腫瘤放射物理學(xué)1課件

放射物理學(xué)第一章核物理基礎(chǔ)第一節(jié)基本概念一、原子結(jié)構(gòu)中心是帶正電的原子核核的周圍是帶負(fù)電的電子在繞核運(yùn)動(dòng)原子核:質(zhì)子和中子組成，質(zhì)子帶正電荷e，中子不帶電，質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子。元素、核素、同位素和同質(zhì)異能素

元素：質(zhì)子數(shù)相同的原子稱為一種元素，它們的原子序數(shù)相同，因此具有相同的化學(xué)特性。但其原子核中的中子數(shù)可以不同，因而物理特性可有某些差異。到目前為止，天然和人工合成的元素有109種，組成元素周期表。

核素：質(zhì)子和中子數(shù)相同，質(zhì)量數(shù)相同，并處于同能量狀態(tài)的原子，稱為一種核素，例如:

為5種不同的核素。目前已知的核素有2300多種，分別屬于100多種元素。、

同位素：質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同，稱為元素的同位素，例如:同質(zhì)異能素：核內(nèi)中子數(shù)和質(zhì)子數(shù)都相同，但核所處能態(tài)不同的核素互為同質(zhì)異能素。例如：正常的鈷元素和鏷元素表示為60Co和234Pa，它們的同質(zhì)異能素則表示為60Com和234Pam等。

和互為氫的同位素。二、原子、原子核能級(jí)

零勢(shì)能規(guī)定：習(xí)慣上規(guī)定當(dāng)電子與核相距無(wú)窮遠(yuǎn)時(shí)，電子所具有的勢(shì)能為零。因此，當(dāng)電子填充核外某一個(gè)殼層時(shí)，其勢(shì)能為負(fù)值。

基態(tài)：電子填充殼層時(shí)按照從低能到高能的順序進(jìn)行，以保證原子處于最低能量狀態(tài)。由于內(nèi)層電子對(duì)外層電子具有屏蔽效應(yīng)，所以實(shí)際電子填充殼層時(shí)，會(huì)出現(xiàn)能級(jí)交錯(cuò)，而不是按殼層順序逐個(gè)填充。

特征輻射與俄歇電子：處于激發(fā)態(tài)的原子很不穩(wěn)定，高能級(jí)的電子會(huì)自發(fā)躍遷到低能級(jí)空位上，從而使原子回到基態(tài)。兩能級(jí)能量的差值一種可能是以電磁輻射的形式發(fā)出，這種輻射稱為特征輻射，當(dāng)特征輻射的能量足夠高，進(jìn)入X射線能量范圍時(shí)，又稱為特征X射線；另一種可能是傳遞給外層電子，使之脫離原子束縛成為自由電子，這種電子稱為俄歇電子，它的能量等于相應(yīng)躍遷的X射線能量減去該電子的結(jié)合能。三、原子、原子核的質(zhì)量

原子質(zhì)量單位定義：1u＝原子質(zhì)量

相對(duì)原子質(zhì)量：原子的質(zhì)量以u(píng)為單位時(shí)測(cè)量得數(shù)。

阿伏加德羅定律：1摩爾任何元素的物質(zhì)包含有NA（6.022×1023）個(gè)原子。

摩爾質(zhì)量：1摩爾物質(zhì)的質(zhì)量，其數(shù)值等于相對(duì)原子質(zhì)量，單位為（g/mol）。第二節(jié)放射性一、原子核的穩(wěn)定性

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。二、衰變類型

放射性、放射性衰變、放射性核素原子核的衰變，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：

MeV發(fā)生α衰變的前提條件：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。（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。稱為反中微子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。發(fā)生β衰變的前提條件：衰變能必須大于零β－衰變：母核的原子質(zhì)量應(yīng)大于子核的原子質(zhì)量。β＋衰變：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。軌道電子俘獲：母子核的原子質(zhì)量之差所對(duì)應(yīng)的能量應(yīng)大于軌道電子的結(jié)合能。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)。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。一般應(yīng)選擇照射時(shí)間小于5個(gè)半衰期。人工放射性核素的生產(chǎn)曲線：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射線，原子結(jié)構(gòu)和能級(jí)，原子核結(jié)構(gòu)和能級(jí)，阿伏加德羅定律，重要基本粒子(光子、電子、質(zhì)子、中子和π介子)的特性。2．放射性原子核的穩(wěn)定性，衰變類型，放射性指數(shù)衰變規(guī)律，放射性活度，半衰期，衰變常數(shù)，平均壽命τ，遞次衰變，放射平衡，放射性比活度，人工放射性核素的生產(chǎn)途徑和其生長(zhǎng)規(guī)律。作業(yè)1：名詞解釋