放射物理與防護(hù)

Radiationphysicsandprotection第二章

核轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握：放射性核素的衰變類型，單一放射性核素的衰變規(guī)律。熟悉：醫(yī)學(xué)放射性核素的生產(chǎn)與制備方法及放射性核素的臨床應(yīng)用。了解：放射性核素長期平衡與暫時(shí)平衡的區(qū)別。1896年，首先發(fā)現(xiàn)天然放射性現(xiàn)象的法國科學(xué)家是A.玻爾B.居里夫人C.皮埃爾D.貝克勒爾E.伊蕾娜居里答案：D核轉(zhuǎn)變什么是核轉(zhuǎn)變？是發(fā)生核反應(yīng)或核衰變形成新核素的過程，原子核種類發(fā)生變化。核轉(zhuǎn)變—放射性核素衰變類型一、放射性核素衰變類型核素有兩大類，即放射性核素和穩(wěn)定性核素。目前已知的元素有119種，而核素有2000多種，近90％是放射性核素。核轉(zhuǎn)變—放射性核素衰變類型

穩(wěn)定性核素核素

天然放射性核素

放射性核素

人工放射性核素（人造核素）主要由反應(yīng)堆和加速器制備核轉(zhuǎn)變—放射性核素衰變類型原子序數(shù)很高的那些重元素，如鈾（U）、釷(Th)、鐳（Ra）等，它們的核很不穩(wěn)定，自發(fā)地放出射線，變?yōu)榱硪环N元素的原子核，這種現(xiàn)象稱為放射性核素衰變，簡稱核衰變(decay)。放射性衰變是放射性核素本身的特性，外界作用無法改變其衰變性質(zhì)及衰變速度。核衰變過程遵守電荷、質(zhì)量、能量、動(dòng)量和核子數(shù)守恒定律。核轉(zhuǎn)變—放射性核素衰變類型放射性核素β衰變?chǔ)了プ儲(chǔ)盟プ兒宿D(zhuǎn)變—放射性核素衰變類型

α衰變

β-衰變放射性核素衰變類型

β衰變

β+衰變

電子俘獲

γ衰變核轉(zhuǎn)變—放射性核素衰變類型一、α衰變（呈正電性：α粒子）質(zhì)量數(shù)A＞209的重核發(fā)射α射線（放出α粒子）后，變?yōu)橘|(zhì)量數(shù)A值較低的原子核，這種衰變叫α衰變。性質(zhì)：高速運(yùn)動(dòng)的氦原子核。核轉(zhuǎn)變—放射性核素衰變類型X代表母核，Y代表子核，Q為衰變能。衰變前后的核子數(shù)和電量數(shù)量是守恒的。子核比母核的質(zhì)量數(shù)A少4，電量數(shù)Z少2，在元素周期表中的位置比母核前移兩位，這就是α衰變的位移法則。核轉(zhuǎn)變—放射性核素衰變類型二、β衰變（呈負(fù)電性：β粒子）：是指一種核自發(fā)地變成另一種核，其質(zhì)量數(shù)A不變，而原子序數(shù)Z在元素周期表中向前或后移一個(gè)位置。性質(zhì)：高速運(yùn)動(dòng)的電子流。β衰變?chǔ)?衰變?chǔ)?衰變電子俘獲核轉(zhuǎn)變—放射性核素衰變類型核轉(zhuǎn)變—放射性核素衰變類型1.β-衰變：β-射線是電子，是由母核放出電子的一種衰變。

X代表母核，Y代表子核，v為反中微子，Q為衰變能。核轉(zhuǎn)變—放射性核素衰變類型2.β+衰變：有些人工產(chǎn)生的放射性元素是放正β射線的，這些原子核放射后，轉(zhuǎn)變?yōu)樵有驍?shù)減去1的另一個(gè)原子核。核轉(zhuǎn)變—放射性核素衰變類型3.電子俘獲：原子核俘獲核外電子，使核內(nèi)的一個(gè)質(zhì)子變?yōu)橐粋€(gè)中子，電荷數(shù)變?yōu)閆-1，這種衰變稱為電子俘獲。核轉(zhuǎn)變—放射性核素衰變類型三、

γ衰變和內(nèi)轉(zhuǎn)換：α和

β衰變后的子核大部分處于激發(fā)態(tài)，并以γ射線的形式釋放能量，躍遷到較低的能態(tài)或基態(tài)，這種躍遷叫γ衰變。

γ射線是光子，不帶電，無靜止質(zhì)量。核轉(zhuǎn)變—放射性核素衰變類型γ衰變（呈電中性：γ粒子）性質(zhì)：γ射線是出于激發(fā)態(tài)的原子核躍遷到基態(tài)或較低能態(tài)時(shí)所發(fā)射的一種電磁輻射。處于激發(fā)態(tài)的原子核回到基態(tài)時(shí)，并不發(fā)射γ射線，而是把全部能量交給核外電子，使其脫離原子的束縛而成為自由電子，這一過程叫內(nèi)轉(zhuǎn)換。練習(xí)題〖單選題〗母體衰變時(shí)釋放一個(gè)電子，變成原子序數(shù)增加1的子核是A.α衰變B.β-衰變C.β+衰變D.電子俘獲E.γ衰變答案：B核轉(zhuǎn)變—原子核的衰變規(guī)律一、衰變規(guī)律：

N=N0e-λt

放射性核素衰變服從指數(shù)規(guī)律。N：t時(shí)刻未衰變的原子核數(shù);λ：比例常數(shù);N0：零時(shí)刻原子核數(shù)。核轉(zhuǎn)變—原子核的衰變規(guī)律一）衰變常數(shù)：用λ表示。λ值反映一個(gè)放射性核素在單位時(shí)間內(nèi)衰變的規(guī)律。λ是描述放射物放射衰變快慢的一個(gè)物理量，單位秒-1（s-1）。核轉(zhuǎn)變—原子核的衰變規(guī)律二）半衰期T放射性核素的數(shù)目減少到原數(shù)的一半所用的時(shí)間，稱T為半衰期（halflife）。它是用來表示放射性核素衰變快慢的物理量，是不同放射物的又一標(biāo)志。T=0.693／λ(λ大的，T短。)核轉(zhuǎn)變—原子核的衰變規(guī)律三種衰變常數(shù)：有效半衰期Te物理半衰期T生物半衰期Tb三者之間的關(guān)系：1／Te=1／T+1／Tb有效衰變常數(shù)=物理衰變常數(shù)+生物衰變常數(shù)（λe=λ+λb）核轉(zhuǎn)變—原子核的衰變規(guī)律三）平均壽命τ（meanlifetime）在一種放射物中，有些原子核早變，有些晚變，這就是說有的壽命短，有些壽命長。平均壽命τ也是反映放射性核素衰變快慢的物理量。不過它具體反映某種放射性核素的平均生存時(shí)間。描述衰變快慢的物理量半衰期：放射性核素的原子核數(shù)目衰變掉原來的一半所需要的時(shí)間T=ln2/λΤ=1/λ=T/ln2平均壽命：放射性核素的原子核在衰變前平均生存的時(shí)間λT（半衰期）τ(平均壽命)核轉(zhuǎn)變—原子核的衰變規(guī)律四）放射性活度常用單位時(shí)間內(nèi)衰變的原子核數(shù)來表示放射性強(qiáng)度，或叫放射性活度，用A表示。放射性活度的國際單位是貝可勒爾，簡稱貝可，符號(hào)Bq。1Bq=1衰變*秒-1核轉(zhuǎn)變—原子核的衰變規(guī)律在放療中常用的是放射性比活度，是指單位質(zhì)量放射源的放射性活度。其單位是：貝可*克-1（Bq*g-1）它是衡量放射性物質(zhì)純度的指標(biāo)。小提示：放射性活度相等的兩種放射源只表示兩種放射源在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生的核衰變數(shù)相同，并不代表他們放出的粒子數(shù)目相等，因?yàn)槊看嗡プ儾灰欢ㄖ环懦鲆粋€(gè)粒子。練習(xí)題〖單選題〗一放射性樣品的活度是1000Bq，經(jīng)過3個(gè)半衰期后，其活度還有A.400BqB.125BqC.250BqD.300BqE.100Bq答案：B練習(xí)題〖單選題〗如果一放射性藥物的物理半衰期是6h，生物半衰期是4h，那么它的有效半徑是A.1hB.5hC.3.5hD.3hE.2.4h答案：E練習(xí)題〖單選題〗1s發(fā)生100次核衰變記為A.1CiB.100CiC.1BqD.100BqE.100kBq答案：D核轉(zhuǎn)變—原子核的衰變規(guī)律二、衰變平衡：有些放射性核素并不是發(fā)生一次衰變就穩(wěn)定下來的，由于它們的子體仍然有放射性，于是接二連三地衰變，新生子體一代一代地產(chǎn)生出來，直到穩(wěn)定下來為止，這種衰變現(xiàn)象叫做遞次衰變。核轉(zhuǎn)變—原子核的衰變規(guī)律遞次衰變現(xiàn)象使我們注意到使用放射性核素時(shí)會(huì)遇到幾代共存的放射源，了解放射源中各代子體衰變的特點(diǎn)是很有價(jià)值的。

A

B

C核轉(zhuǎn)變—原子核的衰變規(guī)律1.母體半衰期遠(yuǎn)大于子體半衰期2.母體半衰期只比子體半衰期大幾倍3.母體半衰期小于子體半衰期由長壽命核素不斷獲得短壽命核素的分離裝置叫做核素發(fā)生器。核素發(fā)生器（也稱為放射性核素發(fā)生器）是一種裝置，通過長壽命的母體核素（parentnuclide）衰變，不斷產(chǎn)生短壽命的子體核素（daughternuclide）。由于它可以持續(xù)“擠奶”式地提取子體核素，因此被俗稱為“母?！保╟ow）核轉(zhuǎn)變—醫(yī)用放射性核素的生產(chǎn)與制備一、放射治療常用放射性核素及其生產(chǎn)1.核反應(yīng)堆中子照射生產(chǎn)用核反應(yīng)堆的中子轟擊穩(wěn)定性核素是獲取人工放射性核素的主要方法。2.從裂變產(chǎn)物中分離和提取核轉(zhuǎn)變—醫(yī)用放射性核素的生產(chǎn)與制備二、核醫(yī)學(xué)常用放射性核素及其生產(chǎn)1.放射性核素發(fā)生器2.回旋加速器生產(chǎn)核轉(zhuǎn)變---放射性核素的臨床應(yīng)用一、在腫瘤放射治療中的應(yīng)用1.131I治療131I可放射多種能量β射線和γ射線。通過β射線的電離輻射作用，可對(duì)甲狀腺疾病進(jìn)行放射性治療。利用γ射線可進(jìn)行甲狀腺顯像和功能檢查。核轉(zhuǎn)變---放射性核素的臨床應(yīng)用2.32P治療用于惡性腫瘤的骨轉(zhuǎn)移、皮膚病、血管瘤等疾病的治療。3.198Au治療常用于腔內(nèi)血管瘤、惡性腫瘤等治療。4.60Co治療主要用于治療深部腫瘤，如顱腦內(nèi)的腫瘤。5.放射免疫治療核轉(zhuǎn)變---放射性核素的臨床應(yīng)用二、在核醫(yī)學(xué)檢查中的應(yīng)用1.示蹤診斷探測(cè)和跟蹤示蹤原子共有三種方法：①直接探測(cè)②外表本測(cè)量③放射自顯影核轉(zhuǎn)變---放射性核素的臨床應(yīng)用2.核素成像它是一種利用放射性核素示蹤方法顯示人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)、功能的醫(yī)學(xué)影像技術(shù)。有三種：

γ照相機(jī)光電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層成像正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層成像練習(xí)題〖單選題〗回旋加速器生產(chǎn)的核素特點(diǎn)是A.長半衰期、富中子B.長半衰期、缺中子C.短半衰期、富中子D.短半衰期、缺中子E.長半衰期、富電子答案：D練習(xí)題〖單選題〗下面不是回旋加速生產(chǎn)的核素是A.11CB.131IC.13ND.15OE18F答案：B練習(xí)題〖單選題〗治療真性紅細(xì)胞增多癥應(yīng)選用的放射性核素是A.11CB.125IC.127ID.131IE.32P答案：E練習(xí)題〖單選題〗下面可用于SPECT顯像的核素是A.3HB.99mTcC.60CoD.192IrE.18F答案：B練習(xí)題〖單選題〗下面可用于PET顯像的核素是A.3HB.99mTcC.60CoD.192IrE.18F答案：E練習(xí)題〖單選題〗PET成像所利用的正電子的特性是A.