一.緒論,核物理與輻射防護(hù)基本知識(shí)課件

1、檢驗(yàn)核醫(yī)學(xué)緒論及核物理與輻射防護(hù)基本知識(shí)管超楠檢驗(yàn)核醫(yī)學(xué)（laboratory nuclear medicine）01核素示蹤體外放射分析檢驗(yàn)02spect/ctpet/ctpet/核磁影像03GD甲亢甲狀腺癌真紅細(xì)胞增多癥治療單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層成像術(shù)(Single-Photon Emission Computed Tomography,SPECT)正電子斷層成像術(shù)pet/ct檢驗(yàn)核醫(yī)學(xué)的由來(lái)1896年 法國(guó)物理學(xué)家 貝克勒爾 Henri Becquerel天然鈾的放射性1923年 赫維塞 Hevesy首次使用32P當(dāng)做示蹤劑1959年 Berson和Yalow 創(chuàng)建了放射免疫分析技術(shù)免疫放

2、射分析酶的放射分析核物理基礎(chǔ)知識(shí)原子結(jié)構(gòu)模型核素及其相關(guān)概念原子atom 質(zhì)子proton-p 中子neutron-n原子質(zhì)量單位atomic mass unit-amu1 amu相當(dāng)于1/12的12C原子質(zhì)量科學(xué)定義：1amu=一個(gè)質(zhì)量數(shù)； 1amu=0質(zhì)量數(shù)原子質(zhì)量數(shù)=質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)之和，用A表示質(zhì)子帶1e電荷；核外電子帶1e-電荷 1e=4.8028*10-10靜電單位核內(nèi)帶幾個(gè)質(zhì)子，正電荷就是幾個(gè)e，用Z表示，Z又稱原子序數(shù)。核素符號(hào)原子能量狀態(tài)分為基態(tài)和激發(fā)態(tài)，用m表示AmX核素原子核內(nèi)質(zhì)子數(shù)相等的一類核，稱為元素element11H、21H、31H;9943Tc、99m43Tc。核

3、素：是原子核內(nèi)質(zhì)子數(shù)相同、中子數(shù)相同、能量狀態(tài)一致的一類核。核素是元素的基本單位。同質(zhì)異能素isomer：是質(zhì)子數(shù)相同，中子數(shù)相同，能量狀態(tài)不一致的核素。同位素isotope：是質(zhì)子數(shù)相等，中子數(shù)不同，能量狀態(tài)不一致的核素。放射性核素和穩(wěn)定性核素放射性核素radioactive nuclide：自主發(fā)生核結(jié)構(gòu)或能量狀態(tài)改變，生成另一種核素，釋放某種粒子的核素穩(wěn)定性核素stable nuclide：不具有自主發(fā)生核衰變或者發(fā)生幾率極小的核素。衰變幾率半衰期半衰期1，000，000，000，000，000年核衰變衰變-釋放粒子的衰變通式： AZX A-4Z-2Y + 42He + Q 母核 子核

4、粒子 聚變能 粒子速度約為光速1/10，空氣中射程3-8厘米，在水中和機(jī)體中只有0.06-0.16mm，穿透力弱，射程短衰變-釋放或捕獲電子的核衰變 _通式： AZX AZ1Y + 01e + Q + v（v） 母核 子核 粒子 聚變能 正反中微子-粒子穿透能力教粒子強(qiáng)，射程長(zhǎng)，但電離能力弱，能被鋁箔或組織吸收。 反中微子：電中性，質(zhì)量比電子小的基本粒子電子俘獲 electron capture：當(dāng)核內(nèi)中子數(shù)相對(duì)不足時(shí)，還可以從原子核外最內(nèi)層（K層）的軌道上俘獲一個(gè)電子進(jìn)入核內(nèi)，使核內(nèi)一個(gè)質(zhì)子轉(zhuǎn)化為中子，發(fā)生p+en+v的轉(zhuǎn)變，達(dá)到穩(wěn)定的核結(jié)構(gòu)衰變：處在激發(fā)狀態(tài)的子核，撤退到基態(tài)，多余的能量以

5、光子形式釋放。在衰變的過(guò)程中，子核的Z和A均不變，稱為同質(zhì)異能躍遷，簡(jiǎn)稱躍遷衰變通式： AmZX AZX + h 激發(fā)態(tài)母核 基態(tài)子核 光子（射線） 射線是從原子內(nèi)核釋放的波長(zhǎng)短，頻率高的電離輻射，穿透能力強(qiáng)，電離能力強(qiáng)131I的物理特性131I發(fā)射和射線4天射線能量0.364 Mev射線射程幾米射線能量0.61 Mev射線在組織內(nèi)射程2-4mm、三種射線本質(zhì)射線：帶正電荷的高速運(yùn)動(dòng)粒子流，電量2e+，質(zhì)量4amu，氦原子核，質(zhì)量重很容易被物質(zhì)吸收射線：高速運(yùn)動(dòng)電子流，可以穿透幾毫米鋁板，電離能力強(qiáng)射線：一種光子流，本質(zhì)屬于電磁波，性質(zhì)接近x射線，具有極強(qiáng)穿透力，無(wú)直接電離能力放射性衰變基本規(guī)

6、律衰變常數(shù)與衰變公式每個(gè)原子核的衰變是獨(dú)立的，但是由多個(gè)核組成的放射性物質(zhì)，核衰變卻表現(xiàn)出一定的規(guī)律：衰變時(shí)間和衰變的原子核數(shù)目成正相關(guān)N/t=-N是比例常數(shù)，稱為衰變常數(shù)decay constant，物理學(xué)意義單位時(shí)間內(nèi)核的衰變幾率。每種放射性核素都具有固定常數(shù)半衰期t1/2：放射性原子核數(shù)因衰變而減少一半所經(jīng)歷的時(shí)間1/2放射性衰變基本規(guī)律放射線活度：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)放射性原子核衰變的核數(shù)，用I表示。（物理量）放射性比活度：?jiǎn)挝换瘜W(xué)質(zhì)量的放射性物質(zhì)所具有的放射性活度，用S表示。（化學(xué)量）放射性濃度：?jiǎn)挝惑w積的放射性物質(zhì)所具有的放射性活度，用C表示（液態(tài)放射性物質(zhì)）放射性活度單位，貝克勒爾（Bec

7、querel，Bq）。1Bq為每秒發(fā)生一次核衰變。舊制單位，居里（Ci）。每秒發(fā)生3.7*1010次核衰變：1Ci=3.7*1010Bq37GBq1mCi=3.7*107Bq=37MBq1Ci=3.7*104Bq=37kBq放射量校正核衰變導(dǎo)致放射性物質(zhì)隨著時(shí)間的流逝而逐漸減少，放射性物質(zhì)在使用時(shí)必須校正放射量，及放射性活度。射線與物質(zhì)的相互作用帶電粒子與物質(zhì)的相互作用帶單粒子進(jìn)入物質(zhì)后，因有自身的庫(kù)侖電場(chǎng)，電場(chǎng)間的作用產(chǎn)生能量轉(zhuǎn)化。主要的效應(yīng)有：激發(fā)：帶電粒子與外層電子作用，因靜電產(chǎn)生加速作用，電子在軌道上發(fā)生躍遷，從低能到高能，使原子從基態(tài)達(dá)到激發(fā)態(tài)。放射性探測(cè)器電離：因庫(kù)侖力的靜電作用，

8、使的外層電子加速，脫離軌道，成為自由電子。散射：因庫(kù)侖力的靜電作用，帶電粒子改變運(yùn)動(dòng)方向和能量軔致輻射 bremsstrahlung radiation：高速粒子通過(guò)原子核附近時(shí)，因庫(kù)侖力的減速，將部分或者全部動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電磁輻射。軔致輻射 bremsstrahlung radiation帶電粒子的能量越大，產(chǎn)生軔致輻射的幾率越大；（32P14C3H）軔致輻射的產(chǎn)生與物質(zhì)的Z2成正比；軔致輻射的產(chǎn)生與帶電粒子的m2成反比。 32P 敷貼治療 32P關(guān)節(jié)腔注射，真紅細(xì)胞增多癥契倫科夫輻射Cerenkov radiation：高能粒子入射折射率較大的透明介質(zhì)時(shí)，若其在該介質(zhì)中的運(yùn)動(dòng)速度vc/n（c為

9、光在真空中的速度，n為介質(zhì)的折射率），則在粒子經(jīng)過(guò)的徑跡上，將沿一定方向發(fā)射出近紫外光波長(zhǎng)的微弱可見光。契倫科夫輻射并非介質(zhì)中運(yùn)動(dòng)的粒子（或物體）本身發(fā)出的輻射，而是介質(zhì)中的極化電流發(fā)出的。在粒子物理學(xué)中契倫科夫輻射是一項(xiàng)非常重要的研究手段。例如Belle 實(shí)驗(yàn)的契倫科夫計(jì)數(shù)器，以及研究微中子震蕩的超級(jí)神岡探測(cè)器，都是目前運(yùn)作中的實(shí)際應(yīng)用。湮滅輻射 annihilation radiation：粒子與物質(zhì)相互作用而能量耗盡時(shí)，將于物質(zhì)中的自由電子結(jié)合，正負(fù)電荷抵消，轉(zhuǎn)化為兩個(gè)方向相反、能量各為0.511MeV的光子。吸收：帶電粒子產(chǎn)生作用后，能量逐漸消耗至全部消失，粒子運(yùn)行停止，和周圍物質(zhì)發(fā)生

10、作用，不復(fù)存在。射線與物質(zhì)的相互作用射線與物質(zhì)的相互作用光電效應(yīng) photoelectric effect：當(dāng)射線入射物質(zhì)與其原子核外電子碰撞時(shí)，將全部能量傳遞給該電子，獲得能量的電子擺脫原子核的束縛變成自由電子，稱為光電子，而射線因失去全部能量而消失。(電離：帶電粒子，因庫(kù)侖力的靜電作用，使的外層電子加速，脫離軌道，成為自由電子。)光電效應(yīng)的發(fā)生幾率與物質(zhì)原子序數(shù)四次方（Z4）成正比；與射線能量三次方（E3）成反比。低能射線入射高Z物質(zhì)，光電效應(yīng)發(fā)生幾率最大。光電效應(yīng)最重要的應(yīng)用防護(hù)射線與物質(zhì)相互作用康普頓效應(yīng) compton effect：高能量射線入射物質(zhì)，與核外電子（外層軌道）發(fā)生非彈

11、性碰撞，一部分能量傳遞給電子，使成為自由電子（康普頓電子），而射線仍有剩余能量在物質(zhì)內(nèi)改變運(yùn)動(dòng)方向。射線與物質(zhì)的相互作用電子對(duì)效應(yīng)（電子對(duì)生成）：當(dāng)大于1.022MeV的射線入射物質(zhì)后，射線受到原子核的核力場(chǎng)作用轉(zhuǎn)化為一對(duì)正負(fù)電子，而射線消失，多余的能量作為電子對(duì)的動(dòng)能。產(chǎn)生的正負(fù)電子在物質(zhì)中發(fā)生激發(fā)和電離而消耗能量，當(dāng)正電子能量耗盡時(shí)，立即與物質(zhì)中一個(gè)負(fù)電子結(jié)合，發(fā)出能量相等方向相反的一對(duì)光子，即正電子湮沒輻射。（pet/ct）射線與物質(zhì)的相互作用射線的吸收由于射線與物質(zhì)的相互作用產(chǎn)生光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)、電子對(duì)生成而導(dǎo)致射線能量減弱的現(xiàn)象。射線與物質(zhì)作用的三種效應(yīng)比較電離輻射防護(hù)基本知識(shí)輻

12、射生物效應(yīng)：電離輻射的能量傳遞給生物機(jī)體后所引起的變化和反應(yīng)一，輻射生物效應(yīng)發(fā)生機(jī)制原發(fā)作用：1，直接原發(fā)作用（電離輻射直接作用生物活性分子，引起損傷）：2，間接原發(fā)作用（通過(guò)水的原發(fā)副產(chǎn)物對(duì)生物大分子的作用）。繼發(fā)作用：在生物大分子損傷基礎(chǔ)上，代謝改變，細(xì)胞結(jié)構(gòu)功能破壞，導(dǎo)致組織，器官病變。二，輻射生物效應(yīng)分類根據(jù)生物效應(yīng)后果：1，軀體效應(yīng)（受照射者本身）；2，遺傳效應(yīng)。根據(jù)癥狀出現(xiàn)時(shí)間：1，急性效應(yīng)（近期效應(yīng)）；2，慢性效應(yīng)（遠(yuǎn)期效應(yīng)）。根據(jù)輻射防護(hù)角度：1，隨機(jī)效應(yīng)；2，確定性效應(yīng)。電離輻射防護(hù)基本知識(shí)隨機(jī)效應(yīng)（stochastic effect):輻射發(fā)生幾率與輻射劑量成正比，嚴(yán)重程度

13、與劑量無(wú)關(guān)，且無(wú)閾值的輻射效應(yīng)。比如：遺傳效應(yīng)、致癌效應(yīng)確定性效應(yīng)（deterministic effect):輻射效應(yīng)發(fā)生的嚴(yán)重程度與輻射劑量大小成正比、具有劑量閾值的效應(yīng)。比如：皮膚損傷、造血功能障礙、生育能力下降和白內(nèi)障。電離輻射防護(hù)基本知識(shí)影響輻射生物效應(yīng)的主要因素一，與輻射有關(guān)的因素1，射線種類-電離能力2，吸收劑量與吸收劑量率-單位時(shí)間機(jī)體接受照射劑量3，照射條件：照射方式、照射部位、照射范圍和分次照射。二，與機(jī)體有關(guān)的因素1，生物種系2，生物個(gè)體3，組織細(xì)胞以及組織細(xì)胞內(nèi)環(huán)境電離輻射防護(hù)基本知識(shí)常用輻射量當(dāng)量劑量（equivalent dose，HT):按輻射的質(zhì)加權(quán)后，某一組織

14、或器官的吸收劑量。衡量不同輻射對(duì)機(jī)體危害程度的物理量。SI=J*kg-1，專名為希沃特Sievert，簡(jiǎn)稱希伏Sv，與舊制單位rem換算關(guān)系為1Sv=100rem。有效劑量 effective dose：在全身均勻照射的情況下，人體各組織或器官的當(dāng)量劑量與相應(yīng)的組織權(quán)重因數(shù)乘積的和，用E表示。組織或器官組織權(quán)重因數(shù)（WT）電離輻射防護(hù)基本知識(shí)常用輻射量照射量（exposure)：在質(zhì)量為dm的空氣中，X線或線釋放的全部次級(jí)電子被空氣完全阻止時(shí)，所形成的同種符號(hào)離子的總電荷絕對(duì)值為dQ，dQ除以dm的值，稱為照射量，用X表示，國(guó)際制單位(SI)C*kg-1，舊制單位倫琴(R)的換算關(guān)系：1C*k

15、g-1=3.876*103R照射量率(exposure rate):單位時(shí)間內(nèi)的照射量。SI=C*(kg*s）-1吸收劑量（absorbed dose）：?jiǎn)挝毁|(zhì)量物質(zhì)吸收任何電離輻射的平均能量。用D表示，SI=J*kg-1，符號(hào)為Gy，1Gy=1J*kg-1，舊制單位rad，1Gy=100rad。吸收劑量率：?jiǎn)挝粫r(shí)間吸收劑量，SI=Gy*s-1電離輻射防護(hù)基本知識(shí)放射衛(wèi)生防護(hù)一，放射衛(wèi)生防護(hù)基本法規(guī)放射防護(hù)基本原則 實(shí)踐的正當(dāng)化; 防護(hù)的最優(yōu)化; 個(gè)人劑量限值劑量限值:受控實(shí)踐使個(gè)人受到的有效劑量或當(dāng)量劑量不得超過(guò)的值，限制隨機(jī)效應(yīng)發(fā)生的幾率。劑量限值體系：基本限值：年有效劑量限值、器官或組織的年當(dāng)量劑量限值和次級(jí)限值；導(dǎo)出限值：應(yīng)實(shí)際工作需要，由基本限值推導(dǎo)出的限值管理限值：參考水平：電離輻射防護(hù)基本知識(shí)外照射防護(hù)（、X、硬和中子源等射線）控制放射源的質(zhì)和量控制受照時(shí)間-時(shí)間增加放射源與所關(guān)心點(diǎn)的距離-距離設(shè)置屏蔽-屏蔽電離輻射防護(hù)基本知識(shí)內(nèi)照射防護(hù)開放型的放射性源，可能通過(guò)呼吸道、消化道、皮膚侵入機(jī)體。放射性工作場(chǎng)所分級(jí)開放型源工作場(chǎng)所分級(jí)1mCi=3.7*107Bq=37MBq電離輻射防護(hù)基本知識(shí)工作場(chǎng)所的區(qū)域劃分控制區(qū)；監(jiān)督區(qū)；非限制區(qū)。電離輻射防護(hù)基本知識(shí)放射性核素的安全操作與管理操作時(shí)，穿戴防護(hù)服，佩戴個(gè)人劑量計(jì)個(gè)人防護(hù)用品保持清潔和完整嚴(yán)禁在場(chǎng)