第一章核射线及其与物质的相互作用

第一章核射线及其与物质的相互作用§1-1核物理基本知识一、原子与原子核：1、原子核结构：质子（Proton）；中子（Neutron）

AZX，AX2、原子的能量状态(1)基态；(2)激发态

３、原子核的能量状态基态：原子核处于能量最低的状态；激发态：原子核处于能量较高的状态。二、核素、同位素、同质异能素1.核素(nuclide)：凡原子核内质子数、中子数和核能态均相同的一类原子称为一类核素。

2.同位素(isotope)：凡核内质子数相同、而中子数不同的一类原子，彼此互称同位素。3.同质异能素(isomer)：核内质子数和中子数均相同，但核能态不同的核素。如：99mTc、99Tc三、稳定性核素与放射性核素1.

稳定性核素(stablenuclide)2.放射性核素(radionuclide)3.核衰变(nucleardecay)4.放射性核素原子核不稳定的因素（1）中子质子比例不平衡；主要发生β衰变（2）Z＞83，均为放射性核素（３）原子核处于激发态，如：99mTc四、质量亏损与衰变能1、放射性核素衰变前后的静止质量总是有差异的，衰变产物的全部质量小于放射性核素母体的质量，所有核衰变都存在质量亏损，这种质量亏损转化为能量，这种能量成为衰变能（decayenergy）。微观粒子的质量单位称为原子质量单位，以amu或u表示。1amu=1.6606X10-27kg核物理中的能量单位：eV1eV表示一个电子在真空中通过电势差为一伏特的电场时所获得的能量。常用单位KeV、MeV等1eV=1.6021892X10-19J质量为1amu的物质转化为相应的能量为931.478MeV，例如3H经过β-衰变形成3He，衰变前后的质量亏损为2.0X10-5amu，衰变能：2.0X10-5（amu）X931.478（MeV）=0.01862MeV衰变能的去向：为核衰变时发射的α、β+、β-粒子提供动能；使衰变后的核处于激发态，等等。§1-2核衰变方式（一）α衰变(alphadecay)α衰变主要发生在Z＞82的核素。变化通式：

AZX→A-4Z-2Y+42He+Q22688Ra衰变式如下：

22688Ra→22286Rn+42He+4.86Mev

α粒子的特点及应用（二）β-衰变(β-decay)

核衰变时放射出β-粒子，因核内中子过多所致变化通式：AZX→AZ+1Y+β-+

+Q

3215P衰变式如下：3215P→3216S+0-1e++1.711Mevβ-粒子的特点及应用图1－2β-衰变模式图（三）β+衰变(β+decay)核衰变时放射出β+粒子，核内中子过缺变化通式：AZX→AZ-1Y+β++υ+Q137N衰变式如下：137N→136C+β++υ+1.190Mev

β+粒子的特点及应用图1－3β+衰变模式图（四）、电子俘获

(electroncapturedecay,EC)母核在衰变时由核外捕获一个电子，使核内一个质子变成中子，同时伴有一个中微子放出。变化通式：AZX+-e→AZ-1Y+υ+Q12553I衰变式：

12553I+-e→12552Te(碲)+υ+0.0355Mev

（五）γ衰变(gammadecay)（1）同质异能跃迁(isomerictransition)：变化式：AmZX→AZY+γ99m43Tc(锝)衰变式9942MO→99m43TC→9943TC+γ（2）、内转换(internalconversion)

§1-3放射性衰变的基本规律1.衰变公式N=Noe-λt

2、半衰期物理半衰期(T1/2)：放射性核素由于核衰变,其数目或活度减少到原来一半所需的时间,用T1/2表示。生物半衰期(Tb)、

有效半衰期(Te)

3、放射性活度及其单位

（1）、放射性活度（A）放射性核素在单位时间内发生的核衰变数，简称活度。A=dN/dt根据核衰变规律公式及放射性活度定义A与N成正比关系可写成下式：A=Aoe-λt

λT1/2=0.693（2）放射性活度的单位放射性活度的单位是贝可勒尔(Bequeral)，简称贝可，符号是Bq，单位是秒-1(s-1)，1Bq表示每秒发生一次核衰变。其派生单位有KBq、MBq等。旧单位居里(Ci)1Ci=3.7X1010Bq4.放射性比活度（又称为比放射性活度或比放射性）：指单位质量或容积的放射性制剂中的放射性活度，单位是Bq/mg、Bq/mmol、Bq/ml。

§1-4射线与物质的相互作用

一、带电粒子与物质的相互作用1.电离(ionization)它是某些放射性探测器工作的原理，也是电离辐射的主要机制。电离密度

(ionizationdensity)电离密度与带电粒子速度负相关，与带电粒子的荷电量及物质的密度正相关。2.激发(excitation)退激时，获得的能量以光能或热能的形式释出。它是某些放射性探测器工作的原理，也是放射线引起物理、化学和生物学效应的机制之一。3.散射（scattering）4.韧致辐射（Bremsstrahlung）高速运动的带电粒子（主要是β-粒子）经过物质原子核附近时，受到原子核库仑场作用而急剧减速，其部分或全部动能可转变为连续的电磁辐射，称为韧致辐射。其发生的几率与β-粒子的能量及介质的原子序数的平方成正比。

5.湮没辐射β+粒子通过物质时，其动能完全消失后，可与物质中的自由电子相结合而转化为一对发射方向相反、能量各为0．5llMeV的γ光子。这种现象称为湮没辐射（anhihilatiohradiation）6.契伦科夫辐射（Cerenkovradiation）7.吸收与射程

二、γ射线与物质的相互作用1.光电效应(photoelectriceffect)2.康普顿一吴有训效应(Compton-Wueffect)3.电子对生成效应(pairproduction)

三、中子与物质的相互作用1、弹性散射2、核反应1）与轻原子核形成复合核2）使重核分裂§3-1常用辐射量及其单位一、照射量X(exposure)：定义是：x或γ射线在质量为dm的空气中与原子核相互作用，释放出来的全部次级电子完全被阻止时，所产生的同一种符号的离子总电荷的绝对值dQ与dm之比，即X=dQ/dm。照射量的SI单位为库仑·千克-1(C·Kg-1)照射量率二、吸收剂量D(absorbeddose)每单位质量(dm)被照射物质吸收任何电离辐射的平均能量dE，用D表示：即D=dE/dm

吸收剂量的SI单位为戈瑞，符号Gy，1Gy=1J·kg-1吸收剂量率：指单位时间内的吸收剂量。单位是Gy·S-1

剂量—损伤效应三、当量剂量H（doseequivalent）当吸收剂量相同时，不同的辐射类型可能会导致不同的辐射效应，因此有必要对吸收剂量进行与辐射类型相关的修正，有：HT·R=WR·DT·R式中DT·R是辐射R在组织中产生的平均吸收剂量，WR是辐射权重因子。

当量剂量的SI单位：焦耳·千克(J·Kg-1)，SI专用名称为Sv（希沃特）随机效应的概率不仅取决于吸收剂量,也取决于辐射的种类与能量,这个与辐射的“质”有关的加权因子称为辐射权重因子WR。WR代表该辐射在小剂量诱发随机效应的RBE值。如：α射线:20中子：5γ射线：1当量剂量只限用于放射防护，用来衡量在小剂量时的辐射危险度。确定性效应的剂量阈值

（一次照射中组织受到的总当量剂量）器官和组织确定性效应总当量剂量（Sv）睾丸暂时不育0.15永久不育3.5—6.0卵巢永久不育2.5—6.0眼晶体可查出的浑浊0.5—2.0白内障5.0骨髓造血机能低下0.5致死性再生不良1.5在当量剂量相同时，受照组织的不同可能会导致不同的辐射危害，因此要对当量剂量进行与组织类型相关的修正，有：

式中WT表示组织权重因子，HT是辐射R在某一组织或器官中产生的当量剂量

SI单位是焦耳·千克-1(J·Kg-1)。专名为希沃特，符号Sv

四、有效剂量（E）不同电离辐射作用于全身或部分组织器官，当其产生的随机危害相同时，应当具有相等数值的有效剂量。有效剂量是用剂量的尺度表示随机性效应的概率。当量剂量与有效剂量是放射防护的专用量，用于粗略地评价辐射危险。它们只能