核医学的核物理基础

核医学的核物理基础第一页，共二十七页，2022年，8月28日原子核中子质子电子+++第一节原子的基本结构第二页，共二十七页，2022年，8月28日核素：具有特定质量数、原子序数与核能态，其平均寿命长得足以被观测的一类原子称为核素。核素及符号表示核素质子数中子数质量数符号氦-42244He碳-12661212C碳-13671313C碳-14681414C稳定核素原子核稳定，不会自发衰变的核素称为稳定核素。放射性核素原子核处于不稳定状态，需通过核内结构或能级调整才能趋于稳定的核素,称为放射性核素（radionuclide）。第三页，共二十七页，2022年，8月28日定义：具有相同原子序数，但质量数不同的核素互为同位素。即质子数相同而中子数不同的核素。同位素图2-2

氕、氘、氚互为同位素第四页，共二十七页，2022年，8月28日同质异能素定义：具有相同质量数和原子序数，处于不同核能态的一类核素称同质异能素。基态的原子和激发态的原子互为同质异能素(isomer)。同质异能素第五页，共二十七页，2022年，8月28日

氚发生β-衰变，衰变为氦

第二节核衰变定义：放射性核素由于核内结构或能级调整，自发地释放出一种或一种以上的射线并转化为另一种核素的过程,称为核衰变(nucleardecay)。第六页，共二十七页，2022年，8月28日衰变一、核衰变的类型定义：衰变时放射出粒子的衰变称衰变(decay)。衰变发生于原子序数>82的核素。

+

+Q

第七页，共二十七页，2022年，8月28日-衰变定义：释放出-粒子的衰变称-衰变(-decay)。

-衰变发生于富中子核素，实质上是原子核的一个中子转化为质子。第八页，共二十七页，2022年，8月28日+衰变定义：释放出＋粒子的衰变方式称为＋衰变(＋decay)。＋衰变发生于贫中子核素，实质上是原子核的一个质子转化为中子。

第九页，共二十七页，2022年，8月28日电子俘获定义：电子俘获(electroncapture)是指原子核从核外俘获一个轨道电子。电子俘获也发生在贫中子核素，由于核内中子相对不足而从核外内层的电子轨道上俘获一个电子，使其一个质子转化为中子。第十页，共二十七页，2022年，8月28日γ衰变和内转换定义：原子核由激发态向基态或由高能态向低能态跃迁时，放出射线的衰变过程称为衰变(decay)。原子核的激发能也可以直接传递给核外的内层电子，使之脱离轨道成为自由电子，这一过程称为内转换(internalconversion)。第十一页，共二十七页，2022年，8月28日核衰变的基本定律二、核衰变规律放射性原子数或放射性活度随时间呈指数规律减少。Nt=N0e-t

或At=A0e-t

衰变常数放射性核素在单位时间内衰变的概率。是反映放射性核素衰变速度的物理量，是放射性核素的一个重要特征参数。衰变常数越大，放射性核素衰变速度越大。用λ表示。单位：h-1,min-1,s-1。第十二页，共二十七页，2022年，8月28日

99Tcm的衰变曲线第十三页，共二十七页，2022年，8月28日半衰期物理半衰期(physicalhalflife)指放射性核素减少一半所需要的时间。是放射性核素的一个重要特征参数。物理半衰期越短表明放射性核素衰变越快。用T1/2表示。单位：h,min,s。

物理半衰期第十四页，共二十七页，2022年，8月28日生物半衰期（biologicalhalflife）指生物体内的放射性核素经各种途径从体内排出一半所需要的时间。用Tb表示。单位：h,min,s。

生物半衰期第十五页，共二十七页，2022年，8月28日有效半减期（effectivehalflife）指生物体内的放射性核素由于从体内排出和物理衰变两个因素作用，减少至原有放射性活度的一半所需的时间。

用Teff表示。单位：h,min,s。

有效半衰期Teff=T1/2∙Tb/(T1/2+Tb)第十六页，共二十七页，2022年，8月28日放射性活度定义：一定量的放射性核素在一个很短的时间间隔内发生的核衰变数除以该时间间隔。简称活度(radioactivity)。即单位时间内原子核的衰变数量。A=dN/dt国际制单位：Bq（贝克），KBq（103Bq），MBq（106Bq），GBq（109Bq）旧的专用单位：Ci（居里），mCi（10－3Ci），Ci（10－6Ci）1Bq=1s-1

1Ci=3.7×1010Bq第十七页，共二十七页，2022年，8月28日第三节射线与物质的相互作用

一、带电粒子与物质的相互作用电离作用定义：凡原子或原子团由于失去电子或得到电子而变成离子的过程称为电离（ionization）。第十八页，共二十七页，2022年，8月28日电离密度(ionization

density)单位路径上形成离子对的数目称为电离密度或比电离。电离密度与带电粒子的电量、速度以及物质密度有关。激发作用定义：如果核外电子获得的能量不足以使其形成自由电子，只能由能量较低的轨道跃迁到能量较高的轨道，使整个原子处于能量较高的激发态，称为激发(excitation)。激发的原子不稳定，退激后可释放出光子或热量。第十九页，共二十七页，2022年，8月28日散射

定义：带电粒子与物质的原子核碰撞而改变运动方向和/或能量的过程称为散射(scattering)。仅运动方向改变而能量不变者称为弹性散射。运动方向和能量都发生变化者称为非弹性散射。散射作用强弱与带电粒子的质量有关，带电粒子的质量越大，散射作用越弱，所以粒子散射一般不明显，-粒子散射较为明显。第二十页，共二十七页，2022年，8月28日韧致辐射

定义：带电粒子受到物质原子核电场的作用，运动方向和速度都发生变化，能量减低，多余的能量以X射线的形式辐射出来，称为韧致辐射(bremsstrahlung)韧致辐射实际上是一种非弹性散射。第二十一页，共二十七页，2022年，8月28日湮灭辐射(annihilation

radiation)

定义：+衰变产生的正电子可在介质中运行一定距离，能量耗尽时和物质中的自由电子结合，两个电子的静止质量（相当于1022keV的能量）转化为两个方向相反、能量各为511keV的光子而自身消失，叫做湮灭辐射。第二十二页，共二十七页，2022年，8月28日吸收作用定义：带电粒子通过物质时，与物质相互作用,能量不断损失，当射线能量耗尽后，带电粒子就停留在物质中，射线则不再存在，称为吸收(absorption)。

第二十三页，共二十七页，2022年，8月28日二、光子与物质的相互作用光电效应定义：光子与物质原子的轨道电子（主要是内层电子）碰撞，把能量全部交给轨道电子，使之脱离原子，光子消失，这种作用过程称为光电效应(photoelectriceffect)。第二十四页，共二十七页，2022年，8月28日康普顿效应定义：光子与原子的核外电子碰撞，将一部分能量传递给电子，使之脱离原子轨道成为自由电子，光子本身能量降低，运行方向发生改变，称为康普顿效应(Comptoneffect)。第二十五页，共二十七页，2022年，8月28日电子对生成定义：当光子能量>1022keV时（1022keV相当于两个电子的静质量），其中1022keV的能量在物质原子核