第一章-核物理基础省名师优质课赛课获奖课件市赛课一等奖课件

第一章核物理基础第1页第2页一.基本概念1.定态：电子在轨道上运行既不吸收也不放出能量状态。2.基态：能量最低定态。3.激发态：能量较高定态。元素：凡核内质子数相同一类原子，称之为元素。5.核素(nuclide)

：凡原子核内质子数、中子数和核能态均相同一类原子，称为一个核素。§1核射线及其与物质相互作用第3页6.同位素(isotope）凡原子核内质子数相同,而中子数不一样一类原子，彼此互称为同位素,比如：

1H、2H、3H互称为同位素,每种同位素也是一个核素。同位素之间含有完全相同核外电子结构，宏观化学性质和体内生物学行为。同质异能素(isomer)核内质子数和质量数均相同，但所处能量状态不一样核素。如99Tc与

99mTc；111In与111mIn等。第4页8.放射性核素：指原子核不稳定,易自发地发生核内成分或能态改变而转变为另一核素，同时释放出一种或一个以上射线。放射性核素按其起源可分为天然和人工两大类。9.稳定性核素：普通不会自发地发生核内成份或能态改变，或者发生几率极小。已知2700各种核素中，稳定性核素不足300种，其余为放射性核素。第5页二.放射性核素原子核不稳定原因只有两种力平衡原子核才是稳定第6页三.影响原子核平衡力原因①中子质子百分比不平衡，主要发生β衰变；②核子总数过多：（Z＞83），均为放射性核素，主要发生α衰变.第7页§2核衰变方式1.α衰变(alphadecay)：指母核放出一个α粒子过程。发生条件：A>160或Z>83实质：氦原子核通式：AZX→A-4Z-2Y+42He+Q

实例：22688Ra→22286Rn+α+4.86Mevα特性：质量大，电荷多，射程短，穿透力弱，在空气中只能穿透几厘米，一张纸就可屏蔽，因而不适合作核医学显像用。但α粒子对局部电离作用强，对开展体内恶性组织放射性核素治疗含有潜在优势。第8页2.β衰变(betadecay)(1)

β-衰变：指母核放出一个负电子过程。发生条件：中子过剩原子核。实质：负电子,高速运动电子流。通式：AZX→AZ+1Y+β-++Q实例：3215P→3216S+0-1e++1.711Mevβ-特性：射程及穿透力较α粒子强，2Mevβ-粒子在软组织中射程约为2cm，仍不能用于核医学显像，但一些β-核素可用于核素治疗，如：131I用于治疗甲亢和甲状腺癌，32P可用于血液病和皮肤病治疗等。第9页(2)β+衰变：指母核放出一个正电子过程。发生条件：发生在中子缺乏核素，也可认为是质子过剩.发生β+衰变核素都是人工放射性核素.实质：由核内产生,向外发射正电子。通式：AZX→AZ-1Y+β++υ+Q实例：

137N→136C+β++υ+1.190Mevβ+特性：质量与电荷数与电子相同，只是电荷性质相反,其射程仅1-2mm即发生湮灭辐射。第10页(3).电子俘获(electroncapturedecay，EC)：核内一个质子能够俘获一个核外电子并发射一个中微子而转变为一个中子.发生条件：中子相对过少放射性核素。实质：核内一个质子俘获一个电子而转变为中子。通式：AZX+-e→AZ-1Y+υ+Q实例：

12553I+-e→12552Te(碲)+υ+0.0355Mev贫中子核素:Z较小时β+衰变为主;Z较大时EC为主;中等Z范围内,各以一定概率发生.第11页标识X射线：当发生电子俘获时，因为核外电子壳层缺乏一个电子，留下一个空位，使外层电子向内层补充，同时将多出能量以X线形式放出，称为标识X射线。俄歇电子：如不足以释放X射线，而是把能量传给壳层电子，使之脱离轨道，形成自由电子，称为“俄歇电子”。第12页第13页3.γ跃迁(γtransition)

又称同质异能跃迁(isomerictransition)：原子核发生α衰变、β衰变后子核吸收衰变能处于激发态，激发态子核向基态过渡时将多出能量以电磁辐射或光子流形式释放出去，这种电磁辐射或光子流称为γ射线，这个过程称为γ衰变。是一个继发核衰变。条件：伴随其它衰变继发发生实例：99MOβ-

99mTc

γ99Tc实质：高速运动光子流γ射线特征：射程极大，极强穿透力，电离能力相对其它射线最弱;内转换(internalconversion)：第14页射线αβγ本质氦原子核电子流光子流穿透力弱较强最强电离能力最强较强弱内照射危害最大较大小外照射危害小较大最大第15页第16页第17页§3核衰变规律一、核衰变规律：把放射性核素数目作为一个群体进行研究，发觉放射性核素数目都随时间t按指数规律衰减。

衰变公式：N=Noe-λtN=N0e-t第18页二、半衰期1、物理半衰期(T1/2)：放射性核素因为衰变,其原子核数目或活度降低到原来二分之一所需时间,用T1/2表示2、生物半衰期(Tb)：3、有效半衰期(Te)：引入半衰期概念以后，核衰变公式可改写成：N=Noe-0.693t/T1/2或A=A0e-0.693t/T1/2按照这一公式，可依据某种放射性核素半衰期和其出厂到使用时间隔时间（t）计算出使用时放射性活度。第19页三、放射性活度及其单位(一)放射性活度：单位时间内核衰变次数，用A来表示。(二)放射性活度单位：在国际单位制(SI)中，放射性活度专名是贝可勒尔(Bequeral)，简称贝可，符号是Bq，单位是秒-1(s-1)其派生单位有KBq、MBq、GBq

和TBq。旧有单位:居里(ci)1TBq=103GBq=106MBq=109KBq四、放射性比活度及单位单位质量（摩尔、容积）物质所含放射性多少,后者常称为放射性浓度。第20页§4核射线与物质相互作用一、带电粒子与物质相互作用(一)电离与激发(ionizationandexcitation)电离：指带电粒子与物质相互作用,使物质中中性原子变成离子正确过程。激发：假如核外电子所获动能不足以使之成为自由电子，只是从内层跃迁到外层，从低能级跃迁到高能级,这一过程称之激发。电离密度：单位路径上形成离子正确数目。它表示是射线电离作用强弱量。与带电粒子所带电荷数、行进速率及被作用物质密度相关，α>β>γ。第21页(二)韧致辐射：较高能量β-可能在行进过程中抵达原子核附近，这时会受到库伦电场作用而急剧减速，损失能量转变为电磁辐射以X射线形式释放出去，这种辐射称为韧致辐射。韧致辐射发生几率与带电粒子质量平方成反比,与β-粒子能量及被作用物质原子序数平方成正比。所以，韧致辐射应选取原子序数低材料作为屏蔽材料，比如铝、有机玻璃等。(三)湮没辐射：β+经过物质时，在原子核及核外电子作用下急剧减速直至停顿，静止后正电子与环境中一个负电子结合，生成一对发射方向相反能量各为0.511Mevγ光子，这个过程称为湮没辐射，湮没辐射是PET显像基础。(四)吸收和射程第22页第23页二、γ射线（X射线）与物质相互作用(一)

光电效应(photoelectriceffect)：发射光电子原子内层电子出现空位，故可发射特征X射线。发生条件:多发生在低能量：＜0.5MeV。第24页（二）康普顿效应(Comptoneffect)：发生条件:

多发生在中等能量：0.5-1.0MeV。康普顿电子康普顿散射光子第25页(三)电子对生成效应(pairproduction)：

可看作湮没辐射逆过程。发生条件:

发生在能量足够大光子＞1.02MeV第26页第27页第28页三、中子与物质相互作用（一）弹性散射（碰撞）：中子将一部分能量传给被碰撞原子核，使其脱离电子层而运动形成反冲核，反冲核使物质其它原子发生电离和激发，而中子本身速度减慢，方向改变，这种现象称为弹性散射。试验表明：中子与其质量相近原子核碰撞时损失能量最多（如氢核），