第一篇核醫(yī)學(xué)核物理基礎(chǔ)課件

1、第一篇核醫(yī)學(xué)核物理基礎(chǔ)第一篇核醫(yī)學(xué)核物理基礎(chǔ)第一篇核醫(yī)學(xué)核物理基礎(chǔ)第一節(jié) 原子的基本結(jié)構(gòu)2021/4/272第一篇核醫(yī)學(xué)核物理基礎(chǔ)第一篇核醫(yī)學(xué)核物理基礎(chǔ)第一篇核醫(yī)學(xué)核物原子核中子質(zhì)子電子+第一節(jié) 原子的基本結(jié)構(gòu)2021/4/272原子核中子質(zhì)子電子+第一節(jié) 原子的基本結(jié)構(gòu)2021/4核素 ：具有特定質(zhì)量數(shù)、原子序數(shù)與核能態(tài)，其平均壽命長(zhǎng)得足以被觀測(cè)的一類(lèi)原子稱(chēng)為核素。核素及符號(hào)表示核 素質(zhì)子數(shù)中子數(shù)質(zhì)量數(shù)符 號(hào)氦-42244He碳-12661212C碳-13671313C碳-14681414C穩(wěn)定核素 原子核穩(wěn)定，不會(huì)自發(fā)衰變的核素稱(chēng)為穩(wěn)定核素。放射性核素 原子核處于不穩(wěn)定狀態(tài)，需通過(guò)核內(nèi)結(jié)構(gòu)

2、或能級(jí)調(diào)整才能趨于穩(wěn)定的核素,稱(chēng)為放射性核素（radionuclide）。2021/4/273核素 ：具有特定質(zhì)量數(shù)、原子序數(shù)與核能態(tài)，其平均壽命長(zhǎng)得足以定義：具有相同原子序數(shù)，但質(zhì)量數(shù)不同的核素互為同位素。即質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同的核素。同位素圖2-2 氕、氘、氚互為同位素 2021/4/274定義：具有相同原子序數(shù)，但質(zhì)量數(shù)不同的核素互為同位素。即質(zhì)子同質(zhì)異能素定義：具有相同質(zhì)量數(shù)和原子序數(shù)，處于不同核能態(tài)的一類(lèi)核素稱(chēng)同質(zhì)異能素。基態(tài)的原子和激發(fā)態(tài)的原子互為同質(zhì)異能素(isomer)。 同質(zhì)異能素2021/4/275同質(zhì)異能素定義：具有相同質(zhì)量數(shù)和原子序數(shù)，處于不同核能態(tài)的一 氚發(fā)生-衰變

3、，衰變?yōu)楹?第二節(jié) 核衰變定義：放射性核素由于核內(nèi)結(jié)構(gòu)或能級(jí)調(diào)整，自發(fā)地釋放出一種或一種以上的射線并轉(zhuǎn)化為另一種核素的過(guò)程, 稱(chēng)為核衰變(nuclear decay)。 2021/4/276 氚發(fā)生-衰變，衰變?yōu)楹?第二節(jié) 衰變一、核衰變的類(lèi)型定義：衰變時(shí)放射出粒子的衰變稱(chēng)衰變( decay) 。 衰變發(fā)生于原子序數(shù) 82的核素。 + + Q 2021/4/277衰變一、核衰變的類(lèi)型定義：衰變時(shí)放射出粒子的衰變稱(chēng)衰變-衰變定義：釋放出-粒子的衰變稱(chēng)-衰變(- decay) 。 -衰變發(fā)生于富中子核素，實(shí)質(zhì)上是原子核的一個(gè)中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子。 2021/4/278-衰變定義：釋放出-粒子的衰變稱(chēng)-衰

4、變(- deca+衰變定義：釋放出粒子的衰變方式稱(chēng)為衰變( decay)。衰變發(fā)生于貧中子核素，實(shí)質(zhì)上是原子核的一個(gè)質(zhì)子轉(zhuǎn)化為中子。 2021/4/279+衰變定義：釋放出粒子的衰變方式稱(chēng)為衰變( d電子俘獲定義：電子俘獲(electron capture)是指原子核從核外俘獲一個(gè)軌道電子。電子俘獲也發(fā)生在貧中子核素，由于核內(nèi)中子相對(duì)不足而從核外內(nèi)層的電子軌道上俘獲一個(gè)電子，使其一個(gè)質(zhì)子轉(zhuǎn)化為中子。 2021/4/2710電子俘獲定義：電子俘獲(electron capture)是衰變和內(nèi)轉(zhuǎn)換定義：原子核由激發(fā)態(tài)向基態(tài)或由高能態(tài)向低能態(tài)躍遷時(shí)，放出射線的衰變過(guò)程稱(chēng)為衰變 ( decay)。原子

5、核的激發(fā)能也可以直接傳遞給核外的內(nèi)層電子，使之脫離軌道成為自由電子，這一過(guò)程稱(chēng)為內(nèi)轉(zhuǎn)換(internal conversion)。2021/4/2711衰變和內(nèi)轉(zhuǎn)換定義：原子核由激發(fā)態(tài)向基態(tài)或由高能態(tài)向低能態(tài)躍核衰變的基本定律 二、核衰變規(guī)律放射性原子數(shù)或放射性活度隨時(shí)間呈指數(shù)規(guī)律減少。Nt= N0e-t 或 At= A0e-t 衰變常數(shù)放射性核素在單位時(shí)間內(nèi)衰變的概率。是反映放射性核素衰變速度的物理量，是放射性核素的一個(gè)重要特征參數(shù)。衰變常數(shù)越大，放射性核素衰變速度越大。 用表示。單位：h-1, min-1, s-1。2021/4/2712核衰變的基本定律 二、核衰變規(guī)律放射性原子數(shù)或放射性

6、活度隨時(shí) 99Tcm的衰變曲線 2021/4/2713 99Tcm的衰變曲線半衰期 物理半衰期(physical half life)指放射性核素減少一半所需要的時(shí)間。是放射性核素的一個(gè)重要特征參數(shù)。物理半衰期越短表明放射性核素衰變?cè)娇?。用T1/2表示。單位：h, min, s。 物理半衰期2021/4/2714半衰期 物理半衰期(physical half life)指生物半衰期（biological half life）指生物體內(nèi)的放射性核素經(jīng)各種途徑從體內(nèi)排出一半所需要的時(shí)間。用Tb表示。單位：h, min, s。 生物半衰期2021/4/2715生物半衰期（biological hal

7、f life）指生物有效半減期（effective half life）指生物體內(nèi)的放射性核素由于從體內(nèi)排出和物理衰變兩個(gè)因素作用，減少至原有放射性活度的一半所需的時(shí)間。用Teff 表示。單位：h, min, s。 有效半衰期Teff = T1/2 Tb/( T1/2+ Tb) 2021/4/2716有效半減期（effective half life）指生物體放射性活度 定義：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。簡(jiǎn)稱(chēng)活度(radioactivity)。即單位時(shí)間內(nèi)原子核的衰變數(shù)量。A=dN/dt國(guó)際制單位：Bq（貝克），KBq（103 Bq），MBq（106B

8、q），GBq（109 Bq）舊的專(zhuān)用單位：Ci（居里），mCi（103 Ci），Ci（106Ci） 1Bq=1s-1 1Ci=3.71010Bq 2021/4/2717放射性活度 定義：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)第三節(jié) 射線與物質(zhì)的相互作用 一、帶電粒子與物質(zhì)的相互作用電離作用 定義：凡原子或原子團(tuán)由于失去電子或得到電子而變成離子的過(guò)程稱(chēng)為電離（ionization）。2021/4/2718第三節(jié) 射線與物質(zhì)的相互作用 一、帶電粒子與物質(zhì)的相互作用電離密度(ionizationdensity) 單位路徑上形成離子對(duì)的數(shù)目稱(chēng)為電離密度或比電離。 電離密度與帶電粒子的電量、速度以及

9、物質(zhì)密度有關(guān)。激發(fā)作用 定義：如果核外電子獲得的能量不足以使其形成自由電子，只能由能量較低的軌道躍遷到能量較高的軌道，使整個(gè)原子處于能量較高的激發(fā)態(tài)，稱(chēng)為激發(fā)(excitation)。激發(fā)的原子不穩(wěn)定，退激后可釋放出光子或熱量。2021/4/2719電離密度(ionizationdensity)激發(fā)作用 定散射 定義：帶電粒子與物質(zhì)的原子核碰撞而改變運(yùn)動(dòng)方向和/或能量的過(guò)程稱(chēng)為散射(scattering)。僅運(yùn)動(dòng)方向改變而能量不變者稱(chēng)為彈性散射。運(yùn)動(dòng)方向和能量都發(fā)生變化者稱(chēng)為非彈性散射。散射作用強(qiáng)弱與帶電粒子的質(zhì)量有關(guān)，帶電粒子的質(zhì)量越大，散射作用越弱，所以粒子散射一般不明顯，-粒子散射較為明

10、顯。2021/4/2720散射 定義：帶電粒子與物質(zhì)的原子核碰撞而改變運(yùn)動(dòng)方向和/或能韌致輻射 定義：帶電粒子受到物質(zhì)原子核電場(chǎng)的作用，運(yùn)動(dòng)方向和速度都發(fā)生變化，能量減低，多余的能量以X射線的形式輻射出來(lái)，稱(chēng)為韌致輻射(bremsstrahlung)韌致輻射實(shí)際上是一種非彈性散射。2021/4/2721韌致輻射 定義：帶電粒子受到物質(zhì)原子核電場(chǎng)的作用，運(yùn)動(dòng)方向和湮滅輻射(annihilationradiation) 定義：+衰變產(chǎn)生的正電子可在介質(zhì)中運(yùn)行一定距離，能量耗盡時(shí)和物質(zhì)中的自由電子結(jié)合，兩個(gè)電子的靜止質(zhì)量（相當(dāng)于1022keV的能量）轉(zhuǎn)化為兩個(gè)方向相反、能量各為511keV的光子而自

11、身消失，叫做湮滅輻射。2021/4/2722湮滅輻射(annihilationradiation) 定吸收作用 定義：帶電粒子通過(guò)物質(zhì)時(shí)，與物質(zhì)相互作用, 能量不斷損失，當(dāng)射線能量耗盡后，帶電粒子就停留在物質(zhì)中，射線則不再存在，稱(chēng)為吸收(absorption)。 2021/4/2723吸收作用 定義：帶電粒子通過(guò)物質(zhì)時(shí)，與物質(zhì)相互作用, 能量不二、光子與物質(zhì)的相互作用光電效應(yīng) 定義：光子與物質(zhì)原子的軌道電子（主要是內(nèi)層電子）碰撞，把能量全部交給軌道電子，使之脫離原子，光子消失，這種作用過(guò)程稱(chēng)為光電效應(yīng)(photoelectric effect) 。2021/4/2724二、光子與物質(zhì)的相互作用光電效應(yīng) 定義：光子與物質(zhì)原子的軌道康普頓效應(yīng) 定義：光子與原子的核外電子碰撞，將一部分能量傳遞給電子，使之脫離原子軌道成為自由電子，光子本身能量降低，運(yùn)行方向發(fā)生改變，稱(chēng)為康普頓效應(yīng)(Compton effect)。2021/4/2725康普頓效應(yīng) 定義：光子與原子的核外電子碰撞，將一部分能量傳電子對(duì)生成 定義：當(dāng)光子能量1022keV時(shí)（1022keV相當(dāng)于兩個(gè)電子的靜質(zhì)量），其中1022keV的能量在物質(zhì)原子核電場(chǎng)作用下轉(zhuǎn)化為一個(gè)正電子和一個(gè)負(fù)電子，稱(chēng)為電子對(duì)生成(el