第一章放射性衰變基本知識詳解演示文稿

第一章放射性衰變基本知識詳解演示文稿第一頁，共三十一頁。優(yōu)選第一章放射性衰變基本知識第二頁，共三十一頁。

原子是由原子核和核外電子組成的，原子核帶正電，核外電子帶負電，整個原子呈電中性的。核外電子在軌道上運動時不吸收也不輻射能量的狀態(tài)稱為定態(tài)（Stationarystate）；能量最低的定態(tài)稱為基態(tài)（Groundstate）；能量較高的定態(tài)稱為激發(fā)態(tài)（Excitedstate）。

原子核是由質子（p）和中子(n)組成的，質子和中子統(tǒng)稱為核子（nucleon），質子帶正電，其電量與電子的電量相等，中子不帶電。質子數(shù)和中子數(shù)之和稱為原子核的質量數(shù)(A)。第三頁，共三十一頁。二、核素(nuclide)

具有特定的質量數(shù)、原子序數(shù)和核能態(tài)的原子，統(tǒng)稱為核素?？捎猛ㄊ紸X表示,目前已知的元素雖僅100多種，但已知的核素卻有2700多種。核素可分為穩(wěn)定性核素與放射性核素二種，其中絕大多數(shù)為放射性核素。三、同位素（isotope）凡原子核內質子數(shù)相同(原子序數(shù)相同),而中子數(shù)不同的一類原子，彼此互稱為同位素,比如：1H、2H、3H互稱為同位素。每種同位素也是一種核素。第四頁，共三十一頁。同位素第五頁，共三十一頁。四、同質異能素（isomer）

核內質子數(shù)和中子數(shù)均相同，但所處能量狀態(tài)不同的核素。如99Tc與99mTc，99mTc是處于激發(fā)態(tài)的原子核，激發(fā)態(tài)向基態(tài)過渡時將放出多余的能量?！?核的穩(wěn)定性和放射性衰變

一、原子核的穩(wěn)定性：取決核子之間的引力和短程核力。只有當核子總數(shù)以及中子數(shù)和質子數(shù)的比例在一定的范圍內才能使這兩種力平衡，原子核才是穩(wěn)定的。第六頁，共三十一頁。二、衰變類型

(一)α衰變(alphadecay)：指母核放出一個α粒子（氦原子核）的過程。比如226Ra(鐳)衰變式如下：226Ra→222Rn+α+4.86Mevα粒子的質量大且?guī)щ姾桑噬涑潭?，穿透力弱，在空氣中只能穿透幾厘米，一張紙就可屏蔽，因而不適合作核醫(yī)學顯像用。但α粒子對局部的電離作用強，對開展體內惡性組織的放射性核素治療具有潛在的優(yōu)勢。第七頁，共三十一頁。第八頁，共三十一頁。（二）β衰變(betadecay)

(1)β-衰變：指母核放出一個負電子的過程。β-衰變發(fā)生在中子過剩的原子核。比如：32P(磷)衰變式如下：

32P→32S+e-1+υe+1.711Mevβ-衰變時放出一個β-粒子和反中微子，核內一個中子轉變?yōu)橘|子，因而子核比母核中子數(shù)減少1，原子序數(shù)增加1，原子質量數(shù)不變。β-射線的本質是高速運動的電子流，β-衰變時，衰變能隨機分配給β-粒子和反中微子，因而β-粒子的能量分布形成連續(xù)能譜。第九頁，共三十一頁。第十頁，共三十一頁。β-粒子穿透力弱，例如2Mev的β-粒子在軟組織中的射程約為2cm，不能用于核醫(yī)學顯像。某些β-核素可用于核素治療，例如：131I用于治療甲亢和甲狀腺癌，32P可用于血液和皮膚病的治療。(2)β+衰變：指母核放出一個正電子的過程。發(fā)生在中子相對缺乏的核素，也可認為是質子過剩。比如：13N(氮)衰變式如下：13N→13C+β++υ+1.190Mev衰變時放出一個β+粒子和中微子，核內一個質子轉變?yōu)橹凶?。正電子的射程僅1-2mm即發(fā)生湮滅輻射。第十一頁，共三十一頁。(3)電子俘獲(electroncapturedecay，EC)核內的一個質子可以俘獲一個核外電子并發(fā)射一個中微子而轉變?yōu)橐粋€中子，所形成的子核質量數(shù)不變，原子序數(shù)少1。比如125I(碘)衰變式如下：125I+e-→125Te(碲)+υ+0.0355Mev。原子核發(fā)生電子俘獲后，外層電子留下一個空軌道，更外層電子填補空軌道，將多余的能量以電磁輻射或光子流的形式釋放出去，這種電磁輻射或光子流稱為“標識X線”。第十二頁，共三十一頁。第十三頁，共三十一頁。（三）γ躍遷(γtransition)1、同質異能躍遷(isomerictransition)：原子核發(fā)生α衰變、β衰變后的子核吸收衰變能處于激發(fā)態(tài)，激發(fā)態(tài)的子核向基態(tài)過渡時將多余的能量以電磁輻射或光子流的形式釋放出去，這種電磁輻射或光子流稱為γ射線，這個過程稱為γ衰變。99mTc(锝)衰變式如下：

99mTc→99Tc+γ2、內轉換(internalconversion)：激發(fā)態(tài)的原子核從激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時不放出γ射線，而將多余的能量直接交給核外殼層電子，使軌道上的電子獲得足夠能量后脫離軌道成為自由電子稱之為內轉換，該自由電子稱為內轉換電子。

第十四頁，共三十一頁。第十五頁，共三十一頁。第十六頁，共三十一頁。第十七頁，共三十一頁。§3核衰變規(guī)律一、衰變規(guī)律：對大量放射性核的群體進行研究，發(fā)現(xiàn)其衰變遵循一種普遍的衰減規(guī)律，即各種放射性核的群體（樣品）其總的放射性核的數(shù)目N都隨時間t按指數(shù)規(guī)律衰減。衰變公式：N=Noe-λt該式是表示核衰變的基本公式，適用于任何一種單一存在的放射性核素。

第十八頁，共三十一頁。二、半衰期（一）物理半衰期(T1/2)：放射性核素由于衰變,其原子核數(shù)目或活度減少到原來一半所需的時間,用T1/2表示。（二）生物半衰期(Tb)：放射性核素由于生物代謝,其原子核數(shù)目或活度減少到原來一半所需的時間。（三）有效半衰期(Te)：放射性核素由于生物代謝和衰變的共同作用,其原子核數(shù)目或活度減少到原來一半所需的時間。三者的關系可用下式表示：Te=（T1/2·Tb）／（T1/2+Tb）第十九頁，共三十一頁。

引入半衰期概念以后，核衰變的公式可改寫成：N=Noe-0.693t/T1/2或A=A0e-0.693t/T1/2按照這一公式，可根據(jù)某種放射性核素的半衰期和其出廠到使用時的間隔時間（t）計算出使用時的放射性活度。三、放射性活度及其單位(一)放射性活度單位時間內核衰變的次數(shù)，用dps或dpm來表示。第二十頁，共三十一頁。(二)放射性活度單位：在國際單位制(SI)中，放射性活度專名是貝可勒爾(Bequeral)，簡稱貝可，符號是Bq，單位是秒-1(s-1)其派生單位有KBq、MBq、GBq和TBq。1TBq=103GBq=106MBq=109KBq四、放射性比活度：單位質量（摩爾、容積）物質所含放射性的多少。單位是MBq/mg、GBq/mg、TBq/g或MBq/mmol、GBq/mmol、MBq/ml。后者常稱為放射性濃度。第二十一頁，共三十一頁?！?射線與物質的相互作用一、帶電粒子與物質的相互作用(一)電離與激發(fā)(ionizationandexcitation)電離：指帶電粒子與物質相互作用使物質中的中性原子變成離子對的過程。激發(fā)：如果核外電子所獲動能不足以使之成為自由電子，只是從內層躍遷到外層，從低能級躍遷到高能級。電離密度：單位路徑上形成的離子對的數(shù)目。它表示的是射線電離作用強弱的量。α>β>γ。第二十二頁，共三十一頁。（二）韌致輻射：β-與物質相互作用會受到原子核電場的排斥，將部分能量以電磁輻射或光子流的形式釋放出去，這種電磁輻射或光子流稱為韌致輻射。韌致輻射的發(fā)生幾率與β-的能量及被作用物質的原子序數(shù)成正比。在實際工作中，為了盡可能地減少β射線產生的韌致輻射，應該選用原子序數(shù)低的材料作為屏蔽材料，比如鋁、有機玻璃等。

第二十三頁，共三十一頁。(三)湮沒輻射：β+與物質相互作用會受到原子核電場的吸引，正負電子結合成為一對能量各為0.511Mev的光子，這個過程稱為湮沒輻射，湮沒輻射是PET顯像的基礎。（四）吸收和射程：吸收：帶電粒子引起電離和激發(fā)的同時逐步損失能量，當其動能全部或接近全部消失時，原來的射線不在存在，這一現(xiàn)象稱為射線的吸收。射程：射線從入射到完全消失所經(jīng)過的直線距離稱為射線的射程。α﹤β﹤γ

第二十四頁，共三十一頁。第二十五頁，共三十一頁。二、γ射線（X射線）與物質的相互作用(一)光電效應(photoelectriceffect)：光子與物質相互作用，將所有的能量都傳給被作用物質原子核的核外電子，使其脫離原子核的束縛成為自由電子，這個自由電子稱為光電子，這個過程稱為光電效應（由光子到電子）。發(fā)射光電子的原子內層電子出現(xiàn)空位，故可發(fā)射特征X射線。第二十六頁，共三十一頁。（二）康普頓效應(Comptoneffect)：當光子的能量遠大于殼層電子的結合能時，γ光子將其部分能量傳給被作用物質原子核的核外電子，使其脫離原子核的束縛成為自由電子，這個自由電子稱為康普頓電子，γ射線失去部分能量改變運動方向射出，稱為康普頓散射光子，這個過程稱為康普頓效應。第二十七頁，共三十一頁。(三)電子對生成效應(pairproduction)：能量超過1.02Mev的γ射線與物質相互作用，γ光子在原子核電場的作用下產生一對正負電子，這種作用稱為電子對生成效應。1.02Mev的能量是產生一對正負電子的最低極限值。γ射線與物質相互作用時產生的光電效應、康普頓效應和電子對生成效應的幾率，隨γ光子的能量和物質原子序數(shù)的不同而不同。

第二十八頁，共三十一頁。

一般而言，低能γ射線通過高原子序數(shù)物質時以光電效應為主；中能γ射線通過低原子序數(shù)物質時以康普頓效應為主；而高能γ射線通過高原子序數(shù)物質時以電子對生成效應為主。γ射線與物質相互作用產生的光電子、康普頓電子、生成電子對等次級電子可以