第一章 核射线及其与物质相互作用

1、第一章 核射线及其与物质的相互作用1-1 核物理基本知识n一、原子与原子核：1、原子核结构： 质子（Proton）；中子（Neutron） AZX ， AX2、原子的能量状态 (1)基态；(2)激发态 、原子核的能量状态基态：原子核处于能量最低的状态；激发态：原子核处于能量较高的状态。二、核素、同位素、同质异能素 1.核素(nuclide)：凡原子核内质子数、中子数和核能态均相同的一类原子称为一类核素。 2.同位素(isotope) ：凡核内质子数相同、而中子数不同的一类原子，彼此互称同位素。 3. 同质异能素(isomer) ：核内质子数和中子数均相同，但核能态不同的核素。如：99mTc、

2、99Tc三、稳定性核素与放射性核素n1. 稳定性核素(stable nuclide)n2.放射性核素(radionuclide)n3.核衰变(nuclear decay)n4.放射性核素原子核不稳定的因素（1）中子质子比例不平衡； 主要发生衰变（2）Z83，均为放射性核素（）原子核处于激发态，如：99mTc四、质量亏损与衰变能n1、放射性核素衰变前后的静止质量总是有差异的，衰变产物的全部质量小于放射性核素母体的质量，所有核衰变都存在质量质量亏损亏损，这种质量亏损转化为能量，这种能量成为衰变能衰变能（decay energy）。n微观粒子的质量单位称为原子质量单位原子质量单位，以 amu 或 u

3、 表示。1 amu=1.6606 X 10-27 kg核物理中的能量单位： eV1 eV表示一个电子在真空中通过电势差为一伏特的电场时所获得的能量。常用单位KeV、 MeV等1 eV =1.6021892 X 10-19 J质量为1 amu 的物质转化为相应的能量为931.478 MeV ，n例如3H经过-衰变形成3He，衰变前后的质量亏损为2.0 X 10-5 amu，衰变能：2.0 X 10-5 （amu） X 931.478 （MeV） =0.01862 MeVn衰变能的去向：为核衰变时发射的、+、- 粒子提供动能；使衰变后的核处于激发态，等等。1-2 核衰变方式n（一） 衰变(alph

4、a decay) 衰变主要发生在Z82的核素。变化通式： AZXA-4Z-2Y+42He+Q 22688Ra衰变式如下： 22688Ra22286Rn+42He+4.86 Mev 粒子的特点及应用（二）-衰变(- decay) n核衰变时放射出-粒子，因核内中子过多所致 变化通式： AZXAZ+1Y+-+ +Q 3215P衰变式如下： 3215P3216S+0-1e+ +1.711 Mev -粒子的特点及应用图12 -衰变模式图（三） +衰变 ( + decay)n核衰变时放射出+粒子，核内中子过缺 变化通式： AZXAZ-1Y+Q137N衰变式如下： 137N136C+1.190 Mev +

5、粒子的特点及应用图13 +衰变模式图（四） 、电子俘获(electron capture decay,EC) n母核在衰变时由核外捕获一个电子，使核内一个质子变成中子，同时伴有一个中微子放出。 变化通式： AZX+-eAZ-1Y+Q 12553I衰变式： 12553I+-e12552Te(碲)+0.0355 Mev （五）衰变(gamma decay)n（1）同质异能跃迁 (isomeric transition)：变化式：AmZXAZY+ 99m43Tc(锝)衰变式9942MO99m43TC9943TC+n（2）、内转换(internal conversion) 1-3 放射性衰变的基本规律

6、n1.衰变公式 N=Noe-t n2、半衰期 物理半衰期(T1/2)：放射性核素由于核衰变,其数目或活度减少到原来一半所需的时间,用T1/2表示。 生物半衰期(Tb)、 有效半衰期(Te) 3、放射性活度及其单位 n（1）、放射性活度（A） 放射性核素在单位时间内发生的核衰变数，简称活度。 A=dN/dt 根据核衰变规律公式及放射性活度定义A与N成正比关系可写成下式： A=Aoe-t T1/2=0.693（2）放射性活度的单位 放射性活度的单位是贝可勒尔(Bequeral)，简称贝可，符号是Bq，单位是秒-1(s-1)，1 Bq表示每秒发生一次核衰变。其派生单位有KBq、MBq等。 旧单位居里

7、(Ci) 1 Ci = 3.7 X 1010 Bqn4.放射性比活度（又称为 比放射性活度或比放射性）： 指单位质量或容积的放射性制剂中的放射性活度，单位是Bq/mg、Bq/mmol 、Bq/ml 。 1-4 射线与物质的相互作用 一、带电粒子与物质的相互作用1.电离(ionization) 它是某些放射性探测器工作的原理，也是电离辐射的主要机制。n电离密度 (ionizationdensity) 电离密度与带电粒子速度负相关，与带电粒子的荷电量及物质的密度正相关。2.激发(excitation) 退激时，获得的能量以光能或热能的形式释出。它是某些放射性探测器工作的原理，也是放射线引起物理、化

8、学和生物学效应的机制之一。3. 散射 （scattering）4.韧致辐射（Bremsstrahlung） 高速运动的带电粒子（主要是-粒子 ）经过物质原子核附近时，受到原子核库仑场作用而急剧减速，其部分或全部动能可转变为连续的电磁辐射，称为韧致辐射。 其发生的几率与-粒子 的能量及介质的原子序数的平方成正比。 n5.湮没辐射 +粒子通过物质时，其动能完全消失后，可与物质中的自由电子相结合而转化为一对发射方向相反、能量各为05llMeV的光子。这种现象称为湮没辐射（anhihilatioh radiation）n6.契伦科夫辐射（Cerenkov radiation）n7.吸收与射程 二、射线

9、与物质的相互作用n 1.光电效应(photoelectric effect)n 2.康普顿一吴有训效应 (Compton-Wu effect)n 3.电子对生成效应(pair production) n三、中子与物质的相互作用1、弹性散射2、核反应 1）与轻原子核形成复合核 2）使重核分裂3-1 常用辐射量及其单位n一、照射量X (exposure)： 定义是：x或射线在质量为dm的空气中与原子核相互作用，释放出来的全部次级电子完全被阻止时，所产生的同一种符号的离子总电荷的绝对值dQ与dm之比，即X=dQ/dm。 照射量的SI单位为库仑千克-1(CKg-1) n照射量率二、吸收剂量 D (ab

10、sorbed dose)n每单位质量(dm)被照射物质吸收任何电离辐射的平均能量dE，用D表示： 即D=dE/dm 吸收剂量的吸收剂量的SISI单位为戈瑞，符号单位为戈瑞，符号GyGy，1Gy=1Jkg-11Gy=1Jkg-1n吸收剂量率：指单位时间内的吸收剂量。单位是GyS-1 剂量剂量损伤效应损伤效应三、当量剂量 H（dose equivalent）n当吸收剂量相同时，不同的辐射类型可能会导致不同的辐射效应，因此有必要对吸收剂量进行与辐射类型相关的修正，有： H TR=WRD TR 式中D TR是辐射R在组织中产生的平均吸收剂量， WR是辐射权重因子。 当量剂量的当量剂量的SI单位：焦耳单

11、位：焦耳千克千克(JKg-1)， SI专用名称为专用名称为Sv （希沃特）（希沃特）n随机效应的概率不仅取决于吸收剂量,也取决于辐射的种类与能量,这个与辐射的“质”有关的加权因子称为辐射权重因子WR。 WR代表该辐射在小剂量诱发随机效应的RBE值。 如： 射线: 20 中子：5 射线：1n当量剂量只限用于放射防护，用来衡量在小剂量时的辐射危险度。确定性效应的剂量阈值确定性效应的剂量阈值（一次照射中组织受到的总当量剂量一次照射中组织受到的总当量剂量）器官和器官和 组织组织确定性效应确定性效应总当量剂量总当量剂量 （Sv） 睾丸睾丸暂时不育暂时不育0.15永久不育永久不育3.56.0 卵巢卵巢永久

12、不育永久不育2.56.0眼晶体眼晶体可查出的浑浊可查出的浑浊0.52.0白内障白内障5.0 骨髓骨髓造血机能低下造血机能低下0.5致死性再生不良致死性再生不良1.5n在当量剂量相同 时，受照组织 的不同可能会导致不同的 辐射危害，因此要对当量剂量进行与组织类型相关的修正，有： 式中WT表示组织权重因子，HT是辐射R在某一组织或器官中产生的当量剂量 SI单位是焦耳单位是焦耳千克千克-1(JKg-1)。专名为希。专名为希沃特，符号沃特，符号Sv 四、有效剂量（E）TTTwHEn不同电离辐射作用于全身或部分组织器官，当其产生的随机危害相同时，应当具有相等数值的有效剂量。有效剂量是用剂量的尺度表示随机性效应的概率。n当量剂量与有效剂量是放射防护的专用量，用于粗略地评价辐射危险。它们只能在远低于确定性效应的剂量阈值下估计随机性效应的概率。放射卫生防护标准（剂量限值）放射卫生防护标准（剂量限值）一、职业性工作人员的照射水平限值一、职业性工作人员的照射水平限值1、连续、连续5年的年均有效剂量不超过年的年均有效剂量不超过20mSv2、任何一年中的有效剂量不超过、任何一年中的有效