肿瘤放射物理学 ppt课件
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Z AX Z A 4 2Y2 4H eQ
2932 U 8 293T 04 h4 2H e4.87M9e0 V
发生α衰变的前提条件：母核与子核的静止质量之 差大于α粒子的静止质量时，衰变能大于零。
（二）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。
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
2 1
H
3 1
H
T c R a 2 2 6
99
8、 8
质量。
Q ()[m X(Z,A )m em Y(Z1,A )]c2W i (m 0)
{[M X(Z,A )Zm e]m e[M Y(Z1,A )(Z1)m e]}c2W i [M X(Z,A )M Y(Z1,A )]c2W i
轨道电子俘获： 母子核的原子质量之差所对应的能量应大于轨道
电子的结合能。
三、原子、原子核的质量
原子质量单位定义：1u＝
1
1 2
原162 C子质量
相对原子质量：原子的质量以u为单位时测量 得数。
阿伏加德罗定律：1摩尔任何元素的物质包含 有NA（6.022×1023）个原子。
摩尔质量：1摩尔物质的质量，其数值等于相 对原子质量，单位为（g/mol）。
第二节 放射性
一、原子核的稳定性 影响核素稳定的因素如下： 1、中子数与质子数之间的比例关系 2、核子数的奇偶性 3、重核的不稳定性
肿瘤放射物理学
放射物理学
第一章 核物理基础
第一节 基本概念 一、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e， 中子不带电，质子和中子统称为核子。
原 子 结 构 示 意 图
元素、核素、同位素和同质异能素
元素： 质子数相同的原子称为一种元素，它们的原子
原子序数小于82的元素至少存在一种稳定核素， 而原子序数大于82的元素都不稳定，会自发的放 射出α粒子或自发裂变而成为铅（Z＝82）的同位 素。
二、衰变类型 放射性、放射性衰变、放射性核素
原子核的衰变，主要有三种类型，即α、β衰变 和γ跃迁。
（一）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：
43
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:
ຫໍສະໝຸດ Baidu
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。
3、 轨道电子俘获 原子核从核外壳层中俘获一 个轨道电子使核内的一个质子转变为中子，同时 放出中微子的过程称为轨道电子俘获。
AzXeZA 1YQ 1523I5e1522T5 eQ
发生β衰变的前提条件：衰变能必须大于零
Q ()[m X(Z,A )m Y(Z1 ,A )m e]c2 (m 0)
{[M X(Z,A )Z m e][M Y(Z1 ,A )(Z1 )m e]m e}c2 [M X(Z,A )M Y(Z1 ,A )]c2
二、原子、原子核能级
零势能规定：习惯上规定当电子与核相距无穷 远时，电子所具有的势能为零。因此，当电子填 充核外某一个壳层时，其势能为负值。
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。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。
结合能：当一个自由电子填充壳层时，会以发 射一个光子的形式释放能量，能量的大小等于壳 层能级能量的绝对值，这些能量称为相应壳层的 结合能。结合能随n、l的增大而减小，对于同一 个能级，结合能随原子序数增大而增加。
三、放射性度量 放射性指数衰变规律：
（三）γ跃迁和内转换 伴随α或β衰变后发生。
A ZX m A ZX Q
例： 9 4T 9 3m ct 1/2 6 .0 h 2 9 4T 9 3 c （Eγ=0.141MeV）
注： 9493Tc m 是 9493Tc 的同质异能素。
内转换：有些原子核进行γ跃迁时不放出γ射线， 而把激发态跃迁到较低激发态或基态时释放出来的 能量直接交给核外壳层电子（主要是K层电子）， 使该电子释放出来成为自由电子，这个过程称为内 转换，发射出的电子称为内转换电子。
A ZX Z A 1 Y Q
3 12 5P 3 12 6S Q
称为反中微子
β-的能谱特点：两端低、中间高的连续谱分布。
2、β＋衰变: 核内质子多，P→变n，放出一个正 电子。
A zX zA 1 Y Q
19F 8 18O 8 Q
注：式中υ代表中微子。 能谱特点：β＋粒子的能谱与β-粒子能谱一样 也是连续的。
特征辐射与俄歇电子：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；另一种可能是传递给 外层电子，使之脱离原子束缚成为自由电子，这 种电子称为俄歇电子，它的能量等于相应跃迁的X 射线能量减去该电子的结合能。
β－衰变： 母核的原子质量应大于子核的原子质量。
Q ()[m X(Z,A )m Y(Z1,A )m e]c2 (m 0)
{[M X(Z,A )Zm e][M Y(Z1,A )(Z1)m e]m e}c2 {[M X(Z,A )M Y(Z1,A )]2m e}c2
β＋衰变： 母子核的原子质量之差应大于两个电子的静止
2932 U 8 293T 04 h4 2H e4.87M9e0 V
发生α衰变的前提条件：母核与子核的静止质量之 差大于α粒子的静止质量时，衰变能大于零。
（二）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。
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
2 1
H
3 1
H
T c R a 2 2 6
99
8、 8
质量。
Q ()[m X(Z,A )m em Y(Z1,A )]c2W i (m 0)
{[M X(Z,A )Zm e]m e[M Y(Z1,A )(Z1)m e]}c2W i [M X(Z,A )M Y(Z1,A )]c2W i
轨道电子俘获： 母子核的原子质量之差所对应的能量应大于轨道
电子的结合能。
三、原子、原子核的质量
原子质量单位定义：1u＝
1
1 2
原162 C子质量
相对原子质量：原子的质量以u为单位时测量 得数。
阿伏加德罗定律：1摩尔任何元素的物质包含 有NA（6.022×1023）个原子。
摩尔质量：1摩尔物质的质量，其数值等于相 对原子质量，单位为（g/mol）。
第二节 放射性
一、原子核的稳定性 影响核素稳定的因素如下： 1、中子数与质子数之间的比例关系 2、核子数的奇偶性 3、重核的不稳定性
肿瘤放射物理学
放射物理学
第一章 核物理基础
第一节 基本概念 一、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e， 中子不带电，质子和中子统称为核子。
原 子 结 构 示 意 图
元素、核素、同位素和同质异能素
元素： 质子数相同的原子称为一种元素，它们的原子
原子序数小于82的元素至少存在一种稳定核素， 而原子序数大于82的元素都不稳定，会自发的放 射出α粒子或自发裂变而成为铅（Z＝82）的同位 素。
二、衰变类型 放射性、放射性衰变、放射性核素
原子核的衰变，主要有三种类型，即α、β衰变 和γ跃迁。
（一）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：
43
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:
ຫໍສະໝຸດ Baidu
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。
3、 轨道电子俘获 原子核从核外壳层中俘获一 个轨道电子使核内的一个质子转变为中子，同时 放出中微子的过程称为轨道电子俘获。
AzXeZA 1YQ 1523I5e1522T5 eQ
发生β衰变的前提条件：衰变能必须大于零
Q ()[m X(Z,A )m Y(Z1 ,A )m e]c2 (m 0)
{[M X(Z,A )Z m e][M Y(Z1 ,A )(Z1 )m e]m e}c2 [M X(Z,A )M Y(Z1 ,A )]c2
二、原子、原子核能级
零势能规定：习惯上规定当电子与核相距无穷 远时，电子所具有的势能为零。因此，当电子填 充核外某一个壳层时，其势能为负值。
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。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。
结合能：当一个自由电子填充壳层时，会以发 射一个光子的形式释放能量，能量的大小等于壳 层能级能量的绝对值，这些能量称为相应壳层的 结合能。结合能随n、l的增大而减小，对于同一 个能级，结合能随原子序数增大而增加。
三、放射性度量 放射性指数衰变规律：
（三）γ跃迁和内转换 伴随α或β衰变后发生。
A ZX m A ZX Q
例： 9 4T 9 3m ct 1/2 6 .0 h 2 9 4T 9 3 c （Eγ=0.141MeV）
注： 9493Tc m 是 9493Tc 的同质异能素。
内转换：有些原子核进行γ跃迁时不放出γ射线， 而把激发态跃迁到较低激发态或基态时释放出来的 能量直接交给核外壳层电子（主要是K层电子）， 使该电子释放出来成为自由电子，这个过程称为内 转换，发射出的电子称为内转换电子。
A ZX Z A 1 Y Q
3 12 5P 3 12 6S Q
称为反中微子
β-的能谱特点：两端低、中间高的连续谱分布。
2、β＋衰变: 核内质子多，P→变n，放出一个正 电子。
A zX zA 1 Y Q
19F 8 18O 8 Q
注：式中υ代表中微子。 能谱特点：β＋粒子的能谱与β-粒子能谱一样 也是连续的。
特征辐射与俄歇电子：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；另一种可能是传递给 外层电子，使之脱离原子束缚成为自由电子，这 种电子称为俄歇电子，它的能量等于相应跃迁的X 射线能量减去该电子的结合能。
β－衰变： 母核的原子质量应大于子核的原子质量。
Q ()[m X(Z,A )m Y(Z1,A )m e]c2 (m 0)
{[M X(Z,A )Zm e][M Y(Z1,A )(Z1)m e]m e}c2 {[M X(Z,A )M Y(Z1,A )]2m e}c2
β＋衰变： 母子核的原子质量之差应大于两个电子的静止