第一章-核物理基础

第一章-核物理基础第一页，共28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的状态。2.基态：能量最低的定态。3.激发态：能量较高的定态。元素：凡核内质子数相同的一类原子，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的一类原子，称为一种核素。§1核射线及其与物质的相互作用第一页第二页，共28页。6.同位素(isotope）凡原子核内质子数相同,而中子数不同的一类原子，彼此互称为同位素,比如：

1H、2H、3H互称为同位素,每种同位素也是一种核素。同位素之间具有完全相同的核外电子结构，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，但所处能量状态不同的核素。如99Tc与

99mTc；111In与111mIn等。第二页第三页，共28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的变化而转变为另一核素，同时释放出一种或一种以上的射线。放射性核素按其来源可分为天然和人工两大类。9.稳定性核素：一般不会自发地发生核内成分或能态的变化，或者发生几率极小。已知的2700多种核素中，稳定性核素不足300种，其余为放射性核素。第三页第四页，共28页。二.放射性核素的原子核不稳定因素只有两种力平衡原子核才是稳定的第四页第五页，共28页。三.影响原子核平衡力的因素①中子质子比例不平衡，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.第五页第六页，共28页。§2核衰变方式1.α衰变(alphadecay)：指母核放出一个α粒子的过程。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粒子对局部的电离作用强，对开展体内恶性组织的放射性核素治疗具有潜在的优势。第六页第七页，共28页。2.β衰变(betadecay)(1)

β-衰变：指母核放出一个负电子的过程。发生条件：中子过剩的原子核。实质：负电子,高速运动的电子流。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，2Mev的β-粒子在软组织中的射程约为2cm，仍不能用于核医学显像，但某些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的治疗等。第七页第八页，共28页。(2)β+衰变：指母核放出一个正电子的过程。发生条件：发生在中子缺乏的核素，也可认为是质子过剩.发生β+衰变的核素都是人工放射性核素.实质：由核内产生的,向外发射的正电子。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。第八页第九页，共28页。(3).电子俘获(electroncapturedecay，EC)：核内的一个质子可以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：中子相对过少的放射性核素。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,各以一定的概率发生.第九页第十页，共28页。标识X射线：当发生电子俘获时，由于核外电子壳层缺少一个电子，留下一个空位，使外层电子向内层补充，同时将多余的能量以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”。第十页第十一页，共28页。第十一页第十二页，共28页。3.γ跃迁(γtransition)

又称同质异能跃迁(isomerictransition)：原子核发生α衰变、β衰变后的子核吸收衰变能处于激发态，激发态的子核向基态过渡时将多余的能量以电磁辐射或光子流的形式释放出去，这种电磁辐射或光子流称为γ射线，这个过程称为γ衰变。是一种继发的核衰变。条件：伴随其他衰变继发的发生实例：99MOβ-

99mTc

γ99Tc实质：高速运动的光子流γ射线特性：射程极大，极强的穿透力，电离能力相对其他射线最弱;内转换(internalconversion)：第十二页第十三页，共28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十三页第十四页，共28页。第十四页第十五页，共28页。第十五页第十六页，共28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，发现放射性核素的数目都随时间t按指数规律衰减。

衰变公式：N=Noe-λtN=N0e-t第十六页第十七页，共28页。二、半衰期1、物理半衰期(T1/2)：放射性核素由于衰变,其原子核数目或活度减少到原来一半所需的时间,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，核衰变的公式可改写成：N=Noe-0.693t/T1/2或A=A0e-0.693t/T1/2按照这一公式，可根据某种放射性核素的半衰期和其出厂到使用时的间隔时间（t）计算出使用时的放射性活度。第十七页第十八页，共28页。三、放射性活度及其单位(一)放射性活度：单位时间内核衰变的次数，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）物质所含放射性的多少,后者常称为放射性浓度。第十八页第十九页，共28页。§4核射线与物质的相互作用一、带电粒子与物质的相互作用(一)电离与激发(ionizationandexcitation)电离：指带电粒子与物质相互作用,使物质中的中性原子变成离子对的过程。激发：如果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：单位路径上形成的离子对的数目。它表示的是射线电离作用强弱的量。与带电粒子所带电荷数、行进速率及被作用物质的密度有关，α>β>γ。第十九页第二十页，共28页。(二)韧致辐射：较高能量的β-可能在行进的过程中到达原子核附近，这时会受到库伦电场的作用而急剧减速，损失的能量转变为电磁辐射以X射线的形式释放出去，这种辐射称为韧致辐射。韧致辐射的发生几率与带电粒子质量的平方成反比,与β-粒子能量及被作用物质的原子序数的平方成正比。因此，韧致辐射应选用原子序数低的材料作为屏蔽材料，比如铝、有机玻璃等。(三)湮没辐射：β+通过物质时，在原子核及核外电子的作用下急剧减速直至停止，静止后的正电子与环境中的一个负电子结合，生成一对发射方向相反能量各为0.511Mev的γ光子，这个过程称为湮没辐射，湮没辐射是PET显像的基础。(四)吸收和射程第二十页第二十一页，共28页。第二十一页第二十二页，共28页。二、γ射线（X射线）与物质的相互作用(一)

光电效应(photoelectriceffect)：发射光电子的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。第二十二页第二十三页，共28页。（二）康普顿效应(Compton