1、第十一章 核医学基础,第十一章 核医学基础,第十一章 核医学基础,第十一章 核医学基础,一、问题： 原子核的密度为2.31017kg/m3（黄金的密度为19.3103kg/m3）,你知道为什么会如此之大吗？ 木乃伊的存在年代如何计算? 射线、射线、射线分别指的是什么？ 如何防护？,1、 原子核由核子（质子、中子）组成质子就是氢原子核，常以p表示，带正电,其质量mp=1.007276u，中子以n表示，不带电，其质量mn=1.008665u； 2、原子质量单位：1u=1.6610-27 Kg=931.5MeV/c2； 3.原子序数 Z： 4.质量数 A: 原子核中质子和中子的总和称为质量数(核子数
2、) 原子核的质量几乎都是u的整数倍，即m = uA,一、原子核的组成,第一节 原子核的结构,异能,5.核素:原子核内的A、Z值和核能态都相同的一类原子称为同一种核素.其表示符号为 AZX 或 AX 6.同位素:Z值相同、A值不同的核素,彼此称为同位素.如: 158O、168O、178O、188O、1H、2H、3H。,7、核力：,自然界只存在四种基本相互作用力：即引力、电磁力、弱力与强力 核力为什么这么强？核密度又为什么如此之大？ 汤川秀树1935年，发表了核力的介子场论，用数学方法预见介子的存在，解释了这些问题，并于1949年获诺贝尔物理奖。 (+介子带正电、-带负电、0介子不带电，其质量为电
3、子质量me的273.3倍、264.2倍),存在于核子间的力称为核力，是短程力（仅在10-15 m范围内起作用），是一种强相互作用力，具有饱和性，与核子的带电性无关，核子间不能无限靠近（ 10-1 m 即为斥力）。,1、质量亏损（1）定义：任何原子核的质量都小于组成它的所有核子单独存在时的质量之和，其差值称为质量亏损， 用m 表示。 如:氘(21H)由一个中子、一个质子组成，但,释放出能量为2.225MeV的光子,亏损的质量将转为能量，质能关系：E =m C 2 = 931.5m (MeV) 式中m 用统一原子质量单位u作单位，能量E 以兆电子伏特(MeV)作单位。 1u质量的物质对应931.5
4、MeV能量,二、质量亏损和结合能,问:100克质量的物质对应的能量? E =m C 2 = 931.5106 1.610-19 10010-3 /(1.6610-27) (J)=9.01015(J), 目前人类一年消耗的能量约为2.11020J， 2、结合能：核子结合成原子核的过程中，要释放能量，此能量称为结合能，用E表示。 （3）比结合能：原子核的结合能与该核的核子数之比，用表示, =E/A 3、比结合能小的核不稳定，易于分解，A30的核结合能都较小，皆以分子形式存在；,比结合能曲线,第二节 核衰变类型和衰变规律,核衰变（nuclear decay):不稳定核素自发地放出射线变成另一种核素的
5、现象称为原子核衰变，简称核衰变。衰变过程遵守四个守恒定律：质量和能量守恒定律动量守恒定律电荷数守恒定律核子数守恒定律 衰变能：如果衰变前后的静止质量不守恒，则衰变前后的质量差值将转化为核衰变时吸收或放出的能量，此能量称为衰变能，记作Q。,一、 衰变,原子核放出粒子而衰变为另一种原子核的过程称为衰变。 粒子即氦核（42He)。 质量数A超过209的重核不稳定，会自发发射粒子，衰变成A值较小的原子核。衰变的过程表示：,在元素周期表内子核Y的位置比母核X前移两位，此即衰变的位移法则。 如：,0 Mev,3.82d,镭原子核放射出来的粒子具有三种不同的能量；,箭头向左下方指，表示子体核较母体核在元素周
6、期表中前移,衰变的衰变纲图表示,是中微子的反物质,- 衰变的过程表示：,原子核内放出电子或放出正电子或俘获一个核外电子的衰变过程称为衰变。 （一） -衰变 原子核自发的发射- 粒子（即负电子），变成另一种核，其质量数A不变，原子序数在元素周期表中向前或向后移一个位置。,二、衰变,-衰变使子核增加了一个质子，子核较母核在元素周期表中后移一位。 如吴健雄等人做的钴60的-衰变：,-衰变的过程表示：,MO(钼) 的衰变表示式为：,MO(钼)TC(锝)通常在衰变图上标出的是粒子能量的最大值(、的总值 ),-衰变简图：,子核比母核在元素周期表中前移一位。,（二） +衰变 原子核自发发射+粒子(即正电子)
7、的衰变称为+衰变。一个质子会发射一个正电子和一个中微子，变为中子。 +衰变的过程表示为：,+ : 正电子，是负电子的反物质，当其能量为零时，将与一个负电子结合，变成两个能量均为0.511Mev且飞行方向相反的X光子，此即电子对的湮灭。 通过测量X射线可探测+的存在。,子核在元素周期表内较母核前移一位。,在质子数较多的原子核中，质子从核外俘获一个电子，发射一个中微子，转为中子，此衰变过程称为电子俘获，简写为EC 。 EC的过程可表示为：,（三）电子俘获,被俘获的电子主要来自核外的K、L层， 电子被俘获后将产生子核的标识射线或俄歇电子(M.P. Auger在1925年发现，于是称为Auger电子)
8、,俄歇电子是指电子跃迁时不辐射标识射线，而将其能量传给同一能级的另一电子，使其成为自由电子，此自由电子即为俄歇电子。,三、 跃迁和内转换,1、原子核内发射射线的衰变方式称为衰变。射线是电磁波，从原子核内发出后，衰变前后A、Z值不改变。,产生原因： 核反应或核衰变后新生成的子体核，多数处于激发态，不稳定， 在向基态跃迁时将多余能量以射线的形式释放。,原子核从激发态向较低能级的激发态或基态跃迁时，不是通过放出光子，而是通过与核外电子发生能量交换把这份能量交给电子，使电子自由飞出。这种过程称为内转换。 所放出的电子称为内转换电子。 内壳层出现空位后还将再产生标识X射线或俄歇电子。,2、内转换,内转换
9、（internal conversion),四、衰变规律,（一）核衰变规律不稳定核素的衰变率（单位时间内衰变的核数）与现有的原子核个数N成正比，即：,称为衰变常数，是表示放射性核素衰变快慢的量。=12n 对上式积分，并利用初始条件t =0,N =N0, 则有：,称为衰变定律。,1、半衰期放射性核素减少到原来数量的一半所经历的时间，称为半衰期。 用 表示,所以,若母体的半衰期很长，子体半衰期较短，当子体核每秒衰变的核数等于它从母体得到补充的核数时，子体的核数不再变化，达到放射平衡。,俗称99Mo为“母牛”,活着生物体骨骼内14C、12C的数量之比(平衡比)与空气相同是确定的值(为1.310-12
10、),生物体死亡后,14C值将逐渐减少,14C的半衰期T1=5730a由此可求出骨骼存放年代. 如:测量某木乃伊骨骼所含14C的量是同质量有生命骨骼含量的1/4,求此木乃伊存在的年代?,木乃伊的存在年代如何计算?,一个i放射性原子核在衰变前存在的时间即平均寿命。 利用统计规律可求出某放射性核素的平均寿命：,即,2、平均寿命,五、放射性活度,单位时间内衰变的原子核数量称为放射性活度。用A表示：,定义式,关系式,A0=N0表示t =0时刻的放射性活度。,单位：贝可（Bq） 旧单位：居里(Ci) 1Ci=3.71010 Bq,设一台60Co-刀初装时钴源活度为6040Ci，使用5年后，钴源活度还剩多少
11、Bq?其平均寿命为多少年？ 解:查得60Co的半衰期T =5.27年, 因为A0=6040Ci=60403.71010=2241012 Bq 所以5年后钴源活度为:,其平均寿命为: =T/ln2=1.44T =1.445.27 = 7.6年 = 7.6 a,例,一、照射量定义：表示进入被照射物质辐射总量的物理量。,式中为被照射空气的质量，dQ是射线在质量为dm的干燥空气中形成的离子总电量。 E的单位为：C/kg，曾用单位为：伦琴（R）1R=2.5810-4 C/kg,第三节 射线的剂量与防护,式中dm为被照射物质的质量，dE为它吸收的射线能量。,2、某种物体的吸收剂量D与射线的照射量X有关，也
12、与该物质本身的性质有关。,3、单位：J/kg ，称为戈瑞（Gy）， 常用单位有：拉德（rad） 1 Gy = 100 rad 4、吸收剂量率：单位时间内的吸收剂量称为吸收剂量率，单位为：Gy/s,二、吸收剂量,1、定义：被照射物质单位质量所吸收的电离辐射能量叫做吸收剂量。,剂量当量是反映电离辐射对人体损伤程度的物理量,根据射线生物效应的强烈程度，引入辐射权重因子R，即品质因素（QF），无量纲。 剂量当量= 吸收剂量辐射权重因子 即 H = D QF 剂量当量HT 的单位为：希沃特（Sv)，常用的单位还有：雷姆（rem)1Sv = 100rem,三、剂量当量H,四、辐射的防护,人们在日常生活中一
13、直受到的各种天然射线的照射，称为本底照射，1、最大允许剂量（MPD）国际上规定：经过长期积累或一次性照射后，对肌体既无损害又不发生遗传危害的最大剂量称为最大允许剂量（MPD）。我国规定的MPD值为每年不超过5rem，即50mSv。,放射源在体外对人体进行的照射称为外照射。 对射线的防护：工作时只要带手套就能有效的进行外防护（射程短）； 对射线的防护：使用原子序数中等的物质，如用各种塑料和有机玻璃等。 对X、射线的防护：用原子序数较大的物质，如铅。,2.外照射防护,内照射：放射性核素注入体内进行的照射称为内照射。凝 任何射线的内照射皆应该避免，特别是射线（电离比值大）, 混凝土建筑物氡Rn的含量
14、较高，散入空气中，会随尘埃吸入人肺中产生内照射， 22286Rn，半衰期为3.82d ，产生、衰变， 容易引起肺癌。,3.内照射防护,国家规定安全剂量 5 mSv/年 北京地区天然本底 2 mSv/年 吃食物 0.2 mSv/年 砖制房屋 0.4 mSv/年 乘飞机 0.01 mSv/小时 吸烟20支/天 1 mSv/年 泥土、空气 0.5 mSv/年 门诊透视 0.3 mSv/次 胸部透视 0.1 mSv/次 消化道造影 13.7 mSv/次,日常生活中接触到的辐射剂量,貝克勒尔,法国贝克勒尔(Antonine Henri Becquerel, 1852-1908)贝克勒尔于1896年发现放
15、射性而与居里夫妇共同获得1903年的诺贝尔物理奖。,1896年贝克勒尔发现荧光的硫酸铀醯钾和用黑色纸包封的感光底片一起置放于阳光照射之下数小时，感光底片会遭受到曝露。重复上述的实验，但不是在阳光下而是在暗房中进行，感光底片仍然遭受到曝露，证实了铀会发出辐射，为放射性物质。 1975年国际辐射单位与度量委员会(ICRU) 建议：活度的国际单位为贝克。,返回,戈瑞Gray,戈瑞(Louis Harold Gray, 1905-1965)（又称戈雷）英国物理学家，前ICRU副主席，对于辐射剂量学作了最基本的贡献。戈瑞Gy是吸收剂量的国际专用单位，等于1焦耳千克，并取代拉德(rad)。,1975年8月
16、国际辐射单位与度量委员会(ICRU)致函许多期刊,把吸收剂量的国际单位命名为戈瑞(Gy)。 初习辐射剂量学时，对于曝露量(exposure)与吸收剂量这两个量有时会发生混淆。戈瑞作比喻：教授讲的话经过每个学生的耳朵就好比曝露量，而学生脑海里能记得下来的就好比吸收剂量。,返回,西沃特(Sv),西沃特 (Rolf Sievert, 1895-1966)是瑞典数学和生物物理学家，ICRP前任主席。 ICRU采用戈瑞作为吸收剂量的单位名称时，也宣称要选择一个合适的单位作当量(等效)剂量的单位。,国际放射防护委员会(ICRP)选择了西沃特作为当量剂量的单位，以纪念ICRP前主席西沃特。西沃特一直致力于研
17、究工作人员和公众接受低剂量的生物效应，后半生则关注辐射防护。 西沃特为当量剂量的国际单位，等于1焦耳千克。,返回,雷姆(rem),雷姆(rem)（不是人名）为当量剂量的另一常用单位， rem为roentgen equivalent man (或mammal)的缩写，可译为人伦琴当量。 当量剂量其他单位还有仑卜(rep) (拉德rad的前身),仑卜rep为roentgen equivalent physical的缩写，可译为物理伦琴当量。 还有reb，其为roentgen equivalent biological的缩写，可译为生物伦琴当量。 只是在说话时却很难分辨reb和rep。,返回,拉德（
18、 rad ）,拉德（rad）为英语rad的音译。计算电离辐射吸收的单位。用以替代从前的计量单位，可用于测量辐射对生物软组织的作用。通常以毫拉德mrad（milli-rad)为单位。,返回,居里单位的规定和镭的基准的建立,放射治疗的成功，要求对所用的镭量和放射性的强度有准确的知识。所以，镭的量度，在科学研究、医学和生产上，都成为迫切需要解决的问题。 1910年9月在比利时首都布鲁塞尔举行的国际放射学会议上，为了寻求一个国际通用的放射性强度的单位和镭量的标准，决定组织一个包括法国的玛丽居里、英国的卢瑟福（ERutherford）、德国的哈恩（0Hahn）等人在内的10人委员会，主持其事。这个委员会
19、建议： 以与1克镭达到放射性平衡时的氡的放射性，作为放射性强度的单位，这个单位叫做“居里”，用以纪念镭的发现者；并建议制定一个镭量的国际标准。,国际放射学会议一致通过这些建议，并公推居里夫人为这个镭量的国际标准的制定者。 现在通用的放射性强度单位居里（3.7X1010衰变次数秒）就是从这次会议的决议演变而来的。 1912年3月，这个委员会重新在巴黎集会，批准了居里夫人亲手制出的镭管作为镭的国际基准。这个镭管包括21.99毫克的无水氯化镭，它的质量准确到0. 02毫克，它的放射性准确到千分之五，一直保存在巴黎国际度量衡局内，作为世界上镭的基准。这个委员会还制出了几个副样标准，经与这个基准比较后，
20、送发各国，作为各国的一级标准。,返回,习题十一,一、填空1、原子核由质子和中子组成，他们统称为 。2、完成下列核反应方程 （1）Na+He +H(2) +n Al+2n(3) Ni+H Cu (4) Th +e 3、衰变的规律是，质量数：新核比原来核 ；电荷数：新核比原来核 。 4、衰变的规律是，新核的质量数 ，电荷数，新核在元素周期表中的位置向 移 位，这叫做 衰变的位移定则。 5、半衰期是指： 。 6、照射量的定义为： 。,二、选择题 1、半衰期是： （1）放射性核素衰减的半用期； （2）放射性核素的核有半数发生衰变需要的时间； （3）是衰变的位移定则； （4） 衰变的位移。2、U衰变为P
21、b要经过 （1） 16次衰变，6次衰变； （2） 6次衰变，8次衰变； （3） 8次衰变，6次衰变； （4） 5次衰变，2次衰变。 3、U经过衰变后，变成的新原子核中含有中子数为： （1）148个； （2）144个； （3）142个； （4）140个。,4、2千克铀和1千克铀的半衰期 （1） 2千克铀的半衰期为1千克铀的半衰期的2倍； （2） 2千克铀的半衰期为1千克铀的半衰期的4倍； （3） 2千克铀的半衰期为1千克铀的半衰期的1/2倍； （4） 2千克铀的半衰期为1千克铀的半衰期相同。 5、放射性核素治疗是利用射线的生物效应，其治疗应用可以分围三类，下面不是三类中的是： （A）外照射治疗 （B）敷贴治疗 （C）内照射治疗 （D）磁共振治疗 6、我国现行规定的射线防护最大容许剂量为每年多少： （A）100mrem （B）5mrem （C）100rem （D）5rem 三.问答题226Ra的半衰期为1622a（1a=3.1557107s），问一克226Ra中每秒有多少原子衰变？,
