是为电子对生生成。余下的的能量变成电电子对的动能能。（三）中子与与物质的相互互作用中子不带电荷荷,不能直接引起起电离,但中子可以与与物质原子核核碰撞,使原子核受到到反冲而运动动,这种反冲核可可引起物质的的电离作用（（弹性散射））。中子也可可能直接进入入物质原子核核而使之发生生反应（核反反应）。第二节电离离辐射量与单单位一、照射量和和照射量率二、吸收剂量量及吸收剂量量率三、剂量当量量和剂量当量量率四、照射量与与吸收剂量的的关系（了解解）五、有效剂量量当量和集体体剂量当量照射量（X）1．照射量（X）是表示中中等能量的γ光子或ｘ射线线在空气中致致电离能力的的物理量。2．照射量率()单位时间内的的照射量称照照射量率。照射量和照射射量率二、吸收剂量量及吸收剂量量率1．吸收剂量（（D）适用于各各种类型的电电离辐射,它表示物质吸吸收射线能量量的电离辐射射量。2．吸收剂量率率()单位时间内的的吸收剂量称称吸收剂量率率。吸收剂量及吸吸收剂量率三、剂量当量量和剂量当量量率剂量当量（H）是在吸收收剂量的基础础上考虑刭生生物学效应的的不同而设置置的一种电离离辐射量,它是直接反映映各种射线被被吸收后引起起的生物学效效应强弱的电电离辐射量。。剂量当量实实为经过适当当修正后的吸吸收剂量。剂量当量率()指单位时间内内的剂量当量量剂量当量单位位国际制单单位是希沃特特(Ｓｖ),旧的专用单位位为雷姆(ｒｅｍ)1Sｖ=ｌＪ·ｋｇ-ｌ=100rem剂量当量率单单位为Ｓｖ·ｓ-ｌ或ｒｅｍ·ｓ-ｌ。五、有效剂量量当量有效剂量当量量（HE）当所考虑虑的效应是随随机效应时,在全身受到非非均匀照射的的情况下,受到危险的各各组织或器官官的剂量当量量与相应的权权重因子乘积积的总和为有有效剂量当量量。ＩＣＲＰ建议议,HE全限为50ｍSv·ｙ-ｌ(即5ｒｅｍ·ｙ-ｌ).五、集体剂量量当量集体剂量当量量（S）由于辐射的的随机性效应应,仅以一定的几几率发生在某某些个体身上上,并非受到照射射的每个人都都会发生,因此要评价群群体所受到的的辐射危害以以采用集体剂剂量当量(S)更有实际意义义。集体剂量当量量的单位是“men·Sv”或“men·rem”集体剂量当量量是一个广义义量,可用于全世界界居民,或一个群体乃乃至一个个人人。第三节辐辐射测量仪器器基本原理：将辐射与物质质的相互作用用的各种效应应（辐射量））转化为其它它可以观测的的物理量。①辐射探测器，1、从构成分：：②核电子仪器分类①放射性测量量仪：鉴别辐射粒子子的种类（α、β、γ），2、按测量目的的分测量辐射粒子子的数目或数数率，测量辐射粒子子能量或能谱谱②剂量测量仪仪：测量照射量或或照射量率，，测量吸收量或或吸收量率一、辐射探测测器（探头））（一）盖革—弥勒（GM）计数管和正比比计数管G-M计数管与正比比计数管的区区别：G-M计数管不不能区别粒子子能量区别正比计数管产产生的电电脉冲的幅度度与入射粒子子能量成正比比（二）闪烁计数器（闪烁探头））组成：闪烁体+光电倍增管功能：①计数粒子数数目，②依脉脉冲幅度区别别粒子能量（三）半导体体探测器P—N结合型半导体体探测器P(positivepole)N(nagitivepole)二、通用核电电子仪器常用的三种核核电子仪器：：自动定标器；；计数率仪；脉冲高度分析析器；通用核电子仪仪器（一）定标器是一种主要用用于记录电脉脉冲数目的核核电子仪器组成：高压稳稳压电源、脉脉冲放大器、、脉冲甄别器器、计数器、、定时器（二）计数率率仪是一种直接指指示单位时间间内的平均脉脉冲数的仪器器（三）脉冲幅度分析析器是一种把不同同幅度的输入入电压脉冲加加以甄别分组组，并按不同同高度范围，，分组加以记记录的仪器。。γ闪烁计数器（（γscintillationcounter）液体闪烁计数数器（liquidscintillationcountetr）放射性活度计计脏器功能测定定仪脏器显像仪器器其它三、核医学专专用辐射仪器器四、防护监测测仪器（一）场所剂剂量监测仪(二)个人剂量监测测仪（三）表面污污染监测仪（一）场所剂量监测测仪固定按形式分电电离室型型巡测仪便携1、类型闪闪烁烁体型巡测仪仪电离室型较较准按探头分计计数管型轻轻便、经经济闪烁体型灵灵敏2、功能：测工工作场所X、γ射线3、读数表示法法：mR/h、mrad/h(二)个人剂量监测测仪1、电离室型个人人剂量监测仪仪（个人剂量笔）直读 可目目测读数类型非直读须须专门门仪器测笔上上的残留电荷荷2、胶片剂量仪仪（黑度计））特点：体小、、结实、价廉廉、记录可永永久保存3、热释光剂量仪仪特点：灵敏度度高、量程范范围宽、可重重复使用、可可以多种形式式在多种条件件使用适用：个人、、工作场所、、环境4、玻璃剂量仪优点：量程宽宽、性能稳、、重复性好、、可重复使用用缺点：对清洁洁度要求高、、对环境湿度度要求高5、几种个人剂剂量仪性能比比较（表1-5）（三）表面污污染监测仪1、功能：测工工作场所的工工作面、衣服服、手脚脚等表面面污染水平2、类型：便携携式、固定式式3、读数：粒子子数/分（cpm）4、特点：带有有超限值报警警信号。*63ThankYou!反应堆堆最早的的扫描描机最早的的伽玛玛相机机最早的的摄碘碘试验验钼[99Mo]-锝[99mTc](99Mo-99mTc)发生器器稳定性性核素素稳定性性核素素：当核核内中子和质子子数保保持一一定比比例时时,两种力力量平平衡,若没有有外来来因素素(如高能能粒子子的轰轰击)，不会会发生生核内内成分分或能能级的的变化化,这种核核素称称为稳稳定性性核素素。目前已已发现现的2000多种核核数中中，只只有274种是稳稳定性性核素素，属属于81种元素素，1700多种属属于不不稳定定性核核素。。原子核核内核核子之之间存存在一一种强强大的的引力力,称为核核力(nuclearforce)。引力短短程力力斥力长长程力力原子核核能否否稳定定，取取决于于以上上两种种内在在力量量是否否平衡衡。不稳定定性核核素(放射性性核素素)核内质质子数数不变变，中中子数数增加加或减减少都都会使使斥力力大于于引力力，此此时原原子核核乃处处于不不稳定定状态态，需需通过过核内内结构构或能能级调调整才才能趋趋于稳稳定，，这种种核素素称作作不稳稳定性性核素素。这这种核核内结结构或或能级级的调调整称称为核核衰变变。核核衰变变的同同时,将释放放出一一种或或一种种以上上的射射线，，这种种性质质叫做做放射射性。。因此此，不不稳定定核素素又称称作放放射性性核素素。核衰变变公式式和衰衰变图图1．α衰变2．β-衰变3．β+衰变4．电子子俘获获（EC）5．γ跃迁与与同质质异能能跃迁迁6．自裂裂变三种射射线的的比较较αββγγ带电电电子流流电电子流流γ光流能谱单单能连连续续能谱谱单单能能射程（（空空气））3~4cm10~20cm无限大大电离能能力（（空气气）1万~7万对/cm60~7千对/cm很小穿透力力弱弱中中大大内照射射危害害大大中中小小外照射射危害害无无中中大大α衰变每次衰衰变释释放出出一个个α粒子(He)，母核核失去去二个个质子子和二二个中中子，，子核核原子子序数数减少少2，质量量数减减少4。这一一过程程也释释放出出衰变变能(Q)。β-衰变主要发发生于于富中中子核核素。。核中中一个个中子子转化化为质质子，，同时时放出出一个个负电电子(ｅ-；来自自核的的负电电子称称β粒子)和一个个反中中微子子（V）。故故子核核原子子序数数增加加1，质量量数未未变。。β+衰变主要发发生于于贫中中子核核素。。核中中一个个质子子转化化为中中子，，同时