腫瘤放射物理學(xué)-物理師資料-1.3-放射性

第二節(jié)放射性一、原子核的穩(wěn)定性不穩(wěn)定核素自發(fā)的放出射線，而變成為另一種核素，這種現(xiàn)象稱為放射性。影響核素穩(wěn)定的因素如下：1、中子數(shù)與質(zhì)子數(shù)之間的比例關(guān)系2、核子數(shù)的奇偶性3、重核的不穩(wěn)定性原子序數(shù)小于82的元素至少存在一種穩(wěn)定核素，而原子序數(shù)大于82的元素都不穩(wěn)定，會(huì)自發(fā)的放射出α粒子或自發(fā)裂變而成為鉛（Z＝82）的同位素。狹長(zhǎng)區(qū)域?yàn)榉€(wěn)定核素的位置。其中心線，可以用一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式表示：二、衰變類型不穩(wěn)定核素自發(fā)的放出射線，而變成為另一種核素，這種現(xiàn)象稱為放射性，這個(gè)過(guò)程稱為放射性衰變，這些核素稱為放射性核素。衰變前的核稱為母核，衰變后的核稱為子核。衰變過(guò)程中釋放的能量稱為衰變能。衰變能等于衰變前后諸粒子靜止質(zhì)量之差所對(duì)應(yīng)的能量，并以子核和發(fā)射粒子動(dòng)能的形式釋放。

原子核的衰變，主要有三種類型，即α、β衰變和γ躍遷。（一）α衰變

α粒子是氦的原子核，它由2個(gè)質(zhì)子和2個(gè)中子組成。α衰變的反應(yīng)式如下前提條件：只有母核與子核的靜止質(zhì)量之差大于α粒子的靜止質(zhì)量時(shí)，衰變能大于零，衰變才能發(fā)生。MeV重核易發(fā)生α衰變。圖1－7從鐳到氡的衰變綱圖（二）β衰變

β衰變包括3種類型：β-衰變、β＋衰變、軌道電子俘獲。1、β-衰變：核內(nèi)中子多，n→變P，放出一個(gè)負(fù)電子。反中微子母核靜止質(zhì)量原子質(zhì)量母核的原子質(zhì)量應(yīng)大于子核的原子質(zhì)量β-的能譜特點(diǎn)：兩端低、中間高的連續(xù)譜分布。

由于在一次衰變時(shí)會(huì)發(fā)射出兩個(gè)粒子，子核的動(dòng)能可以忽略，所以衰變能近似等于兩個(gè)粒子的動(dòng)能之和。每個(gè)粒子分配到的能量可以是零到衰變能之間的任何值。2、β＋衰變:

核內(nèi)質(zhì)子多，P→變n，放出一個(gè)正電子。

注：式中υ代表中微子。能譜特點(diǎn)：β＋粒子的能譜與β-粒子能譜一樣也是連續(xù)的。母子核的原子質(zhì)量之差應(yīng)大于兩個(gè)電子的靜止質(zhì)量3、軌道電子俘獲

原子核從核外殼層中俘獲一個(gè)軌道電子使核內(nèi)的一個(gè)質(zhì)子轉(zhuǎn)變?yōu)橹凶?，同時(shí)放出中微子的過(guò)程稱為軌道電子俘獲。

電子在子核原子中的結(jié)合能母子核的原子質(zhì)量之差對(duì)應(yīng)能量應(yīng)大于軌道電子結(jié)合能在圖1－6中的穩(wěn)定核素區(qū)的左上方時(shí)，因?yàn)樗闹凶訑?shù)比相應(yīng)的穩(wěn)定同位素的中子數(shù)多而被稱為豐中子核素。豐中子核素容易發(fā)生β-衰變，經(jīng)衰變后，一個(gè)中子變成一個(gè)質(zhì)子，而質(zhì)量數(shù)不變，因此它是沿同量異位線向右下靠攏穩(wěn)定核素區(qū)。相反，如果一個(gè)核素位于穩(wěn)定核素區(qū)的右下方，則被稱為缺中核素。缺中子核素容易發(fā)生β+衰變或軌道電子俘獲反應(yīng)，沿著同量異位線向左上靠攏穩(wěn)定核素區(qū)。（三）γ躍遷和內(nèi)轉(zhuǎn)換

伴隨α或β衰變后發(fā)生。

內(nèi)轉(zhuǎn)換：有些原子核把激發(fā)態(tài)躍遷到較低激發(fā)態(tài)或基態(tài)時(shí)釋放出來(lái)的能量直接交給核外殼層電子（主要是K層電子），使該電子釋放出來(lái)成為自由電子，這個(gè)過(guò)程稱為內(nèi)轉(zhuǎn)換，發(fā)射出的電子稱為內(nèi)轉(zhuǎn)換電子。例：

（Eγ=0.141MeV）是的同質(zhì)異能素。注：三、放射性度量放射性指數(shù)衰變規(guī)律：

放射性活度：是指一定量的放射性核素在一個(gè)很短的時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)生的核衰變數(shù)除以該時(shí)間間隔之商。公式表達(dá)如下：活度的國(guó)際單位是貝可[勒爾]（Bq）。舊單位是居里（Ci）。

1Ci＝3.7×1010Bq＝3.7×1010核衰變/秒λ為衰變常數(shù)半衰期：放射性核素其原子核數(shù)目衰減到原來(lái)數(shù)目一半所需的時(shí)間（T1/2）。半衰期與衰變常數(shù)的關(guān)系為：T1/2的單位是秒，對(duì)半衰期長(zhǎng)的核素可以用分（min）、天（d）、年（a）。平均壽命（τ

）：是指放射性原子核平均生存的時(shí)間。放射性比活度：?jiǎn)挝毁|(zhì)量放射源的放射性活度，單位是Bq/g。衡量放射性物質(zhì)純度的指標(biāo)。例：一臺(tái)60Co治療機(jī)源初裝時(shí)的活度為111TBq（3000Ci），使用5年、10年后源的活度還剩多少？解：將A0＝111TBq，T1/2＝5.27a，t＝5a，代入得，。四、遞次衰變和放射平衡

遞次衰變：放射性核素轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定核素時(shí)往往要經(jīng)過(guò)多次衰變才能完成，這種衰變稱為遞次衰變。衰變過(guò)程中形成的核素系列稱衰變系列。例如，轉(zhuǎn)變?yōu)樾杞?jīng)4次β－衰變

遞次衰變時(shí)任一子體隨時(shí)間變化不僅與本次衰變的衰變常數(shù)有關(guān)，而且與前面所有衰變的衰變常數(shù)有關(guān)。放射性平衡：如果母體的半衰期大于子體的半衰期，當(dāng)經(jīng)過(guò)足夠長(zhǎng)的時(shí)間后，子母體間的放射性活度將保持固定比例，這樣一種狀態(tài)稱為放射性平衡。當(dāng)放射性平衡出現(xiàn)后，子體的衰變速度將與母體相同。五、人工放射性核素在醫(yī)學(xué)中有廣泛的應(yīng)用，如鈷-60、锝-99、鍶-90、銥-192等。制備途徑：（1）反應(yīng)堆中的強(qiáng)中子束照射靶核，靶核俘獲中子而生成放射性核；（主要來(lái)源）（2）中子引起重核裂變，從裂變碎片中提取放射性核素，這樣制備出來(lái)的核素是豐中子核素，通常具有β－衰變。（3）用高能加速器產(chǎn)生放射性核素，這樣制備出來(lái)的是缺中子核素，通常具有β＋衰變，但多是短壽命的。小結(jié)：1．基本概念元素，核素，同位素，原子量，基態(tài)，激發(fā)態(tài)，特征X