級CHAP原子核和放射性PPT課件

1、二、原子核的性質(zhì)二、原子核的性質(zhì)(1) 大小實驗測得：RH/r0 104,月球公轉(zhuǎn)軌道半徑地球半徑 60地球公轉(zhuǎn)軌道半徑太陽半徑 200水星公轉(zhuǎn)軌道半徑太陽半徑 80R =r0 A1/3, r0=1.210-15m , =2.31017kg/m3(2) 密度(3) 核子之間存在核力(i) 強相互作用力(ii) 短程力(5) 原子核具有電矩和磁矩 (6) 核能級, RH =0.53A= 5.3 10-11m質(zhì)子 r01.20 10-15m原子核的符號： X , XAAZ(4) 原子核帶電量 qZe第1頁/共24頁三、放射性核素和同位素三、放射性核素和同位素 H , H , H3112111He

2、, H3231(1) 核素: Z同 A同的同一類原子核(2) 同位素: Z同, (3) 同量異位素: A同Z不同, Tc, Tc99m439943(4) 同質(zhì)異能素: Z 同 A 同, 能態(tài)不同, 放射性同位素：結(jié)構(gòu)不穩(wěn)的、能自發(fā)放出射線的同位素。如如如天然放射性核素：Z83, 有58種， 等。人工放射性核素：有1300多種。如11C，13N，15O，18F等。U , U ,Th 238922359223290第2頁/共24頁四、結(jié)合能四、結(jié)合能原子核的穩(wěn)定性1結(jié)合能和質(zhì)量虧損(1) 結(jié)合能: 核子與核子結(jié)合成原子核時, 釋放出來的能量 , Hnp21mp+ mn= 2.015 941 uu

3、553 2.013H)(21mM=0.002 388 u根據(jù)相對論, E=M c2(2) 質(zhì)量虧損 : 原子核的質(zhì)量與組成它的所有核子的質(zhì)量差。2Anp)(cmNmZmEAnpmNmZmM1u=931.5MeV結(jié)合能 E = 931.5 M (MeV/u) 第3頁/共24頁2. 原子核的穩(wěn)定性(1) 平均結(jié)合能E/A中等質(zhì)量核最穩(wěn)定(2) 奇偶搭配(3) 中質(zhì)比不穩(wěn)定重核 (A209)：衰變或裂變，不穩(wěn)定輕核：聚變，MeV84.23HeHH422121偶偶 ( 166 )奇偶 ( 110 )奇奇 ( 9 )Z20: N:Z1Q)氦He()氡Rn()鐳Ra(422228622688第4頁/共24

4、頁14-2 原子核的放射性衰變核衰變(nuclear decay): 不穩(wěn)定的放射性核素能夠自發(fā)地以各種方式轉(zhuǎn)變成另外的核。 衰變前的核稱為母核，衰變生成的新核稱為子核。放射性核素：包括天然放射性核素，人工放射性核素放射性核素：包括天然放射性核素，人工放射性核素（人造核素、人工核素）都會發(fā)生核衰變。（人造核素、人工核素）都會發(fā)生核衰變。核衰變類型: 衰變、 衰變、 衰變.核衰變遵守:(1) 質(zhì)量能量守恒, (2) 動量守恒,(3) 核子數(shù)守恒, (4) 電荷守恒.第5頁/共24頁一、一、 衰變衰變 ( decay)放射性核素放射出 射線而轉(zhuǎn)變成另一種核素的現(xiàn)象叫做衰變， 射線就是高速運動的24

5、He原子核 。QAZAZ+He+ Y X 424-2-衰變方程: Q)氦He()氡Rn()鐳Ra(422228622688X母核，Y子核 衰變的位移定則：子核在元素周期表中向前移動兩位第6頁/共24頁二、二、 衰變衰變 ( decay)和電子俘獲和電子俘獲(electron capture) 衰變包括： -衰變、 +衰變和電子俘獲1. - 衰變放射性核素的原子核放射出 -射線變?yōu)榱硪环N核素的現(xiàn)象QAZAZ+ +Y X 001衰變方程: -衰變本質(zhì)：e+ p n 0001 -1110MeV71. 1 e+ S P 0001 -32163215 -衰變的位移定則： 后移1位 。第7頁/共24頁2.

6、 +衰變放射性核素的原子核放射出 +射線而變成原子序數(shù)減少1的核素的過程。QAZAZ+ +Y X 001衰變方程: MeV24. 1+ +C N 00136137 +衰變本質(zhì)：e+ np00011011 衰變能譜 +衰變的位移定則：前移1位第8頁/共24頁3. 電子俘獲 (electron capture,EC)原子核俘獲一個核外電子，使核內(nèi)一個質(zhì)子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€中子，同時放出一個中微子而變?yōu)樵有驍?shù)減1的核素。QAZAZ00101Y+ eX 衰變方程: MeV231. 0Mn+ eFe 005525015526電子俘獲過程中產(chǎn)生:(1) X射線 或 (2) 俄歇電子當(dāng)高能級(外殼層) 的電子躍遷

7、至低能級(內(nèi)殼層) 時，把多余的能量直接轉(zhuǎn)移給同一能級的另一個電子，接受這份能量的電子脫離軌道成為自由電子俄歇電子。第9頁/共24頁三、三、 衰變( decay) 和內(nèi)轉(zhuǎn)換 (internal conversion)(1) 衰變：處于激發(fā)狀態(tài)的核，躍遷到較低的激發(fā)態(tài)直至基態(tài)，發(fā)射出 射線 衰變又叫 躍遷XX00mAZAZ衰變方程: (2) 內(nèi)轉(zhuǎn)換：在某些情況下，原子核從激發(fā)態(tài)向較低能態(tài)躍遷時不輻射出了光子，而是把這部分能量直接交給內(nèi)層電子，使該電子脫離原子束縛，成為自由電子. . 射線占89%內(nèi)轉(zhuǎn)換占11%)鉍Bi( )鉍Bi( 0021083m21083如： TcTc 9943m9943如：

8、內(nèi)轉(zhuǎn)換過程中產(chǎn)生:(1) X射線 或 (2) 俄歇電子第10頁/共24頁14 3 核衰變的規(guī)律核衰變的規(guī)律一、指數(shù)衰變規(guī)律理論和實驗證明，單位時間內(nèi)衰變掉的母核數(shù)量dN /dt (即衰變率)與現(xiàn)有的母核數(shù) N 在數(shù)量上成正比tt+dt, dN / dt= -N ,或 dN / N = - dtN=N0e-t衰變常數(shù)( decay constant ) ：NtN d/d單位時間內(nèi)衰變掉的母核數(shù)dN /dt與該時刻存在的母核總數(shù) N 之比，單位是 s-1如果一種核素能夠同時進行 n 種類型的核衰變，= 1+ 2+ + nt=0, N=N0第11頁/共24頁二、半衰期和平均壽命半衰期和平均壽命1.

9、半衰期 ( half life )放射性核素在數(shù)量上衰變掉一半所經(jīng)歷的時間，T (或T1/2)N=N0exp(-t)N=N0/2=N0exp(-T)T= ln2/ = 0.693/N=N0 (1/2)t/T2. 有效有效半衰期 ( effective half life )dN = - (+b)Ndt = - e Ndt e=+be = ln2/Te = ln2/Tb = ln2/TbbbeTTTTTN=N0 (1/2)t/Te第12頁/共24頁3. 平均壽命平均壽命 ( mean life )tt+dt, dN= - N dt, dN總壽命: dT=(-d N ) t = N t dt /d

10、edd00000NttNtNtTTt平均壽命:總壽命:/1/0NTT= ln2/=1.44T 三、放射性強度放射性強度 ( radioactivity )單位時間內(nèi)衰變的原子核數(shù), 也叫放射性活度。 tt+dt, dN= - N dt,A= -dN/ dt =NN=N0exp(-t) , A= N0exp(-t) = A0exp(-t) N=N0 (1/2)t/T, A= N0 (1/2)t/T = A0(1/2)t/T 單位: : 1Bq=1s-1, 1Ci=3.71010Bq 放射性核素中每個原子核的平均存活時間。常用單位：mCi、Ci第13頁/共24頁四、放射平衡放射平衡 ( radio

11、active equilibrium )1. 放射系放射性核素的子核也是放射性核素，這一現(xiàn)象可延續(xù)幾代，形成一個放射性核素家族。三大天然放射系：釷系：錒系：鈾系：Pb. U2068223892Pb.Th2088223290Pb.Ac2078222789第14頁/共24頁2. 放射平衡ABC衰變率dNA / dt = - ANAdNB / dt = - BNB+ ANA經(jīng)過一段時間后，子體每秒衰變的核數(shù)將等于它從母體衰變而得到補充的核數(shù)，子體的核數(shù)就不再增加，達到放射平衡此時，子核和母核放射性活度相等。同位素發(fā)生器 ( isotope generator ), “母?！?cow)意義：短半衰期核

12、素的保存及醫(yī)學(xué)應(yīng)用第15頁/共24頁14-6 放射性核素的醫(yī)學(xué)應(yīng)用一、放射治療 光刀1. 碘131 ( 131I ) 治療利用 131I 發(fā)出的 射線， 治療甲亢和甲狀腺癌2. 鈷60 ( 60Co ) 治療利用 60Co 發(fā)出的 射線，殺死癌細胞或抑制其生長第16頁/共24頁(2) 硼中子俘獲療法：把含硼元素的腫瘤親和藥物注入人體，該種藥物能迅速濃聚于病灶部分，此時用超熱中子射線照射，可以在靶區(qū)引起核反應(yīng)，所釋放的高能射線只殺死腫瘤細胞而不損傷周圍組織該療法被認為是目前治療腦膠質(zhì)瘤的最好方法3. 中子治療以往主要是用快中子治療唾液腺癌、前列腺癌等惡性腫瘤，適用范圍有限(1) 中子刀: 利用遙

13、控后裝技術(shù)將中子源送進腫瘤內(nèi)部，借助中子射線近距殺死癌細胞中子射線的生物作用比X、 射線強28倍，適用于敏感性較差的腫瘤或 復(fù)發(fā)性腫瘤第17頁/共24頁4. 光刀光刀 光刀 是一種立體定向放射外科技術(shù)，它將高能量的 射線聚焦于某一局部靶組織，使之發(fā)生放射性壞死，其治療效果與X光刀類似。(1) 優(yōu)點：無手術(shù)創(chuàng)傷，不需要麻醉，優(yōu)點：無手術(shù)創(chuàng)傷，不需要麻醉， 手術(shù)精確手術(shù)精確, 治療治療簡便、省時；簡便、省時；(2) 缺點：設(shè)備龐大，治療費用較高.第18頁/共24頁二、示蹤技術(shù)當(dāng)放射性同位素與它的穩(wěn)定同位素混在一起時，可以借此測出穩(wěn)定同位素在各種過程中的動態(tài)變化，這種方法稱為示蹤原子法，被引入的放射性同位素叫做示蹤原子1. 照相機2. 單光子發(fā)射型斷層成像 (SPECT)3. 正電子發(fā)射型斷層成像 (PET)三、放射性核素成像三、放射性核素成像第19頁/共24頁三、放射性核素成像三、放射性核素成像1. 照相機2. 單光子發(fā)射型斷層成像 (SPECT) 使用核素： 99m43Tc 201Tl 131I 67Ga第20頁/共24頁3. 正電子發(fā)射型斷層成像 (PET)使用核素：11C， 13N， 15O，18F 等。第21頁/共24頁99mTc-MIBI心肌血流灌注SPECT顯像 18F-FDG葡萄糖代謝PET顯像 血流代謝顯像三種模