放射性衰变基本知识(共32张PPT)

〔二〕康普顿效应(Compton effect)：
当光子的能量远大于壳层电子的 结合能时，γ光子将其局部能量传给被 作用物质原子核的核外电子，使其脱离 原子核的束缚成为自由电子，这个自由 电子称为康普顿电子，γ射线失去局部 能量改变运动方向射出，称为康普顿散 射光子，这个过程称为康普顿效应。
(三)电子对生成效应(pair production)： 能量超过1.02Mev的γ射线与物质相
半衰期和其出厂到使用时的间隔时间〔t〕计 比方125I(碘)衰变式如下：
(三) 湮没辐射：β+与物质相互作用会受到原子核电场的吸引，正负电子结合成为一对能量各为0.
算出使用时的放射性活度。 一、衰变规律：对大量放射性核的群体进行研究，发现其衰变遵循一种普遍的衰减规律，即各种放射性核的群体〔样品〕其总的放射性核的数目
二、衰变类型
(一)α衰变(alpha decay)：指母核放出一 个α粒子〔氦原子核〕的过程。
比方226Ra(镭)衰变式如下：
226Ra→222Rn+α+4.86Mev
α粒子的质量大且带电荷，故射程短，穿透 力弱，在空气中只能穿透几厘米，一张纸就可 屏蔽，因而不适合作核医学显像用。但α粒子 对局部的电离作用强，对开展体内恶性组织的 放射性核素治疗具有潜在的优势。
射线通过低原子序数物质时以康普顿效 应为主；而高能γ射线通过高原子序数 物质时以电子对生成效应为主。
γ射线与物质相互作用产生的光 电子、康普顿电子、生成电子对等次 级电子可以进一步引起物质的电离和 激发。
三、中子与物质的相互作用
〔一〕弹性散射〔碰撞〕：中子将一局部能 量传给被碰撞的原子核，使其脱离电子层而 运动形成反冲核，反称为弹性散射。实验说明： 中子与其质量相近的原子核碰撞时损失的能 量最多〔如氢核〕，所以，中子易于被含氢 多的物质如水、石蜡等减速吸收，这在中子 防护上具有重要意义。
的数目N都随时间t按指数规律衰减。 衰变公式： N=Noe-λt
该式是表示核衰变的根本公式，适用于任何 一种单一存在的放射性核素。
二、半衰期 〔一〕物理半衰期(T1/2)：放射性核素由于衰 变,其原子核数目或活度减少到原来一半所需的 时间,用T 1/2表示。 〔二〕生物半衰期(Tb)： 放射性核素由于生 物代谢,其原子核数目或活度减少到原来一半所 需的时间。
99mTc→99Tc+γ 2、内转换(internal conversion)：激发态的 原子核从激发态跃迁到基态时不放出γ射线， 而将多余的能量直接交给核外壳层电子，使轨 道上的电子获得足够能量后脱离轨道成为自由 电子称之为内转换，该自由电子称为内转换电
§3 核衰变规律
一、衰变规律：对大量放射性核的群体进行研 究，发现其衰变遵循一种普遍的衰减规律，即 各种放射性核的群体〔样品〕其总的放射性核
〔二〕β衰变(beta decay) (1)β-衰变：指母核放出一个负电子的过程。
β-衰变发生在中子过剩的原子核。 比方：32P(磷)衰变式如下：
32P→32S+e-1+ υe +1.711 Mev
β-衰变时放出一个β-粒子和反中微子， 核内一个中子转变为质子，因而子核比母核中 子数减少1，原子序数增加1，原子质量数不变。 β-射线的本质是高速运动的电子流，β-衰变 时，衰变能随机分配给β-粒子和反中微子， 因而β-粒子的能量分布形成连续能谱。
同位素
四、同质异能素〔 isomer〕 核内质子数和 中子数均相同，但所处能量状态不同的核素。 如99Tc与99mTc，99mTc是处于激发态的原子 核，激发态向基态过渡时将放出多余的能量。
§2 核的稳定性和放射性衰变
一、原子核的稳定性：取决核子之间的引力 和短程核力。只有当核子总数以及中子数和质 子数的比例在一定的范围内才能使这两种力平 衡，原子核才是稳定的。
二、核素(nuclide) 具有特定的质量数、原 子序数和核能态的原子，统称为核素。可用 通式AX表示,目前的元素虽仅100多种，但的 核素却有2700多种。核素可分为稳定性核素 与放射性核素二种，其中绝大多数为放射性 核素。 三、同位素〔isotope〕凡原子核内质子数 相同(原子序数相同),而中子数不同的一类 原子，彼此互称为同位素, 比方：1H、2H、 3H互称为同位素。每种同位素也是一种核 素。
(一)α衰变(alpha decay)：指母核放出一个α粒子〔氦原子核〕的过程。 引入半衰期概念以后，核衰变的公式可改写成： β-粒子穿透力弱，例如2Mev的β-粒子在软组织中的射程约为2cm，不能用于核医学显像。 一般而言，低能γ射线通过高原子序数物质时以光电效应为主； β-粒子穿透力弱，例如2Mev的β-粒子在软组织中的射程约为2cm，不能用于核医学显像。 原子核是由质子〔p〕和中子(n)组成的，质子和中子统称为核子〔nucleon〕，质子带正电，其电量与电子的电量相等，中子不带电。 (三) 湮没辐射：β+与物质相互作用会受到原子核电场的吸引，正负电子结合成为一对能量各为0. (三) 湮没辐射：β+与物质相互作用会受到原子核电场的吸引，正负电子结合成为一对能量各为0. 125I+e-→125Te(碲)+υ+0. 125I+e-→125Te(碲)+υ+0. 〔三〕有效半衰期(Te)：放射性核素由于生物代谢和衰变的共同作用,其原子核数目或活度减少到原来一半所需的时间。 该式是表示核衰变的根本公式，适用于任何一种单一存在的放射性核素。 每种同位素也是一种核素。 但α粒子对局部的电离作用强，对开展体内恶性组织的放射性核素治疗具有潜在的优势。 〔三〕γ跃迁(γ transition)
β-粒子穿透力弱，例如2Mev的β-粒子在软组织 中的射程约为2cm，不能用于核医学显像。某些 β-核素可用于核素治疗，例如：131I用于治疗甲 亢和甲状腺癌，32P可用于血液和皮肤病的治疗。
(2)β+衰变：指母核放出一个正电子的过 程。发生在中子相对缺乏的核素，也可认为 是质子过剩。比方：13N(氮)衰变式如下：
〔二〕核反响：快中子与物质的原子 核作用放出带电粒子而形成新核的过 程称为核反响。形成的新核如果是放 射性核素那么继续衰变放射出β、γ 射线，使物质原子产生电离或激发， 称为感生放射性。中子与物质相互作 用产生核反响是中子反响堆工作的根 底，也是中子弹的杀伤因素。 比方 23Na+10n→24Na+γ可写成23Na(n、 γ) 24Na 等 。
13N→13C+β++υ+1.190 Mev 衰变时放出一个β+粒子和中微子，核内一个 质子转变为中子。正电子的射程仅1-2mm即发生 湮灭辐射。
(3)电子俘获(electron capture decay，EC) 核内的一个质子可以俘获一个核外电子并发 射一个中微子而转变为一个中子，所形成的 子核质量数不变，原子序数少1。
单位时间内核衰变的次数 比方：13N(氮)衰变式如下： ，用dps或dpm
来表示。
(二)放射性活度单位：在国际单位制(SI)中， 放射性活度专名是贝可勒尔(Bequeral)，简 称贝可，符号是Bq，单位是秒-1(s-1)其派生 单位有KBq、MBq、GBq和TBq。
1TBq=103GBq=106MBq=109KBq 四、放射性比活度：单位质量〔摩尔、容积〕 物质所含放射性的多少。
互作用，γ光子在原子核电场的作用下产 生一对正负电子，这种作用称为电子对生 成效应。1.02Mev的能量是产生一对正负电
子的最低极限值。
γ射线与物质相互作用时产生的光电
效应、康普顿效应和电子对生成效应的几率
，随γ光子的能量和物质原子序数的不同 而不同。
一般而言，低能γ射线通过高原子 序数物质时以光电效应为主；中能γ
激发：如果核外电子所获动能缺乏以使 之成为自由电子，只是从内层跃迁到外
层，从低能级跃迁到高能级。
电离密度：单位路径上形成的离子对的数 目。它表示的是射线电离作用强弱的量。
〔二〕韧致辐射：β-与物质相互作用 会受到原子核电场的排斥，将局部能 量以电磁辐射或光子流的形式释放出 去，这种电磁辐射或光子流称为韧致 辐射。韧致辐射的发生几率与β-的能 量及被作用物质的原子序数成正比。 在实际工作中，为了尽可能地减少β 射线产生的韧致辐射，应该选用原子 序数低的材料作为屏蔽材料，比方铝、 有机玻璃等。
单位是MBq/mg、GBq/mg、TBq/g或MBq/mmol、 GBq/mmol、MBq/ml。后者常称为放射性浓度。
§4 射线与物质的相互作用
一、带电粒子与物质的相互作用 (一)电离与激发(ionization and
excitation) 电离：指带电粒子与物质相互作用使物质
中的中性原子变成离子对的过程。
N都随时间t按指数规律衰减。 单位时间内核衰变的次数，用dps或dpm来表示。
三、放射性活度及其单位 引入半衰期概念以后，核衰变的公式可改写成：
比方：13N(氮)衰变式如下： 32P→32S+e-1+ υe +1.
(一)放射性活度 能量较高的定态称为激发态〔Excited state〕。
二、核素(nuclide) 具有特定的质量数、原子序数和核能态的原子，统称为核素。
比方125I(碘)衰变式如下：
125I+e-→125Te(碲)+υ+0.0355 Mev。 原子核发生电子俘获后，外层电子留下 一个空轨道，更外层电子填补空轨道，将多余 的能量以电磁辐射或光子流的形式释放出去， 这种电磁辐射或光子流称为“标识X线〞 。
〔三〕γ跃迁(γ transition)
1、同质异能跃迁(isomeric transition)：原 子核发生α衰变、β衰变后的子核吸收衰变能 处于激发态，激发态的子核向基态过渡时将多 余的能量以电磁辐射或光子流的形式释放出去， 这种电磁辐射或光子流称为γ射线，这个过程 称为γ衰变。99mTc(锝)衰变式如下：
原子是由原子核和核外电子组成的，原子核带正电，核 外电子带负电，整个原子呈电中性的。核外电子在轨道上运 动时不吸收也不辐射能量的状态称为定态〔Stationary state〕；能量最低的定态称为基态〔Ground state〕；能量 较高的定态称为激发态〔Excited state〕。
原子核是由质子〔p〕和中子(n)组成的，质子和中子 统称为核子〔nucleon〕，质子带正电，其电量与电子的电 量相等，中子不带电。质子数和中子数之和称为原子核的 质量数(A)。
(三) 湮没辐射：β+与物质相互作用会受到 原子核电场的吸引，正负电子结合成为一对能 量各为0.511Mev的光子，这个过程称为湮没 辐射，湮没辐射是PET显像的根底。 〔四〕吸收和射程 ：
吸收：带电粒子引起电离和激发的同时逐步损 失能量，当其动能全部或接近全部消失时，原 来的射线不在存在，这一现象称为射线的吸收。 射程：射线从入射到完全消失所经过的直线距离 称为射线的射程。α﹤β﹤γ
〔三〕有效半衰期(Te)：放射性核素由于生物 代谢和衰变的共同作用,其原子核数目或活度 减少到原来一半所需的时间。
三者的关系可用下式表示：Te=〔T1/2·Tb〕／ 〔T1/2+Tb〕
引入半衰期概念以后，核衰变的公式可
改写成：
N=Noe-0.693t/T1/2
99mTc→99Tc+γ
或A=A0e-0.693t/T1/2 (1)β-衰变：指母核放出一个负电子的过程。
但α粒子对局部的电离作用强，对开展体内恶性组织的放射性核素治疗具有潜在的优势。
按 照 这 一 公 式 ， 可 根 据 某 种 放 射 性 核 素 的 当光子的能量远大于壳层电子的结合能时，γ光子将其局部能量传给被作用物质原子核的核外电子，使其脱离原子核的束缚成为自由电子，这个
自由电子称为康普顿电子，γ射线失去局部能量改变运动方向射出，称为康普顿散射光子，这个过程称为康普顿效应。 衰变公式： N=Noe-λt
二、γ射线〔X射线〕与物质的相互作用 (一)光电效应(photoelectric effect)： 光子与物质相互作用，将所有的能量都传给被作 用物质原子核的核外电子，使其脱离原子核的束 缚成为自由电子，这个自由电子称为光电子，这 个过程称为光电效应〔由光子到电子〕。发射光 电子的原子内层电子出现空位，故可发射特征X 射线。