肿瘤放射物理学1 练习

（1）α衰变 α粒子是氦的原子核，它由 2 个质子和 2 个中子 组成。α衰变的反应式如下
A Z
238 92
X
A4 Z 2
Y He Q
4 2
4 U234 T h 90 2 He 4.8790 MeV
（2）β衰变 β衰变包括3种类型：β-衰变、β＋衰变、轨道电子 俘获。 1、β-衰变： 核内中子多，n→变P，放出一个负电子。
第二节
放射源的种类及照射方式
一、放射源的种类：
1、 γ、 β射线———放射性同位素。 2、普通X射线（KV级）——X线治疗机。 高能X射线（MV级）——加速器。
：
3、根据性质分类 X线与γ线 ——电磁辐射(光子射线） 电子束、质子束、中子束、负π介子束 重 粒子束等——粒子辐射（粒子射线）。
二、放疗的基本照射方式：
放射性指数衰变规律：
N N0 e
t
λ为衰变常数
放射性活度：是指一定量的放射性核素在一个很短的时 间间隔内发生的核衰变数除以该时间间隔之商。公式表达 如下： dN A N A0 e t dt
活度的国际单位是贝可[勒尔]（Bq）。旧单位是居里 （Ci）。 1Ci＝3.7×1010Bq＝3.7×1010核衰变/秒
特征辐射：处于激发态的原子很不稳定，高能级 的电子会自发跃迁到低能级空位上，从而使原子回 到基态。两能级能量的差值一种可能是以电磁辐射 的形式发出，这种辐射称为特征辐射，当特征辐射 的能量足够高，进入 X 射线能量范围时，又称为特 征X射线。
二、 放射性
1、衰变类型
不稳定核素自发的放出射线，而变成为另一种核素， 这种现象称为放射性，这个过程称为放射性衰变，这些 核素称为放射性核素。衰变前的核称为母核，衰变后的 核称为子核。衰变过程中释放的能量称为衰变能。衰变 能等于衰变前后诸粒子静止质量之差所对应的能量。 原子核的衰变，主要有三种类型，即α、β衰变和γ 跃迁。
旁向散射小，次级射线 主要向前，全身反应小
4、旁向散射
五、高能电子束
电子束是带电粒子，由加速器产生。具有以 下临床剂量学特点： ① 在组织中具有一定的射程，射程深度与电
子能量呈正比，从加速器中引出的电子能量可
以调节，可以根据病变的不同深度选择合适的
电子能量作治疗。电子线的能量：
E=3×d(肿瘤深度)+2~3MeV 。
18 18 9 8 18 8


（3）γ跃迁和内转换 伴随α或β衰变后发生。 A m A X Z ZX Q 例：
99 43
Tc Tc （Eγ=0.141MeV）
m 99 43
99 43
t1 / 2 6.02 h
Tc
m
是
99 43
T c 的同质异能素。
3、放射性度量
3、钴-60治疗机的半影问题
半影的定义：射野边缘剂量随离开中心
轴距离增加而急剧变化的范围，用P90-10%或
P 80-20% 表示。有下列三种原因造成钴 -60 治 疗机有半影(图2-1-9)
三、普通X线与高能X线、γ射线的比较
普通X线
1、穿透性 2、皮肤反应 弱，深部剂量低，只适 用于浅部肿瘤治疗 最大剂量吸收在皮肤表 面，皮肤反应重
作业1： 名词解释： 特征辐射、放射性活度 填空题： 1、某放射性元素经过11.4天有7/8的原子核发生 了衰变，该元素的半衰期有——天？
选择题：
1、原子核23892U经放射性衰变①变为原子核
234 234 Pa， Th ，继而经放射性衰变②变为原子核 90 91
再经放射性衰变③变为原子核23492U。放射性衰 变 ①、② 和③依次为 （ A．α衰变、β 衰变和β 衰变 B．β衰变、β 衰变和α衰变
半衰期：放射性核素其原子核数目衰减到原来数目一半 所需的时间（T1/2）。半衰期与衰变常数的关系为：
T1/ 2
ln 2


0.693

T1/2的单位是秒，对半衰期长的核素可以用分（ min）、 天（d）、年（a）。
平均寿命（τ ）：是指放射性原子核平均生存的时间。


0
(dN )t N0
镭-226
平均0.83
1590年
钴-60
1.17 ~1.33 平均1.25
5.24年
铯-137
0.662
33年
化学提纯难， 放射比度不 高 换源问题
铱-192
0.36
74天
2、钴-60远距离治疗机：
是利用放射性同位素钴-60发射出的γ 射线治疗肿瘤的装置。
其产生的γ线平均能量1.25MV 相当
于4MV左右加速器产生的X线。
元素：
质子数相同的原子称为一种元素，它 们的原子序数相同，因此具有相同的化学 特性。但其原子核中的中子数可以不同， 因而物理特性可有某些差异。 到目前为止，天然和人工合成的元素 有109种，组成元素周期表
核素： 质子和中子数相同，质量数相同，并处于 同能量状态的原子，称为一种核素，例如:
1 1
H
六、高线性能量传递射线(高LET射线)
线性能量传递( LET)：是致电离粒子在组织中
沿次级粒子径迹上单位长度的能量转换。
LET 值＜ 100 KeV/μ称之为低 LET 射线，这类 射线的生物效应大小对细胞的含 O 2 情况及细胞的 生长周期依赖较大，即：对乏 O 2 细胞和 G 0 期细胞 作用小。
• 2.约里奥· 居里夫妇因发现人工放射性元素而获 得了1935年的诺贝尔化学奖，他们发现的放射 性元素3015P 衰变成3014Si的同时放出另一种粒 子，这种粒子是什么? 3215P是3015P的同位素， 被广泛应用于生物示踪技术。1 mg 3215P随时间 衰变的关系如图所示，请估计4 mg的3215P经多 少天的衰变后还剩0.25 mg？
（二）放射治疗设备
置。
第四节
常用放射线的物理特性
（2）、几种常见γ线同位素源及其特性
同位素 γ能量 MeV 半衰期 应用 70年代以前 作近距离治 疗 远距离治疗 及高剂量率 后装近距离 治疗 中、低剂量 率后装近距 离治疗 高剂量率后 装近距离治 疗 缺点 能谱复杂 半衰期长 环境污染 半影问题 换源问题
A Z
X
A Z 1
Y

Q
反中微子
32 15
P S Q
32 16

2、β＋衰变: 核内质子多，P→变n，放出一个正电子。
A z A A A X Y Q z 1 z 1Y Q zX
18 9
Q Q FF O O
1、体外照射(外照射)：又称体外远距离照射：指放射 源位于体外一定距离 (80-100厘米)，集中照射人体某一 部位。是最常用的。如X线机、60Co机、X刀等。
2 、体内照射 ( 包括组织间放疗和腔内放疗 ) ：又称近 距离治疗 ( ，指将放射源密封直接放入被治疗的组织内 (组织间放疗 )或放入人体的天然体腔内 (腔内放疗) 进行 照射。放射源与被治疗的部位距离在5cm以内，故称近距 离。限用于肿瘤体积较小，边界较清晰的肿瘤。如腔内、 管内后装，组织间插植等。
2 1
H
3 1
H
226 88
、
Ra
99 43
Tc
为5种不同的核素。目前已知的核素有2300多 种，分别属于100多种元素。
同位素： 质子数相同而中子数不同，称为元素的同 位素，例如:
1 1
H
2 1
H和
3 1
H 互为氢的同位素。
同质异能素： 核内中子数和质子数都相同，但核所处能 态不同的核素互为同质异能素。 例如：正常的钴元素和镤元素表示为60Co和234Pa， 它们的同质异能素则表示为60Com和234Pam等。
90 37 2.9min
90 40
90 38
Zr 需经4次β－衰变
28a 90 39 64h 90 40
90 36
Kr Rb Sr Y Zr
14 s
小结： 1．基本概念 元素，核素，同位素，原子量，基态，激发态， 特征X射线，原子结构和能级，原子核结构和能 级。 2．放射性 原子核的稳定性，衰变类型，放射性指数衰变规 律，放射性活度，半衰期，衰变常数，平均寿命 τ，递次衰变。
高能X线 γ射线
强，深部剂量高，适用 于深部肿瘤治疗 最大剂量吸收在皮下一 定深度（随能量增加深 度增加），皮肤反应轻
3、组织吸收
以光电效应为主，不同 组织之间吸收剂量差别 很大，骨组织损伤大
旁向散射大，射野边缘 以外正常组织受量高， 全身反应较大
以康普顿效应为主，骨、 软组织有同等的吸收剂 量，骨的损伤小
第三节 射线的产生及放射治疗机
（一）电子线与物质相互作用
• 1.弹性散射： 电子穿过原子时改变了入射电子的远动方 向，电子本身状态无变化。
光子与物质的相互作用：
光电效应：光子与原子的内层电子的相互作用
康普顿效应：光子与外层电子的相互作用
电子对效应：光子与原子核的相互作用
• 低能X线有很强的光电吸收； • 高能X线（＞2MeV）几乎全部为康普顿吸收； • 能量＞50 MeV 时，电子对吸收为主要形式。


0
ห้องสมุดไป่ตู้
T1/ 2 te dt 1.44T1/ 2 0.693
t
1
例：
一台60Co治疗机源初装时的活度为111TBq（3000Ci）， 使用5年、10年后源的活度还剩多少？（已知T1/2＝5.27a） 解：将A0＝111TBq，T1/2＝5.27a，代入
A A0e
t
A0e

0.693 t T1/ 2
当t＝5a，t＝10a时，得
A5a 57.5TBq， A10a 29.8TBq 。
4、递次衰变和放射平衡
递次衰变：放射性核素转变为稳定核素时往往要经 过多次衰变才能完成，这种衰变称为递次衰变。衰变过程 中形成的核素系列称衰变系列。
例如，
90 36
Kr 转变为
放射物理学
第一节 核物理基础
一、基本概念
1、原子结构
中心是带正电的原子核
核的周围是带负电的电子在绕核运动 原子核: 质子和中子组成，质子带正电荷， 中子不带电，质子和中子统称为核子。
2、原子序数、元素、核素、同位素和同质异能素
原子序数 ： 任何原子的核外电子数，统称为原子的原子 序数。由于原子是电中性，核内质子数必然等于 核外电子数，因此原子序数同时表示了核外电子 数、核内质子数和核电荷数。
3、原子、原子核能级
基态：电子填充壳层时按照从低能到高能的顺序进行，以 保证原子处于最低能量状态,这种状态称为基态。由于内 层电子对外层电子具有屏蔽效应，所以实际电子填充壳层 时，会出现能级交错，而不是按壳层顺序逐个填充。
激发态：当电子获得能量，从低能级跃迁到高能级而使低 能级出现空位时，称原子处于激发态。
Co60治疗机
γ射线（1.25MV)，单能 需定期换源，随时有射线 产生，防护困难。 半影大，均匀性和对称性 差。
4、剂量率
剂量率高，束流稳定， 剂量计算准确，治疗时 间短
结构复杂，维修复杂费 用昂贵
不断衰减，剂量率不稳定 剂量计算准确性低，治疗 时间延长
结构简单，维修方便，费 用低，经济适用
5、结构与费用
（四）、医用电子直线加速器
除打靶产生高能 X线（ MV)外，还能直接引出
高能电子束，其能量范围4~50MeV之间。
单能X线加速器
单能X线+电子线加速器
双能X线+电子线加速器 三能X线+电子线加速器
二、γ线的产生及钴60治疗机
1、γ线的产生及其特性 （1）产生： γ线是由放射性同位素产生的， 具有不同的能量和半衰期。
-
）
C．β 衰变、α衰变和β 衰变
D．α衰变、β 衰变和α衰变
-
-
-
4.元素X是Y的同位素，分别进行下列衰变 过程:
则下列说法正确的是( ) A.Q与S是同位素 B.X与R原子序数 相同 C.R比S的中子数多2 D.R的质子数少于 上述任何元素
问答题：
• 1.23892U核经一系列的衰变后变为206 82Pb核, 问: (1)一共经过几次α衰变和几次β 衰变? (2)20682Pb和238 92U相比,质子数和中子数各少了 多少? (3)综合写出这一衰变过程的方程.
② 剂量曲线：从表面到一定深度，剂量分布
均匀，达到一定深度后，剂量迅速下降，可保
护病变后面的正常组织。
③ 不同组织如骨、肌肉、脂肪对电子束的吸
收差别不显著，但对组织中气腔应进行剂量效
正。
④ 单野照射治疗表浅及偏心部位的肿瘤。
四、医用加速器与Co60治疗机的比较
医用加速器
1、产生的射线 2、源的特点 3、半影 X线、电子线，多档 不需换源，不加高压无 射线产生防护好。 半影小，射野剂量分布 均匀，对称性好