第一章-核物理基礎(chǔ)省名師優(yōu)質(zhì)課賽課獲獎?wù)n件市賽課一等獎?wù)n件

第一章核物理基礎(chǔ)第1頁第2頁一.基本概念1.定態(tài)：電子在軌道上運(yùn)行既不吸收也不放出能量狀態(tài)。2.基態(tài)：能量最低定態(tài)。3.激發(fā)態(tài)：能量較高定態(tài)。元素：凡核內(nèi)質(zhì)子數(shù)相同一類原子，稱之為元素。5.核素(nuclide)

：凡原子核內(nèi)質(zhì)子數(shù)、中子數(shù)和核能態(tài)均相同一類原子，稱為一個核素?！?核射線及其與物質(zhì)相互作用第3頁6.同位素(isotope）凡原子核內(nèi)質(zhì)子數(shù)相同,而中子數(shù)不一樣一類原子，彼此互稱為同位素,比如：

1H、2H、3H互稱為同位素,每種同位素也是一個核素。同位素之間含有完全相同核外電子結(jié)構(gòu)，宏觀化學(xué)性質(zhì)和體內(nèi)生物學(xué)行為。同質(zhì)異能素(isomer)核內(nèi)質(zhì)子數(shù)和質(zhì)量數(shù)均相同，但所處能量狀態(tài)不一樣核素。如99Tc與

99mTc；111In與111mIn等。第4頁8.放射性核素：指原子核不穩(wěn)定,易自發(fā)地發(fā)生核內(nèi)成分或能態(tài)改變而轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪缓怂?，同時釋放出一種或一個以上射線。放射性核素按其起源可分為天然和人工兩大類。9.穩(wěn)定性核素：普通不會自發(fā)地發(fā)生核內(nèi)成份或能態(tài)改變，或者發(fā)生幾率極小。已知2700各種核素中，穩(wěn)定性核素不足300種，其余為放射性核素。第5頁二.放射性核素原子核不穩(wěn)定原因只有兩種力平衡原子核才是穩(wěn)定第6頁三.影響原子核平衡力原因①中子質(zhì)子百分比不平衡，主要發(fā)生β衰變；②核子總數(shù)過多：（Z＞83），均為放射性核素，主要發(fā)生α衰變.第7頁§2核衰變方式1.α衰變(alphadecay)：指母核放出一個α粒子過程。發(fā)生條件：A>160或Z>83實質(zhì)：氦原子核通式：AZX→A-4Z-2Y+42He+Q

實例：22688Ra→22286Rn+α+4.86Mevα特性：質(zhì)量大，電荷多，射程短，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(xué)顯像用。但α粒子對局部電離作用強(qiáng)，對開展體內(nèi)惡性組織放射性核素治療含有潛在優(yōu)勢。第8頁2.β衰變(betadecay)(1)

β-衰變：指母核放出一個負(fù)電子過程。發(fā)生條件：中子過剩原子核。實質(zhì)：負(fù)電子,高速運(yùn)動電子流。通式：AZX→AZ+1Y+β-++Q實例：3215P→3216S+0-1e++1.711Mevβ-特性：射程及穿透力較α粒子強(qiáng)，2Mevβ-粒子在軟組織中射程約為2cm，仍不能用于核醫(yī)學(xué)顯像，但一些β-核素可用于核素治療，如：131I用于治療甲亢和甲狀腺癌，32P可用于血液病和皮膚病治療等。第9頁(2)β+衰變：指母核放出一個正電子過程。發(fā)生條件：發(fā)生在中子缺乏核素，也可認(rèn)為是質(zhì)子過剩.發(fā)生β+衰變核素都是人工放射性核素.實質(zhì)：由核內(nèi)產(chǎn)生,向外發(fā)射正電子。通式：AZX→AZ-1Y+β++υ+Q實例：

137N→136C+β++υ+1.190Mevβ+特性：質(zhì)量與電荷數(shù)與電子相同，只是電荷性質(zhì)相反,其射程僅1-2mm即發(fā)生湮滅輻射。第10頁(3).電子俘獲(electroncapturedecay，EC)：核內(nèi)一個質(zhì)子能夠俘獲一個核外電子并發(fā)射一個中微子而轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€中子.發(fā)生條件：中子相對過少放射性核素。實質(zhì)：核內(nèi)一個質(zhì)子俘獲一個電子而轉(zhuǎn)變?yōu)橹凶印Ｍㄊ剑篈ZX+-e→AZ-1Y+υ+Q實例：

12553I+-e→12552Te(碲)+υ+0.0355Mev貧中子核素:Z較小時β+衰變?yōu)橹?Z較大時EC為主;中等Z范圍內(nèi),各以一定概率發(fā)生.第11頁標(biāo)識X射線：當(dāng)發(fā)生電子俘獲時，因為核外電子殼層缺乏一個電子，留下一個空位，使外層電子向內(nèi)層補(bǔ)充，同時將多出能量以X線形式放出，稱為標(biāo)識X射線。俄歇電子：如不足以釋放X射線，而是把能量傳給殼層電子，使之脫離軌道，形成自由電子，稱為“俄歇電子”。第12頁第13頁3.γ躍遷(γtransition)

又稱同質(zhì)異能躍遷(isomerictransition)：原子核發(fā)生α衰變、β衰變后子核吸收衰變能處于激發(fā)態(tài)，激發(fā)態(tài)子核向基態(tài)過渡時將多出能量以電磁輻射或光子流形式釋放出去，這種電磁輻射或光子流稱為γ射線，這個過程稱為γ衰變。是一個繼發(fā)核衰變。條件：伴隨其它衰變繼發(fā)發(fā)生實例：99MOβ-

99mTc

γ99Tc實質(zhì)：高速運(yùn)動光子流γ射線特征：射程極大，極強(qiáng)穿透力，電離能力相對其它射線最弱;內(nèi)轉(zhuǎn)換(internalconversion)：第14頁射線αβγ本質(zhì)氦原子核電子流光子流穿透力弱較強(qiáng)最強(qiáng)電離能力最強(qiáng)較強(qiáng)弱內(nèi)照射危害最大較大小外照射危害小較大最大第15頁第16頁第17頁§3核衰變規(guī)律一、核衰變規(guī)律：把放射性核素數(shù)目作為一個群體進(jìn)行研究，發(fā)覺放射性核素數(shù)目都隨時間t按指數(shù)規(guī)律衰減。

衰變公式：N=Noe-λtN=N0e-t第18頁二、半衰期1、物理半衰期(T1/2)：放射性核素因為衰變,其原子核數(shù)目或活度降低到原來二分之一所需時間,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，核衰變公式可改寫成：N=Noe-0.693t/T1/2或A=A0e-0.693t/T1/2按照這一公式，可依據(jù)某種放射性核素半衰期和其出廠到使用時間隔時間（t）計算出使用時放射性活度。第19頁三、放射性活度及其單位(一)放射性活度：單位時間內(nèi)核衰變次數(shù)，用A來表示。(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。舊有單位:居里(ci)1TBq=103GBq=106MBq=109KBq四、放射性比活度及單位單位質(zhì)量（摩爾、容積）物質(zhì)所含放射性多少,后者常稱為放射性濃度。第20頁§4核射線與物質(zhì)相互作用一、帶電粒子與物質(zhì)相互作用(一)電離與激發(fā)(ionizationandexcitation)電離：指帶電粒子與物質(zhì)相互作用,使物質(zhì)中中性原子變成離子正確過程。激發(fā)：假如核外電子所獲動能不足以使之成為自由電子，只是從內(nèi)層躍遷到外層，從低能級躍遷到高能級,這一過程稱之激發(fā)。電離密度：單位路徑上形成離子正確數(shù)目。它表示是射線電離作用強(qiáng)弱量。與帶電粒子所帶電荷數(shù)、行進(jìn)速率及被作用物質(zhì)密度相關(guān)，α>β>γ。第21頁(二)韌致輻射：較高能量β-可能在行進(jìn)過程中抵達(dá)原子核附近，這時會受到庫倫電場作用而急劇減速，損失能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡姶泡椛湟訶射線形式釋放出去，這種輻射稱為韌致輻射。韌致輻射發(fā)生幾率與帶電粒子質(zhì)量平方成反比,與β-粒子能量及被作用物質(zhì)原子序數(shù)平方成正比。所以，韌致輻射應(yīng)選取原子序數(shù)低材料作為屏蔽材料，比如鋁、有機(jī)玻璃等。(三)湮沒輻射：β+經(jīng)過物質(zhì)時，在原子核及核外電子作用下急劇減速直至停頓，靜止后正電子與環(huán)境中一個負(fù)電子結(jié)合，生成一對發(fā)射方向相反能量各為0.511Mevγ光子，這個過程稱為湮沒輻射，湮沒輻射是PET顯像基礎(chǔ)。(四)吸收和射程第22頁第23頁二、γ射線（X射線）與物質(zhì)相互作用(一)

光電效應(yīng)(photoelectriceffect)：發(fā)射光電子原子內(nèi)層電子出現(xiàn)空位，故可發(fā)射特征X射線。發(fā)生條件:多發(fā)生在低能量：＜0.5MeV。第24頁（二）康普頓效應(yīng)(Comptoneffect)：發(fā)生條件:

多發(fā)生在中等能量：0.5-1.0MeV?？灯疹D電子康普頓散射光子第25頁(三)電子對生成效應(yīng)(pairproduction)：

可看作湮沒輻射逆過程。發(fā)生條件:

發(fā)生在能量足夠大光子＞1.02MeV第26頁第27頁第28頁三、中子與物質(zhì)相互作用（一）彈性散射（碰撞）：中子將一部分能量傳給被碰撞原子核，使其脫離電子層而運(yùn)動形成反沖核，反沖核使物質(zhì)其它原子發(fā)生電離和激發(fā)，而中子本身速度減慢，方向改變，這種現(xiàn)象稱為彈性散射。試驗表明：中子與其質(zhì)量相近原子核碰撞時損失能量最多（如氫核），