第一章放射性衰变基本知识

第一章放射性衰变基本知识

原子就是由原子核和核外电子组成得,原子核带正电,核外电子带负电,整个原子呈电中性得。核外电子在轨道上运动时不吸收也不辐射能量得状态称为定态(Stationarystate);能量最低得定态称为基态(Groundstate);能量较高得定态称为激发态(Excitedstate)。

原子核就是由质子(p)和中子(n)组成得,质子和中子统称为核子(nucleon),质子带正电,其电量与电子得电量相等,中子不带电。质子数和中子数之和称为原子核得质量数(A)。二、核素(nuclide)

具有特定得质量数、原子序数和核能态得原子,统称为核素。可用通式AX表示,目前已知得元素虽仅100多种,但已知得核素却有2700多种。核素可分为稳定性核素与放射性核素二种,其中绝大多数为放射性核素。三、同位素(isotope)凡原子核内质子数相同(原子序数相同),而中子数不同得一类原子,彼此互称为同位素,比如:1H、2H、3H互称为同位素。每种同位素也就是一种核素。同位素四、同质异能素(isomer)

核内质子数和中子数均相同,但所处能量状态不同得核素。如99Tc与99mTc,99mTc就是处于激发态得原子核,激发态向基态过渡时将放出多余得能量。§2核得稳定性和放射性衰变

一、原子核得稳定性:取决核子之间得引力和短程核力。只有当核子总数以及中子数和质子数得比例在一定得范围内才能使这两种力平衡,原子核才就是稳定得。二、衰变类型

(一)α衰变(alphadecay):指母核放出一个α粒子(氦原子核)得过程。比如226Ra(镭)衰变式如下:226Ra→222Rn+α+4、86Mevα粒子得质量大且带电荷,故射程短,穿透力弱,在空气中只能穿透几厘米,一张纸就可屏蔽,因而不适合作核医学显像用。但α粒子对局部得电离作用强,对开展体内恶性组织得放射性核素治疗具有潜在得优势。(二)β衰变(betadecay)(1)β-衰变:指母核放出一个负电子得过程。β-衰变发生在中子过剩得原子核。比如:32P(磷)衰变式如下:

32P→32S+e-1+υe+1、711Mevβ-衰变时放出一个β-粒子和反中微子,核内一个中子转变为质子,因而子核比母核中子数减少1,原子序数增加1,原子质量数不变。β-射线得本质就是高速运动得电子流,β-衰变时,衰变能随机分配给β-粒子和反中微子,因而β-粒子得能量分布形成连续能谱。9大家应该也有点累了，稍作休息大家有疑问的，可以询问和交流β-粒子穿透力弱,例如2Mev得β-粒子在软组织中得射程约为2cm,不能用于核医学显像。某些β-核素可用于核素治疗,例如:131I用于治疗甲亢和甲状腺癌,32P可用于血液和皮肤病得治疗。(2)β+衰变:指母核放出一个正电子得过程。发生在中子相对缺乏得核素,也可认为就是质子过剩。比如:13N(氮)衰变式如下:13N→13C+β++υ+1、190Mev衰变时放出一个β+粒子和中微子,核内一个质子转变为中子。正电子得射程仅1-2mm即发生湮灭辐射。(3)电子俘获(electroncapturedecay,EC)核内得一个质子可以俘获一个核外电子并发射一个中微子而转变为一个中子,所形成得子核质量数不变,原子序数少1。比如125I(碘)衰变式如下:125I+e-→125Te(碲)+υ+0、0355Mev。原子核发生电子俘获后,外层电子留下一个空轨道,更外层电子填补空轨道,将多余得能量以电磁辐射或光子流得形式释放出去,这种电磁辐射或光子流称为“标识X线”。(三)γ跃迁(γtransition)1、同质异能跃迁(isomerictransition):原子核发生α衰变、β衰变后得子核吸收衰变能处于激发态,激发态得子核向基态过渡时将多余得能量以电磁辐射或光子流得形式释放出去,这种电磁辐射或光子流称为γ射线,这个过程称为γ衰变。99mTc(锝)衰变式如下:

99mTc→99Tc+γ2、内转换(internalconversion):激发态得原子核从激发态跃迁到基态时不放出γ射线,而将多余得能量直接交给核外壳层电子,使轨道上得电子获得足够能量后脱离轨道成为自由电子称之为内转换,该自由电子称为内转换电子。

§3核衰变规律一、衰变规律:对大量放射性核得群体进行研究,发现其衰变遵循一种普遍得衰减规律,即各种放射性核得群体(样品)其总得放射性核得数目N都随时间t按指数规律衰减。衰变公式:N=Noe-λt该式就是表示核衰变得基本公式,适用于任何一种单一存在得放射性核素。

二、半衰期(一)物理半衰期(T1/2):放射性核素由于衰变,其原子核数目或活度减少到原来一半所需得时间,用T1/2表示。(二)生物半衰期(Tb):放射性核素由于生物代谢,其原子核数目或活度减少到原来一半所需得时间。(三)有效半衰期(Te):放射性核素由于生物代谢和衰变得共同作用,其原子核数目或活度减少到原来一半所需得时间。三者得关系可用下式表示:Te=(T1/2·Tb)／(T1/2+Tb)

引入半衰期概念以后,核衰变得公式可改写成:N=Noe-0、693t/T1/2或A=A0e-0、693t/T1/2按照这一公式,可根据某种放射性核素得半衰期和其出厂到使用时得间隔时间(t)计算出使用时得放射性活度。三、放射性活度及其单位(一)放射性活度单位时间内核衰变得次数,用dps或dpm来表示。(二)放射性活度单位:在国际单位制(SI)中,放射性活度专名就是贝可勒尔(Bequeral),简称贝可,符号就是Bq,单位就是秒-1(s-1)其派生单位有KBq、MBq、GBq和TBq。1TBq=103GBq=106MBq=109KBq四、放射性比活度:单位质量(摩尔、容积)物质所含放射性得多少。单位就是MBq/mg、GBq/mg、TBq/g或MBq/mmol、GBq/mmol、MBq/ml。后者常称为放射性浓度。§4射线与物质得相互作用一、带电粒子与物质得相互作用(一)电离与激发(ionizationandexcitation)电离:指带电粒子与物质相互作用使物质中得中性原子变成离子对得过程。激发:如果核外电子所获动能不足以使之成为自由电子,只就是从内层跃迁到外层,从低能级跃迁到高能级。电离密度:单位路径上形成得离子对得数目。她表示得就是射线电离作用强弱得量。α>β>γ。(二)韧致辐射:β-与物质相互作用会受到原子核电场得排斥,将部分能量以电磁辐射或光子流得形式释放出去,这种电磁辐射或光子流称为韧致辐射。韧致辐射得发生几率与β-得能量及被作用物质得原子序数成正比。在实际工作中,为了尽可能地减少β射线产生得韧致辐射,应该选用原子序数低得材料作为屏蔽材料,比如铝、有机玻璃等。

(三)湮没辐射:β+与物质相互作用会受到原子核电场得吸引,正负电子结合成为一对能量各为0、511Mev得光子,这个过程称为湮没辐射,湮没辐射就是PET显像得基础。(四)吸收和射程:吸收:带电粒子引起电离和激发得同时逐步损失能量,当其动能全部或接近全部消失时,原来得射线不在存在,这一现象称为射线得吸收。射程:射线从入射到完全消失所经过得直线距离称为射线得射程。α﹤β﹤γ

二、γ射线(X射线)与物质得相互作用(一)光电效应(photoelectriceffect):光子与物质相互作用,将所有得能量都传给被作用物质原子核得核外电子,使其脱离原子核得束缚成为自由电子,这个自由电子称为光电子,这个过程称为光电效应(由光子到电子)。发射光电子得原子内层电子出现空位,故可发射特征X射线。(二)康普顿效应(ptoneffect):当光子得能量远大于壳层电子得结合能时,γ光子将其部分能量传给被作用物质原子核得核外电子,使其脱离原子核得束缚成为自由电子,这个自由电子称为康普顿电子,γ射线失去部分能量改变运动方向射出,称为康普顿散射光子,这个过程称为康普顿效应。(三)电子对生成效应(pairproduction):能量超过1、02Mev得γ射线与物质相互作用,γ光子在原子核电场得作用下产生一对正负电子,这种作用称为电子对生成效应。1、02Mev得能量就是产生一对正负电子得最低极限值。γ射线与物质相互