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1、本章要求：本章要求：1 1、驾驭原子核的基本性质和衰变类、驾驭原子核的基本性质和衰变类2 2、驾驭原子核的衰变规律和应用、驾驭原子核的衰变规律和应用3 3、相识了解核医学成像的物理原理、相识了解核医学成像的物理原理u原原原原子子子子中中中中存存存存在在在在一一一一个个个个带带带带正正正正电电电电的的的的核核核核心心心心，即即即即原原原原子子子子核核核核。原子的绝大部分质量集中在原子核。原子的绝大部分质量集中在原子核。原子的绝大部分质量集中在原子核。原子的绝大部分质量集中在原子核。1.1.1.1.原子核原子核原子核原子核 （atomic nucleus)atomic nucleus)atomic
2、 nucleus)atomic nucleus)一一一一.原子核的组成原子核的组成原子核的组成原子核的组成 (Formation of atomic nucleusFormation of atomic nucleus)1第一节第一节 原子核的基本性质原子核的基本性质u试试试试验验验验和和和和理理理理论论论论证证证证明明明明白白白白原原原原子子子子核核核核是是是是由由由由质质质质子子子子和和和和中中中中子子子子组组组组成的。质子和中子统称为核子成的。质子和中子统称为核子成的。质子和中子统称为核子成的。质子和中子统称为核子(nucleon)(nucleon)(nucleon)(nucleon)。
3、2.2.2.2.质子和中子质子和中子质子和中子质子和中子 （proton and neutron)proton and neutron)proton and neutron)proton and neutron)3.3.3.3.核素核素核素核素 （nuclide)nuclide)nuclide)nuclide)一一一一.原子核的组成原子核的组成原子核的组成原子核的组成 (Formation of atomic nucleusFormation of atomic nucleus)2第一节第一节 原子核的基本性质原子核的基本性质u具有确定的质子数和中子数所对应的原子统称为核素具有确定的质子数和中
4、子数所对应的原子统称为核素具有确定的质子数和中子数所对应的原子统称为核素具有确定的质子数和中子数所对应的原子统称为核素。u通常用通常用通常用通常用 来表示核素。来表示核素。来表示核素。来表示核素。X X X X表示元素的化学符号，表示元素的化学符号，表示元素的化学符号，表示元素的化学符号，A A A A表示核的质量数（核子总数），表示核的质量数（核子总数），表示核的质量数（核子总数），表示核的质量数（核子总数），Z Z Z Z表示核内质子数（正电荷数或原子序数），因此表示核内质子数（正电荷数或原子序数），因此表示核内质子数（正电荷数或原子序数），因此表示核内质子数（正电荷数或原子序数），因此,
5、（A A A AZ Z Z Z）为核内的中子数。）为核内的中子数。）为核内的中子数。）为核内的中子数。例如例如例如例如，3第一节第一节 原子核的基本性质原子核的基本性质1.1.1.1.原子质量单位原子质量单位原子质量单位原子质量单位二二二二.原子核的质量原子核的质量原子核的质量原子核的质量 (The quality of the nucleusThe quality of the nucleus)u原子质量单位：（等于原子质量单位：（等于原子质量单位：（等于原子质量单位：（等于 原子质量的原子质量的原子质量的原子质量的1/121/121/121/12）u质子用质子用质子用质子用p p p p表
6、示，其质量：表示，其质量：表示，其质量：表示，其质量：u中子用中子用中子用中子用n n n n表示，其质量表示，其质量表示，其质量表示，其质量：4第一节第一节 原子核的基本性质原子核的基本性质u核力核力核力核力与电荷无关与电荷无关与电荷无关与电荷无关u核力核力核力核力是短程强吸引力是短程强吸引力是短程强吸引力是短程强吸引力u核力核力核力核力具有饱和性具有饱和性具有饱和性具有饱和性 2 2 2 2.核力核力核力核力 （nuclear forcenuclear forcenuclear forcenuclear force）核力是将质子和中子结合在一起的特殊力，核力是将质子和中子结合在一起的特殊力
7、，核力是将质子和中子结合在一起的特殊力，核力是将质子和中子结合在一起的特殊力，具有如下重要特征具有如下重要特征具有如下重要特征具有如下重要特征三三三三.原子核的组成原子核的组成原子核的组成原子核的组成 原子核的核半径原子核的核半径原子核的核半径原子核的核半径R R R R与核质量数与核质量数与核质量数与核质量数A A A A的近似关系的近似关系的近似关系的近似关系:5第一节第一节 原子核的基本性质原子核的基本性质 核半径是指核力的作用范围或核内电荷分布的范围，核半径是指核力的作用范围或核内电荷分布的范围，核半径是指核力的作用范围或核内电荷分布的范围，核半径是指核力的作用范围或核内电荷分布的范围
8、，而不是几何半径。而不是几何半径。而不是几何半径。而不是几何半径。通常取通常取通常取通常取R约为10-15m10-14m6第一节第一节 原子核的基本性质原子核的基本性质原子核的平均密度原子核的平均密度原子核的平均密度原子核的平均密度 :原子核的质量原子核的质量原子核的质量原子核的质量AuAu近似为原子质量近似为原子质量近似为原子质量近似为原子质量mm，原子核的体积，原子核的体积，原子核的体积，原子核的体积 ，原子核的平均密度，原子核的平均密度，原子核的平均密度，原子核的平均密度 为为为为:已发觉的核素已超过已发觉的核素已超过已发觉的核素已超过已发觉的核素已超过16001600种，其中绝大部分种
9、，其中绝大部分种，其中绝大部分种，其中绝大部分都是不稳定的放射性核素都是不稳定的放射性核素都是不稳定的放射性核素都是不稳定的放射性核素(radioactive nuclide)(radioactive nuclide)。7第一节第一节 原子核的基本性质原子核的基本性质四四四四.原子核的稳定性原子核的稳定性原子核的稳定性原子核的稳定性 平均结合能：平均结合能：平均结合能：平均结合能：1 1 1 1.原子核的稳定性原子核的稳定性原子核的稳定性原子核的稳定性式中，分别表示质子数和中子数，式中，分别表示质子数和中子数，式中，分别表示质子数和中子数，式中，分别表示质子数和中子数，分别表示质子、中子和原子
10、核的质量。分别表示质子、中子和原子核的质量。分别表示质子、中子和原子核的质量。分别表示质子、中子和原子核的质量。8第一节第一节 原子核的基本性质原子核的基本性质1 1 1 1.原子核的稳定性原子核的稳定性原子核的稳定性原子核的稳定性 平均结合能的大小表示原子核结合的松紧程度，平均结合能的大小表示原子核结合的松紧程度，平均结合能的大小表示原子核结合的松紧程度，平均结合能的大小表示原子核结合的松紧程度，平均结合能越大，则原子核分解为单个核子所需的平均结合能越大，则原子核分解为单个核子所需的平均结合能越大，则原子核分解为单个核子所需的平均结合能越大，则原子核分解为单个核子所需的能量就越大，原子核就越
11、稳定。能量就越大，原子核就越稳定。能量就越大，原子核就越稳定。能量就越大，原子核就越稳定。自然存在的原子核中，质量数较小的轻核和质自然存在的原子核中，质量数较小的轻核和质自然存在的原子核中，质量数较小的轻核和质自然存在的原子核中，质量数较小的轻核和质量数较大的重核，其平均结合能比质量数中等的核量数较大的重核，其平均结合能比质量数中等的核量数较大的重核，其平均结合能比质量数中等的核量数较大的重核，其平均结合能比质量数中等的核小。小。小。小。重核分裂成中等质量的核，会放出能量。轻核重核分裂成中等质量的核，会放出能量。轻核重核分裂成中等质量的核，会放出能量。轻核重核分裂成中等质量的核，会放出能量。轻
12、核聚变为较重质量的核，也会放出大量的能量来。聚变为较重质量的核，也会放出大量的能量来。聚变为较重质量的核，也会放出大量的能量来。聚变为较重质量的核，也会放出大量的能量来。9第一节第一节 原子核的基本性质原子核的基本性质质量亏损质量亏损质量亏损质量亏损 ：1 1 1 1.原子核的稳定性原子核的稳定性原子核的稳定性原子核的稳定性 原子核的结合能在数值上等于质量亏损释放原子核的结合能在数值上等于质量亏损释放原子核的结合能在数值上等于质量亏损释放原子核的结合能在数值上等于质量亏损释放出的能量出的能量出的能量出的能量 10第一节第一节 原子核的基本性质原子核的基本性质同位素同位素同位素同位素(isoto
13、pe)(isotope)：具有质子数具有质子数具有质子数具有质子数(Z)(Z)相同而质量数相同而质量数相同而质量数相同而质量数 （A A）不同的核素）不同的核素）不同的核素）不同的核素2 2 2 2.核素、同位素、丰度、同量异位素、同核异能素核素、同位素、丰度、同量异位素、同核异能素核素、同位素、丰度、同量异位素、同核异能素核素、同位素、丰度、同量异位素、同核异能素 丰度（丰度（丰度（丰度（isotope abundanceisotope abundance）：同位素占该元素同位素占该元素同位素占该元素同位素占该元素 总量的百分数总量的百分数总量的百分数总量的百分数同量异位素同量异位素同量异位
14、素同量异位素(isobar)(isobar)：质量数（质量数（质量数（质量数（A A）相同而质子）相同而质子）相同而质子）相同而质子 数数数数(Z)(Z)不同的原子核不同的原子核不同的原子核不同的原子核同核异能素（同核异能素（同核异能素（同核异能素（isomerisomer）：质量数（质量数（质量数（质量数（A A）和质子数）和质子数）和质子数）和质子数 (Z)(Z)均相同而处于不同能量状态的核素均相同而处于不同能量状态的核素均相同而处于不同能量状态的核素均相同而处于不同能量状态的核素11第一节第一节 原子核的基本性质原子核的基本性质中子数与质子数之间的比例关系中子数与质子数之间的比例关系中子
15、数与质子数之间的比例关系中子数与质子数之间的比例关系3 3 3 3.影响原子核稳定性的主要因素影响原子核稳定性的主要因素影响原子核稳定性的主要因素影响原子核稳定性的主要因素 核子数的奇偶性核子数的奇偶性核子数的奇偶性核子数的奇偶性重核的稳定性重核的稳定性重核的稳定性重核的稳定性)1其次节其次节 原子核的衰变原子核的衰变 放射性核素自发地放出射线或粒子变为另放射性核素自发地放出射线或粒子变为另放射性核素自发地放出射线或粒子变为另放射性核素自发地放出射线或粒子变为另一种核素的过程称为原子核衰变，简称核衰变。一种核素的过程称为原子核衰变，简称核衰变。一种核素的过程称为原子核衰变，简称核衰变。一种核素
16、的过程称为原子核衰变，简称核衰变。衰变类型主要有三种：衰变类型主要有三种：衰变类型主要有三种：衰变类型主要有三种：衰变衰变衰变衰变 衰变衰变衰变衰变 衰变衰变衰变衰变2其次节其次节 原子核的衰变原子核的衰变一一一一.衰变衰变衰变衰变 放射性核素放出放射性核素放出放射性核素放出放射性核素放出 粒子而衰变为另一种核素粒子而衰变为另一种核素粒子而衰变为另一种核素粒子而衰变为另一种核素的衰变过程，称为的衰变过程，称为的衰变过程，称为的衰变过程，称为 衰变衰变衰变衰变如镭衰变成氡如镭衰变成氡如镭衰变成氡如镭衰变成氡 的的的的过程过程过程过程：3其次节其次节 原子核的衰变原子核的衰变二二.衰变衰变衰变衰变
17、 原子核内释放出电子或正电子的衰变过程统原子核内释放出电子或正电子的衰变过程统原子核内释放出电子或正电子的衰变过程统原子核内释放出电子或正电子的衰变过程统称为称为称为称为 衰变过程。衰变过程。衰变过程。衰变过程。衰变包括三种形式衰变包括三种形式衰变包括三种形式衰变包括三种形式：衰变、衰变、衰变、衰变、衰变衰变衰变衰变、电子俘获。电子俘获。电子俘获。电子俘获。4其次节其次节 原子核的衰变原子核的衰变例如例如例如例如：一般过程为一般过程为一般过程为一般过程为：1 1 1 1.衰变衰变衰变衰变 衰变时，母核衰变时，母核衰变时，母核衰变时，母核X X放出一个负电子而转变成子放出一个负电子而转变成子放出
18、一个负电子而转变成子放出一个负电子而转变成子核核核核Y Y，子核的电荷数比母核增加，子核的电荷数比母核增加，子核的电荷数比母核增加，子核的电荷数比母核增加1 1，质量数不变。，质量数不变。，质量数不变。，质量数不变。是中微子，它不带电，其静止质量基本为零是中微子，它不带电，其静止质量基本为零是中微子，它不带电，其静止质量基本为零是中微子，它不带电，其静止质量基本为零5其次节其次节 原子核的衰变原子核的衰变例如例如例如例如：一般过程为一般过程为一般过程为一般过程为：2 2 2 2.衰变衰变衰变衰变 衰变时，母核衰变时，母核衰变时，母核衰变时，母核X X放出一个正电子而转变成子放出一个正电子而转变
19、成子放出一个正电子而转变成子放出一个正电子而转变成子核核核核Y Y，子核的电荷数比母核削减，子核的电荷数比母核削减，子核的电荷数比母核削减，子核的电荷数比母核削减1 1，质量数不变。，质量数不变。，质量数不变。，质量数不变。是中微子，它不带电，其静止质量基本为零是中微子，它不带电，其静止质量基本为零是中微子，它不带电，其静止质量基本为零是中微子，它不带电，其静止质量基本为零6其次节其次节 原子核的衰变原子核的衰变例如例如例如例如：一般过程为一般过程为一般过程为一般过程为：3 3 3 3.电子俘获电子俘获电子俘获电子俘获 衰变时，原子核俘获一个核外电子，同时衰变时，原子核俘获一个核外电子，同时衰
20、变时，原子核俘获一个核外电子，同时衰变时，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放出一个中微子，使核内一个质子转变为中子放出一个中微子，使核内一个质子转变为中子放出一个中微子，使核内一个质子转变为中子电子俘获电子俘获电子俘获电子俘获过程过程过程过程会辐射会辐射会辐射会辐射标识标识标识标识X X射线射线射线射线或或或或俄歇电子俄歇电子俄歇电子俄歇电子。7其次节其次节 原子核的衰变原子核的衰变三三三三.衰变和内转换衰变和内转换衰变和内转换衰变和内转换一般过程为一般过程为一般过程为一般过程为：处于高能态的原子核跃迁到低能态或基态时处于高能态的原子核跃迁到低能态或基态时处
21、于高能态的原子核跃迁到低能态或基态时处于高能态的原子核跃迁到低能态或基态时放出放出放出放出 射线的过程称为射线的过程称为射线的过程称为射线的过程称为 衰变，又叫衰变，又叫衰变，又叫衰变，又叫 跃迁跃迁跃迁跃迁。有些原子核从激发态向较低能态或基态跃迁时，有些原子核从激发态向较低能态或基态跃迁时，有些原子核从激发态向较低能态或基态跃迁时，有些原子核从激发态向较低能态或基态跃迁时，将多余的能量干脆传递给核外的内层电子，使其成将多余的能量干脆传递给核外的内层电子，使其成将多余的能量干脆传递给核外的内层电子，使其成将多余的能量干脆传递给核外的内层电子，使其成为自由电子，称为内转换为自由电子，称为内转换为
22、自由电子，称为内转换为自由电子，称为内转换(internal conversion)(internal conversion)核素放射内转换电子时也会辐射标识核素放射内转换电子时也会辐射标识核素放射内转换电子时也会辐射标识核素放射内转换电子时也会辐射标识X X射线或射线或射线或射线或俄歇电子。俄歇电子。俄歇电子。俄歇电子。8其次节其次节 原子核的衰变原子核的衰变四四四四.衰变纲图衰变纲图衰变纲图衰变纲图（decay schemedecay scheme）图中最下面的横线表示原子核的基态，上面图中最下面的横线表示原子核的基态，上面图中最下面的横线表示原子核的基态，上面图中最下面的横线表示原子核的
23、基态，上面的各横线分别表示子核的激发态。相应的衰变类的各横线分别表示子核的激发态。相应的衰变类的各横线分别表示子核的激发态。相应的衰变类的各横线分别表示子核的激发态。相应的衰变类型、能量和半衰期等分别标在能级的两侧，两能型、能量和半衰期等分别标在能级的两侧，两能型、能量和半衰期等分别标在能级的两侧，两能型、能量和半衰期等分别标在能级的两侧，两能级之间的能量差表示衰变能。斜线上标示衰变类级之间的能量差表示衰变能。斜线上标示衰变类级之间的能量差表示衰变能。斜线上标示衰变类级之间的能量差表示衰变能。斜线上标示衰变类型、粒子的动能和衰变百分比。型、粒子的动能和衰变百分比。型、粒子的动能和衰变百分比。型
24、、粒子的动能和衰变百分比。9其次节其次节 原子核的衰变原子核的衰变四四四四.衰变纲图衰变纲图衰变纲图衰变纲图（decay schemedecay scheme）10其次节其次节 原子核的衰变原子核的衰变四四四四.衰变纲图衰变纲图衰变纲图衰变纲图（decay schemedecay scheme）1第三节第三节 放射性核放射性核素的衰变规律素的衰变规律一一一一.衰变规律衰变规律衰变规律衰变规律 在在在在t t时刻原子核数目为时刻原子核数目为时刻原子核数目为时刻原子核数目为N N，经，经，经，经dtdt时间后，因衰时间后，因衰时间后，因衰时间后，因衰变而削减的原子核为变而削减的原子核为变而削减的原
25、子核为变而削减的原子核为dNdN。试验和理论都证明。试验和理论都证明。试验和理论都证明。试验和理论都证明 是比例常数，称为衰变常数是比例常数，称为衰变常数是比例常数，称为衰变常数是比例常数，称为衰变常数(decay constant)(decay constant)对上式积分，代入初始条件对上式积分，代入初始条件对上式积分，代入初始条件对上式积分，代入初始条件t=0t=0时时时时,原子核数目原子核数目原子核数目原子核数目N N0 0，可得衰变，可得衰变，可得衰变，可得衰变定律的表达式定律的表达式定律的表达式定律的表达式 2第三节第三节 放射性核放射性核素的衰变规律素的衰变规律二二二二.半衰期和
26、平均半衰期和平均半衰期和平均半衰期和平均寿命寿命寿命寿命 1.1.1.1.半衰期半衰期半衰期半衰期 放射性核素因衰变而削减到放射性核素因衰变而削减到放射性核素因衰变而削减到放射性核素因衰变而削减到原来的一半所需的时间，称为半原来的一半所需的时间，称为半原来的一半所需的时间，称为半原来的一半所需的时间，称为半衰期衰期衰期衰期(half life)(half life)。用。用。用。用T1/2T1/2表示。表示。表示。表示。上式表明：半衰期上式表明：半衰期上式表明：半衰期上式表明：半衰期T T1/21/2与衰变常量与衰变常量与衰变常量与衰变常量 成反比。成反比。成反比。成反比。大，大，大，大，T
27、T1/21/2 就短，衰变就短，衰变就短，衰变就短，衰变就快。就快。就快。就快。当当当当t tT T1/21/2时，时，时，时，N=NN=N0 0/2/2，代入，代入，代入，代入衰变定律可得衰变定律可得衰变定律可得衰变定律可得3第三节第三节 放射性核放射性核素的衰变规律素的衰变规律1.1.1.1.半衰期半衰期半衰期半衰期利用换底公式可得到用半衰期表利用换底公式可得到用半衰期表利用换底公式可得到用半衰期表利用换底公式可得到用半衰期表示的衰变定律为示的衰变定律为示的衰变定律为示的衰变定律为 可以看出可以看出可以看出可以看出:经过经过经过经过1 1个半衰期个半衰期个半衰期个半衰期T T1/21/2
28、，N=N=N N0 0/2/2，经过，经过，经过，经过2 2个半衰期个半衰期个半衰期个半衰期T T1/21/2 ，N=N=N N0 0/4/4，经过，经过，经过，经过3 3个半衰期个半衰期个半衰期个半衰期T T1/21/2 ，N=N=N N0 0/8/8 4第三节第三节 放射性核放射性核素的衰变规律素的衰变规律几种放射性核素半衰期几种放射性核素半衰期几种放射性核素半衰期几种放射性核素半衰期核素符号半衰期核素符号半衰期镓-6868.3min汞-20346.9d锝-996.1h钴-605.27d金-1982.7d锶-9028y碘-1318.04d铯-13730y磷-3214.3d碘-12560d5
29、第三节第三节 放射性核放射性核素的衰变规律素的衰变规律 当放射性核素进入生物体或当放射性核素进入生物体或当放射性核素进入生物体或当放射性核素进入生物体或人体时，其原子核的数目除按自人体时，其原子核的数目除按自人体时，其原子核的数目除按自人体时，其原子核的数目除按自身的衰变规律削减外，还会由于身的衰变规律削减外，还会由于身的衰变规律削减外，还会由于身的衰变规律削减外，还会由于生物体或人体的代谢而使原子核生物体或人体的代谢而使原子核生物体或人体的代谢而使原子核生物体或人体的代谢而使原子核的数目削减。的数目削减。的数目削减。的数目削减。假定因代谢而削减的原子核假定因代谢而削减的原子核假定因代谢而削减
30、的原子核假定因代谢而削减的原子核数目也按指数规律衰减，并由此数目也按指数规律衰减，并由此数目也按指数规律衰减，并由此数目也按指数规律衰减，并由此引入生物衰变常数（引入生物衰变常数（引入生物衰变常数（引入生物衰变常数（biological biological decay constantdecay constant）bb和生物半衰期和生物半衰期和生物半衰期和生物半衰期（biological half lifebiological half life）TbTb。6第三节第三节 放射性核放射性核素的衰变规律素的衰变规律有效衰变常数（有效衰变常数（有效衰变常数（有效衰变常数（effective de
31、cay effective decay constantconstant）ee有效半衰期（有效半衰期（有效半衰期（有效半衰期（effective half lifeeffective half life）TeTe7第三节第三节 放射性核放射性核素的衰变规律素的衰变规律2.2.2.2.平均寿命平均寿命平均寿命平均寿命 原子核总数确定的放射源，原子核总数确定的放射源，原子核总数确定的放射源，原子核总数确定的放射源，原子核在衰变过程中的平均存在原子核在衰变过程中的平均存在原子核在衰变过程中的平均存在原子核在衰变过程中的平均存在时间称为放射性核素的平均寿命时间称为放射性核素的平均寿命时间称为放射性核素
32、的平均寿命时间称为放射性核素的平均寿命(mean life)(mean life)，以，以，以，以 表示表示表示表示半衰期与平均寿命的关系半衰期与平均寿命的关系半衰期与平均寿命的关系半衰期与平均寿命的关系8第三节第三节 放射性核放射性核素的衰变规律素的衰变规律 放射性核素在单位时间内衰放射性核素在单位时间内衰放射性核素在单位时间内衰放射性核素在单位时间内衰变的原子核数称为该物质的放射变的原子核数称为该物质的放射变的原子核数称为该物质的放射变的原子核数称为该物质的放射性活度性活度性活度性活度放射性活度也是随时间作指数变放射性活度也是随时间作指数变放射性活度也是随时间作指数变放射性活度也是随时间作
33、指数变更，有：更，有：更，有：更，有：或：或：或：或：三三三三.放射性活度放射性活度放射性活度放射性活度(radioactivity)(radioactivity)(radioactivity)(radioactivity)9第三节第三节 放射性核放射性核素的衰变规律素的衰变规律 放射性活度的放射性活度的放射性活度的放射性活度的SISI制单位是贝制单位是贝制单位是贝制单位是贝克勒尔（克勒尔（克勒尔（克勒尔（BqBq）。它表示每秒钟发）。它表示每秒钟发）。它表示每秒钟发）。它表示每秒钟发生一次核衰变，即：生一次核衰变，即：生一次核衰变，即：生一次核衰变，即：1Bq1次核衰变秒次核衰变秒常用的旧单
34、位为常用的旧单位为常用的旧单位为常用的旧单位为居里（居里（居里（居里（CiCi）1Ci3.71010Bq10第三节第三节 放射性核放射性核素的衰变规律素的衰变规律 式中式中式中式中1N11N1是母体衰变导致子是母体衰变导致子是母体衰变导致子是母体衰变导致子体在单位时间内增多的原于核的体在单位时间内增多的原于核的体在单位时间内增多的原于核的体在单位时间内增多的原于核的数目，数目，数目，数目，2N22N2是子体本身衰变在单是子体本身衰变在单是子体本身衰变在单是子体本身衰变在单位时间内削减的原子核数目位时间内削减的原子核数目位时间内削减的原子核数目位时间内削减的原子核数目1.1.1.1.短暂平衡短暂
35、平衡短暂平衡短暂平衡四四四四.两级串连衰两级串连衰两级串连衰两级串连衰11第三节第三节 放射性核放射性核素的衰变规律素的衰变规律 求解上述微分方程并带入初求解上述微分方程并带入初求解上述微分方程并带入初求解上述微分方程并带入初始条件（始条件（始条件（始条件（t=0t=0时，时，时，时，N N2 2=0=0），则得），则得），则得），则得将将将将 代入前式代入前式代入前式代入前式子体和母体放射性活度的关系式子体和母体放射性活度的关系式子体和母体放射性活度的关系式子体和母体放射性活度的关系式12第三节第三节 放射性核放射性核素的衰变规律素的衰变规律 当母体的半衰期当母体的半衰期当母体的半衰期当母体
36、的半衰期T T1 1不是很长，但比子体的半衰期不是很长，但比子体的半衰期不是很长，但比子体的半衰期不是很长，但比子体的半衰期T T2 2长（即长（即长（即长（即 1 12 2）时，又）时，又）时，又）时，又t t足够长时，有足够长时，有足够长时，有足够长时，有 ，则，则，则，则和和和和13第三节第三节 放射性核放射性核素的衰变规律素的衰变规律 利用串连衰变的短暂平衡用利用串连衰变的短暂平衡用利用串连衰变的短暂平衡用利用串连衰变的短暂平衡用长半衰期的母体生产半衰期短的长半衰期的母体生产半衰期短的长半衰期的母体生产半衰期短的长半衰期的母体生产半衰期短的放射性核素。这种装置称为放射放射性核素。这种装
37、置称为放射放射性核素。这种装置称为放射放射性核素。这种装置称为放射性核素发生器性核素发生器性核素发生器性核素发生器(radioactive(radioactive nuclide generator)nuclide generator)，俗称，俗称，俗称，俗称“母牛母牛母牛母牛”。2.2.2.2.放射性核素发生器放射性核素发生器放射性核素发生器放射性核素发生器 运用最普遍的医用的放射性核素发生器有运用最普遍的医用的放射性核素发生器有运用最普遍的医用的放射性核素发生器有运用最普遍的医用的放射性核素发生器有99mTc(99Mo99mTc)113mIn(113Sn113mIn)1干脆电离干脆电离干脆
38、电离干脆电离1.1.1.1.电离和激发电离和激发电离和激发电离和激发一一一一.带电粒子与物带电粒子与物带电粒子与物带电粒子与物质的相互作用质的相互作用质的相互作用质的相互作用第四节第四节 射线与物射线与物质的相互作用质的相互作用 间接电离间接电离间接电离间接电离22.2.2.2.散射散射散射散射第四节第四节 射线与物射线与物质的相互作用质的相互作用 3.3.3.3.轫致辐射轫致辐射轫致辐射轫致辐射4.4.4.4.射程和吸取射程和吸取射程和吸取射程和吸取 4第四节第四节 射线与物射线与物质的相互作用质的相互作用 三种射线在空气中的射程及电离三种射线在空气中的射程及电离三种射线在空气中的射程及电离
39、三种射线在空气中的射程及电离密度密度密度密度2MeV2MeV的射的射线线 空气中的射程（空气中的射程（m m）每毫米行程上的离子每毫米行程上的离子对对射射线线 0.01 60000.01 6000射射线线 1.00 601.00 60（或（或X X）射线）射线 100.00 0.6100.00 0.65 光子与原子的电子发生相互光子与原子的电子发生相互光子与原子的电子发生相互光子与原子的电子发生相互作用，将其全部能量传递给这个作用，将其全部能量传递给这个作用，将其全部能量传递给这个作用，将其全部能量传递给这个电子，使其成为自由电子电子，使其成为自由电子电子，使其成为自由电子电子，使其成为自由电
40、子 ，而光，而光，而光，而光子消逝子消逝子消逝子消逝1.1.1.1.光电效应光电效应光电效应光电效应二二二二.光子与物质光子与物质光子与物质光子与物质的相互作用的相互作用的相互作用的相互作用第四节第四节 射线与物射线与物质的相互作用质的相互作用 内层空位被外层电子填补，内层空位被外层电子填补，内层空位被外层电子填补，内层空位被外层电子填补，它将通过放射标识它将通过放射标识它将通过放射标识它将通过放射标识x x射线或俄歇电射线或俄歇电射线或俄歇电射线或俄歇电子的形式回到基态。子的形式回到基态。子的形式回到基态。子的形式回到基态。6 光子与原子核的外层电子发光子与原子核的外层电子发光子与原子核的外
41、层电子发光子与原子核的外层电子发生非弹性碰撞，光子损失一部分生非弹性碰撞，光子损失一部分生非弹性碰撞，光子损失一部分生非弹性碰撞，光子损失一部分能量并将其转移给电子，使其成能量并将其转移给电子，使其成能量并将其转移给电子，使其成能量并将其转移给电子，使其成为反冲电子，光子的能量削减和为反冲电子，光子的能量削减和为反冲电子，光子的能量削减和为反冲电子，光子的能量削减和运动方向发生变更运动方向发生变更运动方向发生变更运动方向发生变更2.2.2.2.康普顿效应康普顿效应康普顿效应康普顿效应第四节第四节 射线与物射线与物质的相互作用质的相互作用 损失能量后的光子成为散射损失能量后的光子成为散射损失能量
42、后的光子成为散射损失能量后的光子成为散射光子，具有确定动能的反冲电子光子，具有确定动能的反冲电子光子，具有确定动能的反冲电子光子，具有确定动能的反冲电子可以引起次级电离。可以引起次级电离。可以引起次级电离。可以引起次级电离。7 当能量大于当能量大于当能量大于当能量大于1.0221.022的光子从原的光子从原的光子从原的光子从原子核旁经过时，光子在原子核的子核旁经过时，光子在原子核的子核旁经过时，光子在原子核的子核旁经过时，光子在原子核的库仑场作用下使一个入射光子消库仑场作用下使一个入射光子消库仑场作用下使一个入射光子消库仑场作用下使一个入射光子消逝并转化为一对正、负电子，这逝并转化为一对正、负
43、电子，这逝并转化为一对正、负电子，这逝并转化为一对正、负电子，这个过程称为电子对效应个过程称为电子对效应个过程称为电子对效应个过程称为电子对效应(electron(electron pairing effect)pairing effect)。3.3.3.3.电子对效应电子对效应电子对效应电子对效应 第四节第四节 射线与物射线与物质的相互作用质的相互作用 损失能量后的光子成为散射损失能量后的光子成为散射损失能量后的光子成为散射损失能量后的光子成为散射光子，具有确定动能的反冲电子光子，具有确定动能的反冲电子光子，具有确定动能的反冲电子光子，具有确定动能的反冲电子可以引起次级电离。可以引起次级电离
44、。可以引起次级电离。可以引起次级电离。8第四节第四节 射线与物射线与物质的相互作用质的相互作用 能量低的光子和高原子序数能量低的光子和高原子序数能量低的光子和高原子序数能量低的光子和高原子序数的物质，以的物质，以的物质，以的物质，以光电效应光电效应光电效应光电效应为主，中等为主，中等为主，中等为主，中等能量的能量的能量的能量的 射线以射线以射线以射线以康普顿散射康普顿散射康普顿散射康普顿散射为主；为主；为主；为主；电子对效应电子对效应电子对效应电子对效应主要发生在高能光子主要发生在高能光子主要发生在高能光子主要发生在高能光子和高原子序数的物质中和高原子序数的物质中和高原子序数的物质中和高原子序
45、数的物质中91.1.弹性散射：中子受到原子核的弹性散射：中子受到原子核的弹性散射：中子受到原子核的弹性散射：中子受到原子核的散射，将部分能量传递给原子核，散射，将部分能量传递给原子核，散射，将部分能量传递给原子核，散射，将部分能量传递给原子核，变更自身运动的方向和速度，同变更自身运动的方向和速度，同变更自身运动的方向和速度，同变更自身运动的方向和速度，同时引起原子核发生反冲，中子和时引起原子核发生反冲，中子和时引起原子核发生反冲，中子和时引起原子核发生反冲，中子和原子核系统的动能和动量守恒原子核系统的动能和动量守恒原子核系统的动能和动量守恒原子核系统的动能和动量守恒 二二二二.中子与物质的中子
46、与物质的中子与物质的中子与物质的相互作用相互作用相互作用相互作用第四节第四节 射线与物射线与物质的相互作用质的相互作用 2.2.非弹性散射：中子受到原子核非弹性散射：中子受到原子核非弹性散射：中子受到原子核非弹性散射：中子受到原子核的散射，反应前后的中子和原子的散射，反应前后的中子和原子的散射，反应前后的中子和原子的散射，反应前后的中子和原子核系统的能量和动量不再守恒。核系统的能量和动量不再守恒。核系统的能量和动量不再守恒。核系统的能量和动量不再守恒。（原子序数越低的物质，中子越（原子序数越低的物质，中子越（原子序数越低的物质，中子越（原子序数越低的物质，中子越简洁被吸取简洁被吸取简洁被吸取简
47、洁被吸取 ）10二二二二.中子与物质的中子与物质的中子与物质的中子与物质的相互作用相互作用相互作用相互作用第四节第四节 射线与物射线与物质的相互作用质的相互作用 3.3.发生核反应：发生核反应：发生核反应：发生核反应：中子与原子核发中子与原子核发中子与原子核发中子与原子核发生核反应，反应的产物有稳定核生核反应，反应的产物有稳定核生核反应，反应的产物有稳定核生核反应，反应的产物有稳定核素和放射性核素，并伴随着各种素和放射性核素，并伴随着各种素和放射性核素，并伴随着各种素和放射性核素，并伴随着各种射线产生。射线产生。射线产生。射线产生。中子对机体组织的危害是相当大的中子对机体组织的危害是相当大的中
48、子对机体组织的危害是相当大的中子对机体组织的危害是相当大的 1一一一一.放射治疗放射治疗放射治疗放射治疗 第五节第五节 原子核技原子核技术在医学上的应术在医学上的应用用 60 60CoCo放射源，它的半衰期为放射源，它的半衰期为放射源，它的半衰期为放射源，它的半衰期为5.27y5.27y，衰变时发出，衰变时发出，衰变时发出，衰变时发出 射线，射线射线，射线射线，射线射线，射线的平均能量为的平均能量为的平均能量为的平均能量为1.25Mev1.25Mev。1.1.1.1.60606060CoCoCoCo治疗机治疗机治疗机治疗机2.2.2.2.刀（刀（刀（刀（gamma knifegamma kni
49、fegamma knifegamma knife）是立体放射神经外科是立体放射神经外科是立体放射神经外科是立体放射神经外科（SRNSSRNS）中利用）中利用）中利用）中利用 射线定向照射，射线定向照射，射线定向照射，射线定向照射，通过射线聚焦使焦点处聚集高能通过射线聚焦使焦点处聚集高能通过射线聚焦使焦点处聚集高能通过射线聚焦使焦点处聚集高能量，从而实现杀灭该部位的肿瘤量，从而实现杀灭该部位的肿瘤量，从而实现杀灭该部位的肿瘤量，从而实现杀灭该部位的肿瘤的非手术治疗的设备。适于直径的非手术治疗的设备。适于直径的非手术治疗的设备。适于直径的非手术治疗的设备。适于直径小于小于小于小于3 cm3 cm的
50、病灶的病灶的病灶的病灶 。2第五节第五节 原子核技原子核技术在医学上的应术在医学上的应用用 131I 131I 放射源引入体内，会很放射源引入体内，会很放射源引入体内，会很放射源引入体内，会很快地集中在甲状腺中快地集中在甲状腺中快地集中在甲状腺中快地集中在甲状腺中,有效半衰期有效半衰期有效半衰期有效半衰期约为约为约为约为4 46 6天，其放射出的天，其放射出的天，其放射出的天，其放射出的 射线能射线能射线能射线能破坏部分甲状腺组织，削减甲状破坏部分甲状腺组织，削减甲状破坏部分甲状腺组织，削减甲状破坏部分甲状腺组织，削减甲状腺激素的合成和分泌，起到治疗腺激素的合成和分泌，起到治疗腺激素的合成和分