核医学教学课件：医用核物理基础

核衰变方式
• 核处于不稳定状态的原因不同，其衰变 有不同的方式。
• 以下介绍5种衰变方式及4种射线 • 5种衰变方式: α、β─、β╋、 k、γ • 4种射线 : α、β─、β╋、γ
核衰变类型（nuclear decay)
• α衰变 • 核衰变时放射出α粒子的衰变。
AZX--A-4Z-2Y+42He+Q
γ
4He
α粒子特性
• α粒子实质上是He原子核， • α衰变发生在原子序数大于８２的重元素核素 • α粒子的速度约为光速的1/10，即２万km/s，
2s绕地球１周。 • 在空气中的射程约为３－８cm，在水中或机体
内为0.06-0.16mm。 • 因其质量大，射程短，穿透力弱，一张纸即可
阻挡 • 但α粒子的电离能力很强。
• 派生单位有毫居里，mCi , 即1/1000 Ci
•
微居里，μci, 即1/1000 mCi
半衰期
• 因为衰变的原因，样品的放射性活度总是随时间而减 少，半衰期是描述放射性核素衰变速率的指标。
• 放射性活度因核衰变而减少到原有的一半所需要的时 间称作“物理半衰期”
• 目前通常用AX表示 各种核素，如131I。
2、原子核的能级
• 原子核具有一定 的能量。
• 最低能量状态， 即“基态”；
• 较高的能量状态， 为激发态，这时 用 符 号 m, 即 AmX 表示。
• 例如99mTC
二、元素、同位素、同质异能素、核素
1、元素 • 质子数相同的原子称为一种元素，它们的原
• 核衰变时原子 核 从内层轨道（K）俘获一 个电子，使核内一个质子转化为一个中 子。 它是核内中子数相对不足所致。
γ
P+e- n
特征X线 Auger 电子
γ衰变
• γ衰变是伴随其它衰变而产生； 上 述 四 种衰变形成的子核可能处于激发态
• 核素由激发态向基态或高能态向低能态 跃迁时放出γ射线的过程也称为γ跃迁 (γtransition)；γ衰变后子核质量数 和原子序数均不变，只是能量改变。
γ
内转换电子
γ射线特性
• γ射线为光子流，不带电，穿透力强， 电离能力弱；
• γ射线在真空中速度为30万km/s。
三种衰变的比较
• α衰变质量、质子数都变； • β衰变质子数变，质量数不变； • γ衰变质子、质量数都不变，而能量改
变。
五、核衰变规律
• 放射性核素是不稳定的，它要自发地发 生衰变而变成新元素的核。
放射性活度
• 单位时间内原子核衰变的数量称为
"放射性活度"即入N
• 放射性活度的单位
• 国际单位专门名称是“贝可”( Becqurel, Bq )
• 定义是每秒一次衰变。 1Bq=1S-1
• 派生单位：千贝可，KBq；百万贝可，MBq
• 以前的专用单位是“居里”（Ci）
• 1居里是每秒3.7×1010次衰变，即3.7×1010 Bq
子序数相同，但原子核中的中子数可以不同， 例如碘元素中有几种不同的核。
2、同位素
同一元素中，有些原子质子数相同而中子数不同，
则称为该元素的同位素，
如上例各种碘互为碘的同位素。
3、同质异能素
如果原子的质子数相同，中子数也相同， 但是核的能级状态不同，那么它们互为同质异能素。
• 例如： • 99Tc和99mTc
2、β衰变
• 原子核发射出电子的衰变为β衰变。 • β衰变发射的射线分为β━射线或β+射线
β衰变
β━衰变 β+衰变
β衰变
• 核衰变时放射出β粒子或俘获轨道电子 的衰变。
• β衰变后核素的原子序数可增加或减少 但质量数不变。
• 分β－衰变、β＋衰变和电子俘获三种 类型。
• β粒子的速度为20万km/s。
衰变常数 Decay constant(λ)
• 衰变常数λ : 单位时间内核衰变的数目(活度）占当时放射性核数 目的比率：λ=A / N – 核素物理特征常数，与外界环境无关 – 不同核素衰变常数不同 – λ越大，衰变越快
• 例如 – λ=0.02/s=2%/s, 表示1秒钟内有2%的核衰变 – N=10000，则A=0.02/s×10000=200/s, 表明放射性核数目每秒 减少200个，即每秒有200个核发生衰变。
医用核物理基础
一、原子结构
原子核由 质子（Proton；P) 中子（Neutron；N） 组成，
质子和中子统称为 核子（Nucleon）。
Z&A
• 质子带一个单位的正 电荷，中子不带电荷。
• 核内的质子数称为原 子序数，用符号Z表 示；
• 核内质子和中子数之 和即原子质量数，用 A表示。
原子核的表示符号
4、核素
把质子数相同，中子数也相同， 核能级处于同一状态的一类原子， 称为一种核素。 下面是六Leabharlann Baidu不同的核素 123I, 125I, 127I, 131I, 99mTc, 99Tc
三、稳定性核素和放射性核素
• 稳定性核素 • 不稳定核素 (放射性核素）
四、放射性衰变
• 放射性核素发生核内结构或能级的变化，同时 自发地放出而变为出一种或一种以上的射线而 转变成另一种核素的过程为“核衰变”。
β－衰变
• 衰变时放射出β－粒子。核内中子过多 造成的不平衡。中子转化为质子的过程 。
β－
np+e-
γ
β－粒子的特性
• β－粒子实质是负电子； • 衰变后质量数不变，原子序数加１。 • 能量分布具有连续能谱，穿透力比a粒子大 • 电离能量比a粒子弱，能被铝和机体吸收， • β－粒子在软组织中的射程为厘米水平。
• 放射性原子核并不是同时衰变的，对于 某一个原子核而言，何时衰变是各自独 立没有规律的，但对于某一种原子核的 群体而言，它的衰变是有规律的，即原 子核数目随时间增长按指数规律减少。
N=N0e-λt
放射性核素的数量N及放射性活度A的变化——服从指数衰 变规律
N=N0e-λt
A=A0e-λt N为t时的放射性核素数量 A为t时的放射性核素活度 N0为t=0时的放射性核素数量 A0为t=0时的放射性核素活度 λ为衰变常数
β＋衰变（正电子衰变）
• 衰变时放射出β＋粒子。核内中子过少致 不平衡。质子转化为中子过程
β＋
γ
p n+e+
β＋粒子的特性
• β＋粒子实质是正电子； • 衰变后子核质量数不变，但质子数减１. • β＋也为连续能谱； • 天然核素不发生β＋衰变，只有人工核素
才发生。
电子俘获(electron capture,EC)