核医学物理简介

核医学诊断所用的正电子ECT(简称PET)影像设备 就是利用该原理而成像。
二、β衰变
173N(9.96min)
β+( 100 %)
1 . 24 MeV
1212Na(2.60a)
β+( 90 %)
0 . 545 MeV
1.275MeV
13 6
C
(
a
)
13 7
N
22 10
Ne
(
b
)
22 11
Na
第一节 原子核的基本性质
第一节定性
一、核素及分类
1. 核素 将具有确定数目的中子和质子状态的原子核称为核素
(nuclide)
A Z
X
10 B 10 Be 是两种不同的核素，它们的A相同，但Z不同
7 Be 9 Be 是两种独立的核素，它们的Z相同，但N不同
一、α衰变
用A Z
X
代表母核，AZ－－42Y 代表子核，则α衰变反应式为
A Z
X
Y A 4
Z 2
4 2
He
Q
式中Q是衰变时所放出的能量，称为衰变能。
实验表明，发生α衰变的核素中，少数几种核素能 够放射出单能的α粒子，大多数核素将放射出几种不同 能量的α粒子，使子核处于激发态或基态。α射线的能 谱是不连续的线状谱，常伴有γ射线。
一、α衰变
核衰变过程可以用衰变能级图，镭
226 88
Ra
放出α粒子变
成氡222 86
Rn
，其过程为
226 88
Ra(1600a)
2 (5.4%) 4.598MeV
1(94.6%) 4.784MeV
0.32109s
0.188MeV
222 86
Rn(3.82d)
镭的α衰变
226 88
Ra
222 86
Rn
(
a
)
32 15
p
60 28
Ni
(
b
)
60 27
Co
32 15
P
和
60 27
Co
的β﹣衰变
二、β衰变
2．β+衰变 β+粒子是带1个单位正电荷且静止质量与电子相等的粒子。
这种衰变只有在人工放射性核素才能发生。
β+衰变实际上是核内质子数偏多而中子数偏少，母核中
的一个质子（
1 1
p
）同时发出一个正电子和中微子转变为一个
13 7
N
和 22 11
Na
的β+衰变图
二、β衰变
3.电子俘获EC 发生β衰变的原子核俘获一个核外电子，同时放出
一个中微子，使核内一个质子转变为中子的衰变过程 称为电子俘获(electron capture, EC)。
β衰变时母核俘获一个K层电子称K俘获。有L俘获和 M俘获。K层最靠近原子核，K俘获的发生概率最大。
（1）同位素(isotope)
1 1
H
2 1
H
3 1
H
O 16 8
O
17 8
18 8
O
（2）同量异位素(isobar)
99.756%, 0.039%,0.205%
40 18
A
r
40 20
Ca
（3）同质异能素(isomer) 994m3Tc 9493Tc
二、原子核的稳定性
放射性核素(radionuclide):会自发的衰变，放出一些射线. 影响原子核稳定的因素
4 2
H
e
Q
二、β衰变
原子核内释放出电子或正电子的衰变过程统称 为β衰变过程。
子核与母核是相邻的同量异位素。
β衰变的三种形式
β﹣衰变
β+衰变
β衰变
电子俘获EC
二、β衰变
1．β-衰变 其一般过程为
A Z
X
Z A1Y
0 1
e
νe
Q
式中，ν e 是反中微子，它不带电，其静止质量基本
为零。子核与母核是相邻的同量异位素。
反中微子与其他粒子的相互作用极其微弱，它沿地球 直径穿过能量几乎没有损失。
二、β衰变
1．β﹣衰变
1352p(14.26d)
(100 %) 1 .71 MeV
2670Co(5.26a)
2
(0
.2
%)
1.48 MeV
1 (99.8%) 0.31MeV
1 1.17MeV
2 1.33MeV
S32
16
二、β衰变
3.电子俘获 其过程为
0 1
e
A Z
X
Y A
Z -1
νe
Q
一个内层电子被原子俘获后，原子核的外层电子会 立即将这一空位填充这个能量以标识X射线的形式放出； 或者使另一外层电子电离，成为自由电子，这种被电离出 的电子称为俄歇电子(Auger electron)。
二、β衰变
3.电子俘获 右图放射性核素 发生β衰变或电 子俘获后，母核 和子核的质量数 并未发生变化， 只是电荷数改变 了。母核与子核 属于同量异位素
第五章 核医学物理
核医学影像 (nuclear medicine imaging)是核医学诊断 中的重要技术手段。原子核物理学是它的物理学理论基 础 。研究内容
一是研究核力、核结构和核反应等基本问题； 二是研究放射性和射线。
原子核物理学 + 医学 = 核医学物理
第五章 核医学物理
第一节 原子核的基本性质 第二节 原子核衰变的类型 第三节 原子核衰变的宏观规律 第四节 原子核反应 第五节 医用放射性核素的来源
（1）中子数与质子数之间的比例关系
一般排在周期表最前面的“轻核”的质子数和中子数相等
4 2
He
28 14
Si
“重核”一般中子数多于质子数
19 7
7 9
Au
U 238
92
二、原子核的稳定性
Z
1.98
A 0.0155A
2/3
二、原子核的稳定性
（2）核子数的奇偶性 近300种稳定核素，大多数是偶偶核； 质子数和中子数各自成对时，原子核稳定
（3）重核的不稳定性 超过83号元素铋的原子核都不稳定 超过92号元素铀的原子核十分不稳定
第二节 原子核衰变的类型
第二节 原子核衰变的类型
放射性核素自发放出射线变为另一种核素的过 程称为原子核衰变，简称核衰变。
α衰变
放射性核素衰变类型
β衰变
γ衰变
核衰变过程将遵守质量、能量、动量、电荷和 核子数守恒定律。
中子（1 0
n
）的过程。
其一般过程为
A Z
X
Y A
Z -1
0 1
e
νe
Q
式中ν e 是中微子，它不带电，其静止质量基本为零。
子核和母核也是相邻的同量异位素。
二、β衰变
2．β+衰变 β+粒子是不稳定的，只能存在短暂时间，当它被物
质阻碍失去动能后，可与物质中的电子相结合而转化成 一对沿相反方向飞行的γ光子，每个γ光子的能量为 0.511MeV，正好与电子的静止质量相对应。
2565Fe(2.6a)
K EC(100%)
55 25
Mn
55 26
Fe
的电子俘获衰变图
三、 衰变
1. 衰变 原子核从激发态(excited state)回复到基态(ground state)，
以发射 光子释放过剩的能量，这一过程称为 衰变。
激发态的原子核常是在α衰变、β衰变或核反应之后形 成。