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1、核核 医医 学学 基基 础础 知知 识识李晓愚李晓愚 讲师讲师本章重点：本章重点：放射性相关基本概念放射性相关基本概念射线的种类、性质及其衰变方式射线的种类、性质及其衰变方式射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用第一节第一节 绪绪 论论什么是核医学？什么是核医学？它有什么用？它有什么用？核 h 果实中坚硬并包含果仁的部分：桃核。杏核。像核的东西：核细胞。核酸。核心（中心）。结核。原子核。核子。核反应。核武器。仔细地对照、考察：核定。核计。核实。核算。翔实正确：其文直，其事核。1.1.辐射无处不在，不可避免辐射无处不在，不可避免2.2.正常水平辐射对人体无害正常水平辐射对人体无害3.3.辐射可
2、以防护辐射可以防护*几个常识几个常识1919世纪末的三大科学发现：世纪末的三大科学发现：1 1、18951895年伦琴发现年伦琴发现X X射线；射线；2 2、18961896年贝克勒尔（法）年贝克勒尔（法）铀放射性铀放射性 1898 1898年玛丽年玛丽居里（波）居里（波）钋、镭钋、镭3 3、18971897年汤姆逊证明原子不是基本粒子年汤姆逊证明原子不是基本粒子:原子可分原子可分历历 史史背背 景景 威廉威廉康拉德康拉德伦琴伦琴 Wilhelm Conrad R Wilhelm Conrad Rntgenntgen （1845192318451923）德国物理学家，诺贝尔物理学奖获得者。德国
3、物理学家，诺贝尔物理学奖获得者。18961896年法国科学家年法国科学家A.-H.A.-H.贝可勒贝可勒尔尔含铀的晶体也能够发出穿透性含铀的晶体也能够发出穿透性射线，和射线，和X X射线不同，它可被电射线不同，它可被电场或磁场偏转。因此，当时称场或磁场偏转。因此，当时称这种射线为贝可勒尔射线。这种射线为贝可勒尔射线。G.C.N.G.C.N.施密特施密特居里夫妇居里夫妇 A.-H.A.-H.贝可勒尔发现天然放贝可勒尔发现天然放射性射性,标志着原子核物理学标志着原子核物理学的开始。由此他和居里夫的开始。由此他和居里夫妇共同获得妇共同获得19031903年的诺贝年的诺贝尔物理学奖。尔物理学奖。放射性
4、的应用广泛放射性的应用广泛核能源核能源医学应用医学应用核武器核武器育种、除害、消毒育种、除害、消毒考古断代考古断代放射性的医学放射性的医学应用应用核医学核医学诊断诊断治疗治疗科研科研放射医学放射医学CTCT、X X射线、射线、放射治疗、介放射治疗、介入入放射防护学放射防护学射线防护、管射线防护、管理、放射病理、放射病核医学核医学实验核医学实验核医学核药学核药学核检验学核检验学实验技术实验技术临床核医学临床核医学诊断诊断功能测定显像治疗治疗核医学核医学-放射性核素放射性核素放射医学放射医学-射线射线17第二节第二节 核物理基础知识核物理基础知识1 1、元素、元素:由原子核和核外电子组成，原子核内
5、含由原子核和核外电子组成，原子核内含有相同的质子数则属于同一种元素。有相同的质子数则属于同一种元素。质子（质子（proton,P)proton,P)+原子核原子核 中子中子(neutron,N)neutron,N)+原子原子 核外电子核外电子一、原子结构一、原子结构质子与中子统称为核子，质量用原子质量单位（atomic mass unit,amu)表示。1amu相当于12C原子质量的1/12，即1个质量数.元素表示方法元素表示方法A-原子的质量数。Z-质子数(即原子序数）。X-元素符号。N-中子数。A=Z+N2 2、核素、核素(nuclide(nuclide)凡原子核具有特定的质子数、中子数以
6、及一定能量状态的原子，即称为核素。即核内的质子数相同，中子数也相同，所处的能级状态也相同。3 3、同位素（、同位素（isotopeisotope）凡同一种元素的核素中具有相同的质子数而中子数不同的核素，它们在元素周期表上处于相同位置，互称为该元素的同位素。元素、核素、同位素关系图元素、核素、同位素关系图4 4、同质异能素、同质异能素 （isomerisomer）核内核内质子数和中子数相同而能量状态不同质子数和中子数相同而能量状态不同的核素，称为同的核素，称为同质异能素。质异能素。如如99m99mTcTc与与9999TcTc（锝）（锝）在原子核内存在两种力：在原子核内存在两种力：带正电荷的质子之
7、间存在着相互排斥的库仑斥力。带正电荷的质子之间存在着相互排斥的库仑斥力。同时核子（中子和质子）之间还有相互吸引的短程核力。同时核子（中子和质子）之间还有相互吸引的短程核力。二、原子核的稳定性二、原子核的稳定性当当Z83Z83，核力不能与质子之间的斥力保持平衡，全是不，核力不能与质子之间的斥力保持平衡，全是不稳定的原子。稳定的原子。当当Z83Z83，至少存在一种稳定同位素。，至少存在一种稳定同位素。1 1、放射性核素、放射性核素 （radionuclideradionuclide）又称为不稳定核素，是指原子核能自发地产生成分或能级的变化，变成另一种核素，变化时伴有射线的发射。2 2、稳定核素、稳
8、定核素 是指原子核在没有外来因素作用时，不发生核内成分或能级的变化。不稳定原子自发地发生核内成分或能级的改变，并不稳定原子自发地发生核内成分或能级的改变，并放出一种或一种以上的射线的过程称为放出一种或一种以上的射线的过程称为放射性衰变放射性衰变（radiation decayradiation decay）。核衰变方式：核衰变方式：衰变、衰变、-衰变、衰变、+衰变、衰变、ECEC（电（电子俘获）和子俘获）和跃迁。跃迁。射线：射线：-+三、放射性衰变三、放射性衰变衰变是放出衰变是放出粒子的放射性衰变。粒子的放射性衰变。粒子是由两个质子和两个中子组成，实际是氦核粒子是由两个质子和两个中子组成，实际
9、是氦核4 42 2HeHe。质量数减少质量数减少4 4，原子序数减少，原子序数减少2 2。238 238U U 234234Th+Th+4 4He+Q He+Q 粒子的质量大，带电荷，故射程短，穿透力弱粒子的质量大，带电荷，故射程短，穿透力弱 ；能量单一，对局部的电离作用强。能量单一，对局部的电离作用强。1 1、衰变衰变-衰变发生在中子过剩的原子核。衰变发生在中子过剩的原子核。核中一个中子转化成一个质子，释出一个负电子核中一个中子转化成一个质子，释出一个负电子（来自核的负电子称（来自核的负电子称-粒子）粒子）及一个反中微子。及一个反中微子。中子数减少中子数减少1 1，原子序数增加，原子序数增加
10、1 1，原子质量数不变。，原子质量数不变。3232P P 3232S+S+-+Ue+Q +Ue+Q 射线的本质是高速运动的电子流。穿透能力较弱、射线的本质是高速运动的电子流。穿透能力较弱、电离能力较强。电离能力较强。2 2、-衰变衰变 主要发生在中子数相对不足的核素，。主要发生在中子数相对不足的核素，。核中一个质子转变成一个中子核中一个质子转变成一个中子 ，释出一个正电子，释出一个正电子（+粒子）和一个中微子（粒子）和一个中微子（）。）。子核原子序数减少子核原子序数减少1 1，质量数不变。，质量数不变。正电子的射程仅正电子的射程仅1-2mm1-2mm即发生湮灭辐射即发生湮灭辐射 1313N N
11、 1313C+C+Q+Q 3 3、+衰变衰变 发生在中子相对不足的核素（发生在中子相对不足的核素（Z Z较大时）。较大时）。原子核先从核外较内层的电子轨道俘获一个电子，原子核先从核外较内层的电子轨道俘获一个电子，使之与一个质子结合转化为中子。使之与一个质子结合转化为中子。中子数增加中子数增加1 1，质子数减少，质子数减少1 1，质量数不变。，质量数不变。内层电子被俘入核内，外层轨道电子补入，两电内层电子被俘入核内，外层轨道电子补入，两电子轨道之间的能量差转换成子核的特征子轨道之间的能量差转换成子核的特征X X射线射线（characteristic X raycharacteristic X r
12、ay）释放）释放 。或传给一个轨道电子，使之脱离原子，这种电子或传给一个轨道电子，使之脱离原子，这种电子被称为俄歇电子被称为俄歇电子(auger electrons)(auger electrons)4 4、电子俘获衰变（、电子俘获衰变（electron capture electron capture ECEC）核外电子能量变化示意图核外电子能量变化示意图又称又称跃迁，原子核从激发态回复到基态时，以发跃迁，原子核从激发态回复到基态时，以发射射光子释放过剩的能量的过程。光子释放过剩的能量的过程。通常是在其他衰变发生之后形成。通常是在其他衰变发生之后形成。射线的本质是中性的光子流射线的本质是中性
13、的光子流 ，穿透力强，射程长，穿透力强，射程长，电离能力弱。电离能力弱。或把能量转给一个核外轨道电子，使之发射出，称或把能量转给一个核外轨道电子，使之发射出，称为为内转换电子（内转换电子（internal conversion electroninternal conversion electron）。5 5、衰变衰变 指某核素的原子核数目衰变一半所需的时间，用指某核素的原子核数目衰变一半所需的时间，用T1/2T1/2表示。表示。生物半衰期：指生物体内存在的放射性核素由于生生物半衰期：指生物体内存在的放射性核素由于生物代谢从体内排除到原来的一半所需的时间。用物代谢从体内排除到原来的一半所需的时
14、间。用TbTb表示。表示。有效半衰期有效半衰期：指放射性核素由于生物代谢和放射性：指放射性核素由于生物代谢和放射性衰变的共同作用减少到原来的一半所需的时间。用衰变的共同作用减少到原来的一半所需的时间。用TeTe表示。表示。四、半衰期四、半衰期常用医用放射性核素常用医用放射性核素带电粒子与物质的相互作用：带电粒子与物质的相互作用：电离（电离（ionizationsionizations）激发（激发（excitationsexcitations）散射（散射（scatteringscattering）韧致辐射（韧致辐射（bremsstrahlungbremsstrahlung）湮灭辐射湮灭辐射中性射
15、线与物质的相互作用：中性射线与物质的相互作用：X X 光电效应（光电效应（photoelectric effectphotoelectric effect）电子对生成（电子对生成（pair productionpair production）康普顿散射（康普顿散射（compton scatteringcompton scattering）中子与物质的相互作用中子与物质的相互作用 弹性碰撞弹性碰撞 中子俘获中子俘获五、射线与物质的相互作用五、射线与物质的相互作用 43指带电粒子使物质的中性原子失去轨道电子而形成指带电粒子使物质的中性原子失去轨道电子而形成离子的过程离子的过程 电离作用的强弱是以带
16、电粒子在每厘米路径上产生电离作用的强弱是以带电粒子在每厘米路径上产生的粒子对数来度量。的粒子对数来度量。1 1、电离电离指带电粒子使受作用原子轨道电子从内层轨道跃指带电粒子使受作用原子轨道电子从内层轨道跃迁到外层轨道的过程，而该电子从高能级回复到迁到外层轨道的过程，而该电子从高能级回复到低能级时，能量以光子或热能形式释出。低能级时，能量以光子或热能形式释出。2 2、激发激发指带电粒子通过物质时，因受到物质原子核库仑电场力的作用而改变其本身运动方向的现象，而作用前后带电粒子的总动能不变。射线比射线更容易出现散射。3 3、散射散射指高速电子经过原子核附近时，因受到原子核库指高速电子经过原子核附近时
17、，因受到原子核库仑电场力的作用减速时，其部分或全部动能转化仑电场力的作用减速时，其部分或全部动能转化为为X X射线或射线或 光子形式的辐射。光子形式的辐射。4 4、韧致辐射韧致辐射5 5、湮灭辐射、湮灭辐射当当粒粒子子穿穿过过物物质质,丧丧失失动动能能后后与与自自由由电电子子e e结结合合,转转化化为为两两个个方方向向相相反反,能能量量各各为为0.511MeV0.511MeV的的光光子子，这这种种现现象称为湮灭辐射。象称为湮灭辐射。湮灭辐射是正电子发射断层成像即湮灭辐射是正电子发射断层成像即PETPET的基础的基础 PET,PET,positron emission tomography po
18、sitron emission tomography 光子经过物质时，把全部能量交给轨道电子而释光子经过物质时，把全部能量交给轨道电子而释出形成光电子的过程。出形成光电子的过程。6 6、光电效应光电效应当通过射线能量大于1.022Mev时（即大于电子静止能量的两倍），在原子核电场作用下可转化为一对正负电子。多余的能量则转化为电子的动能。7 7、电子对生成电子对生成光子经过物质时，与一个核外电子发生碰撞，光子将部分能量传给该电子，使之以角度释出，而本身的运动方向也发生角度偏转的过程。入射光子的能量随机分布到散射光子和康普顿电子上，因而康普顿电子的能谱是连续的，称康普顿谱。8 8、康普顿效应、康普
19、顿效应弹性碰撞弹性碰撞：中子通过物质与原子核碰撞时，将部分能量传给受撞原子核使之逸出，本身改变方向形成散射的过程为弹性碰撞。中子俘获中子俘获：热中子或慢中子被物质的原子核俘获而成为新的放射性核素的过程称为中子俘获。1、放射性活度（A）：是描述核素放射量特征的一个物理量。用单位时间内发生衰变的原子核数表示。单位是衰变次数/秒。国际单位贝可（Bq）即为1次衰变/秒常用单位为居里Ci，1Ci3.71010 Bq 六、辐射剂量学六、辐射剂量学2、放射性比活度：是指单位质量样品中所含的放射性活度。单位是Bq/g(Ci/g)3 3、放射性浓度：、放射性浓度：指单位体积溶液中所含的放射性活度。指单位体积溶液中所含的放射性活度。单位用单位用Bq/ml(Ci/ml)Bq/ml(Ci/ml)表示。表示。