第十一章核醫(yī)學基礎第十一章核醫(yī)學基礎第十一章核醫(yī)學基礎第十一章核醫(yī)學基礎第十一章核醫(yī)學基礎一、問題：①原子核的密度為2.3×1017kg/m3（黃金的密度為19.3×103kg/m3）,你知道為什么會如此之大嗎？②木乃伊的存在年代如何計算?③α射線、β射線、γ射線分別指的是什么？如何防護？第十一章核醫(yī)學基礎

1、原子核由核子（質子、中子）組成質子就是氫原子核，常以p表示，帶正電,其質量mp=1.007276u，中子以n表示，不帶電，其質量mn=1.008665u；2、原子質量單位：1u=1.66×10-27Kg=931.5MeV/c2；3.原子序數Z：4.質量數A:原子核中質子和中子的總和稱為質量數(核子數)

原子核的質量幾乎都是u的整數倍，即m=u·A一、原子核的組成第一節(jié)原子核的結構第十一章核醫(yī)學基礎異能5.核素:

原子核內的A、Z值和核能態(tài)都相同的一類原子稱為同一種核素.

其表示符號為AZX或AX6.同位素:

Z值相同、A值不同的核素,彼此稱為同位素.

如:158O、168O、178O、188O、1H、2H、3H。第十一章核醫(yī)學基礎7、核力：

自然界只存在四種基本相互作用力：即引力、電磁力、弱力與強力核力為什么這么強？核密度又為什么如此之大？湯川秀樹1935年，發(fā)表了核力的介子場論，用數學方法預見介子的存在，解釋了這些問題，并于1949年獲諾貝爾物理獎。(π+介子帶正電、π-帶負電、π0介子不帶電，其質量為電子質量me的273.3倍、264.2倍)

存在于核子間的力稱為核力，是短程力（僅在10-15m范圍內起作用），是一種強相互作用力，具有飽和性，與核子的帶電性無關，核子間不能無限靠近（＜10-1６m即為斥力）。第十一章核醫(yī)學基礎1、質量虧損（1）定義：任何原子核的質量都小于組成它的所有核子單獨存在時的質量之和，其差值稱為質量虧損，用Δm

表示。如:氘(21H)由一個中子、一個質子組成，但釋放出能量為2.225MeV的光子虧損的質量將轉為能量，質能關系：

ΔE=Δm

·

C2=931.5Δm(MeV)式中Δm用統(tǒng)一原子質量單位u作單位，能量ΔE以兆電子伏特(MeV)作單位。1u質量的物質對應931.5MeV能量．二、質量虧損和結合能第十一章核醫(yī)學基礎問:100克質量的物質對應的能量?ΔE=Δm

·

C2=931.5×106×1.6×10-19×100×10-3/(1.66×10-27)(J)=9.0×1015(J),目前人類一年消耗的能量約為2.1×1020J，2、結合能：核子結合成原子核的過程中，要釋放能量，此能量稱為結合能，用ΔE表示。（3）比結合能：原子核的結合能與該核的核子數之比，用ε表示,ε=ΔE/A3、比結合能ε小的核不穩(wěn)定，易于分解，A<30的核結合能都較小，皆以分子形式存在；第十一章核醫(yī)學基礎比結合能曲線第十一章核醫(yī)學基礎第二節(jié)核衰變類型和衰變規(guī)律核衰變（nucleardecay):

不穩(wěn)定核素自發(fā)地放出射線變成另一種核素的現象稱為原子核衰變，簡稱核衰變。衰變過程遵守四個守恒定律：質量和能量守恒定律動量守恒定律電荷數守恒定律核子數守恒定律衰變能：如果衰變前后的靜止質量不守恒，則衰變前后的質量差值將轉化為核衰變時吸收或放出的能量，此能量稱為衰變能，記作Q。第十一章核醫(yī)學基礎一、α衰變原子核放出α粒子而衰變?yōu)榱硪环N原子核的過程稱為α衰變。α粒子即氦核（42He)。質量數A超過209的重核不穩(wěn)定，會自發(fā)發(fā)射α粒子，衰變成A值較小的原子核。α衰變的過程表示：在元素周期表內子核Y的位置比母核X前移兩位，此即α衰變的位移法則。如：第十一章核醫(yī)學基礎22688Ra(1600y)22286Rn0Mev3.82d0.32×10-9sα14.784Mev（94.6%）0.186Mevα24.598Mev(5.4%）α34.34Mev(0.0065%）鐳原子核放射出來的α粒子具有三種不同的能量；箭頭向左下方指，表示子體核較母體核在元素周期表中前移α衰變的衰變綱圖表示第十一章核醫(yī)學基礎是中微子ν的反物質β-衰變的過程表示：原子核內放出電子或放出正電子或俘獲一個核外電子的衰變過程稱為β衰變。（一）β-衰變原子核自發(fā)的發(fā)射β-粒子（即負電子），變成另一種核，其質量數A不變，原子序數在元素周期表中向前或向后移一個位置。二、β衰變第十一章核醫(yī)學基礎Β-衰變使子核增加了一個質子，子核較母核在元素周期表中后移一位。如吳健雄等人做的鈷60的β-衰變：β-衰變的過程表示：MO(鉬)的衰變表示式為：第十一章核醫(yī)學基礎MO(鉬)—TC(锝)通常在衰變圖上標出的是β－粒子能量的最大值(β、ν的總值)0.18110MeV2.2×105a9943Tc9942Mo(66h)0.1405β－0.840MeV(1.3%)0.50910.14266.02hβ－1.214MeV(81%)0.9205β－0.43MeV(17%)Β-衰變簡圖：第十一章核醫(yī)學基礎子核比母核在元素周期表中前移一位。（二）β+衰變原子核自發(fā)發(fā)射β+粒子(即正電子)的衰變稱為β+衰變。一個質子會發(fā)射一個正電子和一個中微子，變?yōu)橹凶印＆?衰變的過程表示為：第十一章核醫(yī)學基礎β+:正電子，是負電子的反物質，當其能量為零時，將與一個負電子結合，變成兩個能量均為0.511Mev且飛行方向相反的X光子，此即電子對的湮滅。通過測量X射線可探測β+的存在。第十一章核醫(yī)學基礎

子核在元素周期表內較母核前移一位。

在質子數較多的原子核中，質子從核外俘獲一個電子，發(fā)射一個中微子，轉為中子，此衰變過程稱為電子俘獲，簡寫為EC。EC的過程可表示為：（三）電子俘獲

第十一章核醫(yī)學基礎被俘獲的電子主要來自核外的K、L層，電子被俘獲后將產生子核的標識射線或俄歇電子(M.P.Auger在1925年發(fā)現，于是稱為Auger電子)

俄歇電子是指電子躍遷時不輻射標識射線，而將其能量傳給同一能級的另一電子，使其成為自由電子，此自由電子即為俄歇電子。第十一章核醫(yī)學基礎三、躍遷和內轉換

1、原子核內發(fā)射γ射線的衰變方式稱為γ衰變。

γ射線是電磁波，從原子核內發(fā)出后，γ衰變前后A、Z值不改變。產生原因：核反應或核衰變后新生成的子體核，多數處于激發(fā)態(tài)，不穩(wěn)定，在向基態(tài)躍遷時將多余能量以γ射線的形式釋放。第十一章核醫(yī)學基礎

原子核從激發(fā)態(tài)向較低能級的激發(fā)態(tài)或基態(tài)躍遷時，不是通過放出光子，而是通過與核外電子發(fā)生能量交換把這份能量交給電子，使電子自由飛出。這種過程稱為內轉換。所放出的電子稱為內轉換電子。內殼層出現空位后還將再產生標識X射線或俄歇電子。2、內轉換第十一章核醫(yī)學基礎內轉換（internalconversion)第十一章核醫(yī)學基礎四、衰變規(guī)律

（一）核衰變規(guī)律不穩(wěn)定核素的衰變率（單位時間內衰變的核數）與現有的原子核個數N成正比，即：λ稱為衰變常數，是表示放射性核素衰變快慢的量。

λ=λ1＋λ2＋……＋λn對上式積分，并利用初始條件t

=0,N=N0,則有：稱為衰變定律。第十一章核醫(yī)學基礎1、半衰期放射性核素減少到原來數量的一半所經歷的時間，稱為半衰期。用

表示所以第十一章核醫(yī)學基礎

若母體的半衰期很長，子體半衰期較短，當子體核每秒衰變的核數等于它從母體得到補充的核數時，子體的核數不再變化，達到放射平衡。俗稱99Mo為“母?！钡谑徽潞酸t(yī)學基礎活著生物體骨骼內14C、12C的數量之比(平衡比)與空氣相同是確定的值(為1.3×10-12),生物體死亡后,14C值將逐漸減少,14C的半衰期T1=5730a由此可求出骨骼存放年代.如:測量某木乃伊骨骼所含14C的量是同質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計算?第十一章核醫(yī)學基礎一個i放射性原子核在衰變前存在的時間即平均壽命。利用統(tǒng)計規(guī)律可求出某放射性核素的平均壽命：即2、平均壽命第十一章核醫(yī)學基礎五、放射性活度

單位時間內衰變的原子核數量稱為放射性活度。用A表示：定義式關系式A0=λN0表示t

=0時刻的放射性活度。單位：貝可（Bq）舊單位：居里(Ci)1Ci=3.7×1010Bq

第十一章核醫(yī)學基礎

設一臺60Coγ-刀初裝時鈷源活度為6040Ci，使用5年后，鈷源活度還剩多少Bq?其平均壽命為多少年？解:查得60Co的半衰期T

=5.27年,因為A0=6040Ci=6040×3.7×1010=224×1012Bq所以5年后鈷源活度為:其平均壽命為:τ=T/ln2=1.44T=1.44×5.27=7.6年=7.6

a例第十一章核醫(yī)學基礎第十一章核醫(yī)學基礎一、照射量定義：表示進入被照射物質輻射總量的物理量。

式中為被照射空氣的質量，dQ是射線在質量為dm的干燥空氣中形成的離子總電量。E的單位為：C/kg，曾用單位為：倫琴（R）

1R=2.58×10-4C/kg第三節(jié)射線的劑量與防護第十一章核醫(yī)學基礎式中dm為被照射物質的質量，dE為它吸收的Ｘ射線能量。2、某種物體的吸收劑量D與射線的照射量X有關，也與該物質本身的性質有關。

3、單位：J/kg，稱為戈瑞（Gy），常用單位有：拉德（rad）

1Gy=100rad4、吸收劑量率：單位時間內的吸收劑量稱為吸收劑量率，單位為：Gy/s二、吸收劑量1、定義：被照射物質單位質量所吸收的電離輻射能量叫做吸收劑量。第十一章核醫(yī)學基礎

劑量當量是反映電離輻射對人體損傷程度的物理量,根據射線生物效應的強烈程度，引入輻射權重因子ωR，即品質因素（QF），無量綱。劑量當量=吸收劑量×輻射權重因子即H=

D×QF劑量當量HT

的單位為：希沃特（Sv)，常用的單位還有：雷姆（rem)1Sv=100rem三、劑量當量H第十一章核醫(yī)學基礎射線種類和能量范圍QF

(近似值)射線種類和能量范圍QF

(近似值)X、γ射線1中子（能量<10eV）5β-、β+射線1中子（100eV～2MeV）20質子（能量>2MeV）5中子（2MeV～20MeV）10α射線20中子（>20MeV）5第十一章核醫(yī)學基礎四、輻射的防護

人們在日常生活中一直受到的各種天然射線的照射，稱為本底照射，

1、最大允許劑量（MPD）國際上規(guī)定：經過長期積累或一次性照射后，對肌體既無損害又不發(fā)生遺傳危害的最大劑量稱為最大允許劑量（MPD）。我國規(guī)定的MPD值為每年不超過5rem，即50mSv。第十一章核醫(yī)學基礎

放射源在體外對人體進行的照射稱為外照射。①對α射線的防護：工作時只要帶手套就能有效的進行外防護（射程短）；②對β射線的防護：使用原子序數中等的物質，如用各種塑料和有機玻璃等。③對X、γ射線的防護：用原子序數較大的物質，如鉛。2.外照射防護第十一章核醫(yī)學基礎內照射：放射性核素注入體內進行的照射稱為內照射。凝任何射線的內照射皆應該避免，特別是α射線（電離比值大）,混凝土建筑物氡Rn的含量較高，散入空氣中，會隨塵埃吸入人肺中產生內照射，22286Rn，半衰期為3.82d，產生α、γ衰變，容易引起肺癌。3.內照射防護第十一章核醫(yī)學基礎國家規(guī)定安全劑量5mSv/年北京地區(qū)天然本底2mSv/年吃食物0.2mSv/年磚制房屋0.4mSv/年乘飛機0.01mSv/小時吸煙20支/天1mSv/年泥土、空氣0.5mSv/年門診透視0.3mSv/次胸部透視0.1mSv/次消化道造影13.7mSv/次日常生活中接觸到的輻射劑量第十一章核醫(yī)學基礎貝克勒爾

法國貝克勒爾(AntonineHenriBecquerel,1852-1908)貝克勒爾于1896年發(fā)現放射性而與居里夫婦共同獲得1903年的諾貝爾物理獎。

1896年貝克勒爾發(fā)現熒光的硫酸鈾醯鉀和用黑色紙包封的感光底片一起置放于陽光照射之下數小時，感光底片會遭受到曝露。重復上述的實驗，但不是在陽光下而是在暗房中進行，感光底片仍然遭受到曝露，證實了鈾會發(fā)出輻射，為放射性物質。1975年國際輻射單位與度量委員會(ICRU)建議：活度的國際單位為貝克。

返回第十一章核醫(yī)學基礎戈瑞Gray

戈瑞(LouisHaroldGray,1905-1965)（又稱戈雷）英國物理學家，前ICRU副主席，對于輻射劑量學作了最基本的貢獻。戈瑞Gy是吸收劑量的國際專用單位，等于1焦耳／千克，并取代拉德(rad)。1975年8月國際輻射單位與度量委員會(ICRU)致函許多期刊,把吸收劑量的國際單位命名為戈瑞(Gy)。初習輻射劑量學時，對于曝露量(exposure)與吸收劑量這兩個量有時會發(fā)生混淆。戈瑞作比喻：教授講的話經過每個學生的耳朵就好比曝露量，而學生腦海里能記得下來的就好比吸收劑量。

返回第十一章核醫(yī)學基礎西沃特(Sv)西沃特(RolfSievert,1895-1966)是瑞典數學和生物物理學家，ICRP前任主席。ICRU采用戈瑞作為吸收劑量的單位名稱時，也宣稱要選擇一個合適的單位作當量(等效)劑量的單位。

國際放射防護委員會(ICRP)選擇了西沃特作為當量劑量的單位，以紀念ICRP前主席西沃特。西沃特一直致力于研究工作人員和公眾接受低劑量的生物效應，后半生則關注輻射防護。

西沃特為當量劑量的國際單位，等于1焦耳／千克。返回第十一章核醫(yī)學基礎雷姆(rem)雷姆(rem)（不是人名）為當量劑量的另一常用單位，rem為roentgenequivalentman(或mammal)的縮寫，可譯為人倫琴當量。當量劑量其他單位還有侖卜(rep)(拉德rad的前身),侖卜rep為roentgenequivalentphysical的縮寫，可譯為物理倫琴當量。還有reb，其為roentgenequivalentbiological的縮寫，可譯為生物倫琴當量。只是在說話時卻很難分辨reb和rep。返回第十一章核醫(yī)學基礎拉德（rad）拉德（rad）為英語rad的音譯。計算電離輻射吸收的單位。用以替代從前的計量單位，可用于測量輻射對生物軟組織的作用。通常以毫拉德mrad（milli-rad)為單位。返回第十一章核醫(yī)學基礎居里單位的規(guī)定和鐳的基準的建立

放射治療的成功，要求對所用的鐳量和放射性的強度有準確的知識。所以，鐳的量度，在科學研究、醫(yī)學和生產上，都成為迫切需要解決的問題。1910年9月在比利時首都布魯塞爾舉行的國際放射學會議上，為了尋求一個國際通用的放射性強度的單位和鐳量的標準，決定組織一個包括法國的瑪麗·居里、英國的盧瑟福（E．Rutherford）、德國的哈恩（0．Hahn）等人在內的10人委員會，主持其事。這個委員會建議：以與1克鐳達到放射性平衡時的氡的放射性，作為放射性強度的單位，這個單位叫做“居里”，用以紀念鐳的發(fā)現者；并建議制定一個鐳量的國際標準。第十一章核醫(yī)學基礎國際放射學會議一致通過這些建議，并公推居里夫人為這個鐳量的國際標準的制定者?，F在通用的放射性強度單位居里（3.7X1010衰變次數／秒）就是從這次會議的決議演變而來的。1912年3月，這個委員會重新在巴黎集會，批準了居里夫人親手制出的鐳管作為鐳的國際基準。這個鐳管包括21.99毫克的無水氯化鐳，它的質量準確到0.02毫克，它的γ放射性準確到千分之五，一直保存在巴黎國際度量衡局內，作為世界上鐳的基準。這個委員會還制出了幾個副樣標準，經與這個基準比較后，送發(fā)各國，作為各國的一級標準。返回第十一章核醫(yī)學基礎習題十一一、填空

1、原子核由質子和中子組成，他們統(tǒng)稱為

。

2、完成下列核反應方程（1）Na+He→

+H(2)

+n→Al+2n(3)Ni+H→Cu

(4)Th→

+e3、α衰變的規(guī)律是，質量數：新核比原來核

；電荷數：新核比原來核

。4、β衰變的規(guī)律是，新核的質量數

，電荷數，新核在元素周期表中的位置向

移