核化学及其应用简介

原子所释放正电子会与邻近物质的电子结合而互毀 ，在二者湮灭的同时失去电
子质量，转变成方向相反而能量相同的两个伽马射线。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
基础化学（第9版）
第二节 放射性衰变和核化学方程式
二、核化学方程式
1.核化学方程式用于表示核变化过程。其书写方法有别于化学反应方程式。
在方程式中必须明确指出其质子，中子以及电子数和质量数。 2.书写时还必须遵守的原则是： （1）方程式两端的质量数之和相等； （2）方程式两端的质子数之和相等； 例如：写出下列核化学方程式 I-122 β衰变：
核素 5 B 的质量亏损为： EB = 5 ×1.007276 u + 6 × 1.008665 u – 10.811u = 0.27737 u
11
第二节
放射性衰变和核化学方程式
基础化学（第9版）
第二节 放射性衰变和核化学方程式
一、放射性衰变
放射性衰变：放射性核素自发放射出α粒子、β粒子或γ光子，而转变成另一种核素 的现象。
4 （一）α 衰变：产生α 粒子（ ） 2 He
例： 通式：
226 88
4 Ra226 Rn 88 2 He
α 衰变的位移定则：核电荷数减少2，子核在元素周期表中的位置左移2格。
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第二节 放射性衰变和核化学方程式
一、放射性衰变
（一）α 衰变：产生α 粒子（4 ） 2 He
α 粒子带正电荷，穿透能力弱，不适合做核医学显影。 α 粒子射程短，对局部组织电离作用强，引入
（二）具有确定质子数Z、中子数N并处于一定能量状态的原子核是
核素(nuclide)
1. 化学性质相同而核性质不同的核素互称为同位素
234 92
U
235 92
U
238 92
U
2. 质子数和质量数相同但能量状态不同的核素称为同质异能素
60 27
Co
基础化学（第9版）
第一节 核化学的基本概念
三、放射性元素和放射系
（二）我国核化学发展
1950年开展了铀的提取纯化研究。1955年北京建成研究用重水反应堆和回旋 加速器；1964年10月16日我国自主研制的第一颗原子弹爆炸成功，第二年的 6月氢弹试爆成功
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第一节 核化学的基本概念
二、核子、核素和同质异能素
（一）组成原子核的基本粒子，如质子和中子都被称为核子(nucleon)
14 6 0 C14 N 7 -1 e
第三节
放射性核素示踪技术简介 ——PET-CT
基础化学（第9版）
第三节 放射性核素示踪技术简介—PET-CT
一、放射性核素示踪技术基本原理
放射性核素示踪技术的基本原理主要基于以下两个方面：
1. 相同性：即放射性核素及其标记化合物和相应的非标记化合物具有相同的化 学及生物学性质。 2. 可测量性：即放射性核素能发射出各种不同的射线，可被放射性探测仪器所 测定或被感光材料所记录。
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第三节 放射性核素示踪技术简介—PET-CT
二、PET-CT的成像过程
1. 由回旋加速器产生各种正子核种；
2. 由放射化学实验室合成各种所需的正子放射药物；
3. 将放射药物注入人体，并于PET造影仪下扫描；
4. 将所搜集资料重组成影像并加以分析 。
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第三节 放射性核素示踪技术简介—PET-CT
重点难点 掌握 核化学基本概念、放射性衰变、核化学方程式、
PTE-CT的基本原理及其特点。
熟悉 半衰期和放射性活度、放射性碳-14测定年代法、
用于临床诊疗的放射性核素、核反应、核辐射及其 防护。
了解 核化学的发展过程及其应用、PET-CT的成像过程、
核裂变和核聚变、核反应的特点。
第一节
核化学的基本概念
第十六章
核化学及其应用简介
Introduction to Nuclear Chemistry and Its Applications
作者 : 陈朝军 武士奎 单位 : 内蒙古医科大学
目录
第一节 核化学的基本概念
第二节 放射性衰变和核化学方程式
第三节 放射性核素示踪技术简介—PET-CT 第四节 核反应和核辐射
超剂量的核辐射（致电离辐射）会对人体产生损伤，必须采取防护措施。
频率低于可见光的电磁辐射对人体主要是热效应。
谢谢观看
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第二节 放射性衰变和核化学方程式
一、放射性衰变
（四）嬗变：指原子核受中子、质子、α 粒子、重粒子(例如原子核)等轰击而形成
新原子核的人工核反应。
（五）正电子衰变：由于核内中子缺乏致使放射出正电子的衰变，也叫β+衰变。 衰变时发射一个正电子和一个中微子，原子核中一个质子转变为中子。 β+衰变时母核和子核的质量数不变，但子核的核电荷数减少一个单位。 正电子是电子的反粒子，与电子有相同的质量。
三、PET-CT的特点
1. 灵敏度高，定位、定量准确。
2. 伽马射线在体内的衰减因素可完全去除，因此可以准确的测量局部同位
素分布量。 3. 由于人体器官的化学成分中的元素如碳、氧、氮等均可由正子放射性同 位素碳-11、氧-15、氮-13取代，而器官中主要化学成分的氢，又可由氟-18 取代，故PET可用于显示器官的代谢状况其研究范围将无可限量。
人体后，对核素附近的组织产生损伤不影响 远处组织。 在体内恶性肿瘤组织放射性核素 治疗具有潜在优势。
α粒子在电场中发生偏转
+
-
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第二节 放射性衰变和核化学方程式
一、放射性衰变
例：
β衰变的位移定则：子核在元素周期表中的位置右移1格。
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第二节 放射性衰变和核化学方程式
核反应和核辐射
基础化学（第9版）
第四节 核反应和核辐射
一、核反应
核反应是指粒子（如中子、光子、π介子等）或原子核与原子核之间的相互
作用引起的各种变化。核反应通常分为四类：衰变、粒子轰击、裂变和聚变。 第一类为自发发生的核转变，而后三类为人工核反应（即用人工方法进行的 非自发核反应）。
基础化学（第9版）
14 7 1 1 N0 n14 C 6 1H
在碳循环过程中，碳-14因为β衰变丢失，大气层中新的同位素的物质不 断补充直到到达动态平衡，通过两个同位素比率在鲜活物质中保持持续平衡。 但是当一个植物或者动物死亡后，不但不能再从外界摄取含碳化合物，而且 大约每隔(5730±40)年减少为原有量的一半。因此，根据古代遗留下来的有 机物中碳-14 放射性的减少程度，便可测知其死亡的年代。
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第一节 核化学的基本概念
核化学 (nuclear Chemistry)是研究原子核(稳定性的和放射性的)的反应、
性质、结构、分离、鉴定及其在化学中的应用的一门学科。是用化学与物 理相结合的方法研究原子核核性质、核结构、核转变的规律。 放射化学（radiochemistry）主要研究放射性核素的制备、分离、纯化、鉴 定和它们在极低浓度时的化学状态、核转变产物的性质和行为，研究那些 参与化学反应的物质属于或带有放射性同位素的化学反应。 核医学（nuclear medicine）是采用核技术来诊断、治疗和研究疾病的一门新兴 学科。它是核技术、电子技术、计算机技术、化学、物理和生物学等现代科学
一、放射性衰变
β粒子带负电荷，穿透能力弱，但可穿透软组织。
+
-
β粒子在电场中发生偏转
基础化学（第9版）
第二节 放射性衰变和核化学方程式
一、放射性衰变
（三）γ衰变
γ衰变产生γ光子：原子核从高能激发态跃迁回基态放出γ光子的过程。
γ光子不带电荷，运动速度快，电离能力小， 穿透能力强。对组织的局部作用较弱，适合 放射性核素显像。临床上，伽马刀用于肿瘤 治疗。食品和药学上用于灭菌。
药物、放射性废物、核武器爆炸落下的灰尘以及核反应堆和 加速器产生的照射等。
基础化学（第9版）
第四节 核反应和核辐射
四、核辐射和辐射防护
2. 环境中的辐射
按照辐射作用于物质时所产生的效应不同，可将辐射分为致电离辐射与 非电离辐射两类。 致电离辐射：宇宙射线、X射线和来自放射性物质的辐射。 非电离辐射：紫外线、热辐射、无线电波和微波。 两种辐射的危害不同，其防护措施也有所区别。
（一）“天然放射性”和“人工放射性” （二）放射性同位素经过多代子体放射性核素最后衰变生成
稳定核素，这一过程中发生的一系列核反应被称之为放射系
(radioactive series)
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第一节 核化学的基本概念
四、质量亏损与核的结合能
质量亏损 (mass defect)是指原子核的质量小于它所含有的各核子独立存在时的
总质量，这两者的差额称为质量亏损，用Δm表示。减少的能量就是核的结合 能(nuclear binding energy), 用符号EB表示。 核素 27 Co 的质量亏损为： EB = 27 ×1.007276 u + 32 × 1.008665 u - 58.933 u = 0.540732 u
59
122 53 0 I122 Xe 54 1 e
239 94
α 粒子轰击 239 53 U 产生
239 92
Pu
239 1 U4 α Pu 2 2 94 0n
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第二节 放射性衰变和核化学方程式
三、半衰期和放射性活度
（一）半衰期:
放射性核素的衰变速率用半衰期表示, 符号为t1／2。即任意量的放射性核
素衰减一半所需时间。半衰期越短，其射线的能量越大，造成的伤害越严重。
（二）放射性活度:
放射性活度是指通过实验观察得到的放射性物质的衰变速率,也被表述为
放射性强度。
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第二节 放射性衰变和核化学方程式
四、放射性碳-14测定年代法
自然界中碳的放射性同位素碳-14 在有机物所含碳素中占一定比例。当大 气氮被宇宙的高能量粒子冲击就会产生碳-14同位素。
第四节 核反应和核辐射
二、核裂变和核聚变
核裂变：一个大质量的原子核（像铀和钍）分裂成两个比较小的原子核。
核聚变：小质量的两个原子核合成一个比较大的原子核。
在这两个变化过程中都会释放出巨大的能量,被称之为原子核能，俗称原子能。
核聚变释放的能量更大。核电站和原子弹是用核裂变能的两大应用，而太阳可
以释放出巨大的能量是发生核聚变的结果。
基础化学（第9版）
第四节 核反应和核辐射
四、核辐射和辐射防护
3. 日常生活环境中的放射性及其防护 装修居室用的花岗岩及其它板石材料含有一定量的氡，因 此多数家庭居室中存在放射性气体氡。
煤炭烟气中含有U、Th、Ra、210Po和210Pb
本章小结
核化学主要研究核反应、性质、结构、分离、鉴别和应用，放射化学和 核物理是核化学的两大分支。 放射性衰变主要包括α衰变、β衰变、γ衰变、嬗变和正电子衰变，衰变过 程中原来的核素或者变成另一种核素或者进入另一种状态。 PET-CT是核技术在医学领域的成功应用，其对病灶的检出优于CT和MRI。
基础化学（第9版）
第四节 核反应和核辐射
三、核反应的特点
1. 连锁反应 2. 伴随核辐射 3. 高效、清洁、无污染
基础化学（第9版）
第四节 核反应和核辐射
四、核辐射和辐射防护
1. 核辐射通常被称之为放射性 核辐射分为天然辐射和人工辐射两类 天然辐射：宇宙射线、陆地辐射源和体内放射性物质。
人工辐射源：放射性诊断和放射性治疗辐射源如X光，核磁共振、放射性
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第三节 放射性核素示踪技术简介—PET-CT
PET-CT应用
PET-CT是核技术应用于医学领域成功的典范。
PET-CT是英文positron emission tomography和 computational tomography 的缩写，全称为正电 子发射计算机断层成像
第四节
技术与医学相结合的产物。
基础化学（第9版）
第一节 核化学的基本概念
一、发展过程及应用
（一）核化学发展史
1. 1895年Rontgen WC 发现 X射线，1898年Curie I J 夫妇对钋和镭进行分 离和鉴定。 2. 1919年Rutherford E 等发现由天然放射性核素发射的α 粒子引起的原子核 反应； 1934年Curie I J 夫妇制备出第一个人工放射性核素—磷-30；1938年 Hahn 等发现原子核裂变更加速了核能利用进程。