第一章放射性衰變基本知識(shí)

第一章放射性衰變基本知識(shí)

原子就是由原子核和核外電子組成得,原子核帶正電,核外電子帶負(fù)電,整個(gè)原子呈電中性得。核外電子在軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)不吸收也不輻射能量得狀態(tài)稱為定態(tài)(Stationarystate);能量最低得定態(tài)稱為基態(tài)(Groundstate);能量較高得定態(tài)稱為激發(fā)態(tài)(Excitedstate)。

原子核就是由質(zhì)子(p)和中子(n)組成得,質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子(nucleon),質(zhì)子帶正電,其電量與電子得電量相等,中子不帶電。質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)之和稱為原子核得質(zhì)量數(shù)(A)。二、核素(nuclide)

具有特定得質(zhì)量數(shù)、原子序數(shù)和核能態(tài)得原子,統(tǒng)稱為核素。可用通式AX表示,目前已知得元素雖僅100多種,但已知得核素卻有2700多種。核素可分為穩(wěn)定性核素與放射性核素二種,其中絕大多數(shù)為放射性核素。三、同位素(isotope)凡原子核內(nèi)質(zhì)子數(shù)相同(原子序數(shù)相同),而中子數(shù)不同得一類原子,彼此互稱為同位素,比如:1H、2H、3H互稱為同位素。每種同位素也就是一種核素。同位素四、同質(zhì)異能素(isomer)

核內(nèi)質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)均相同,但所處能量狀態(tài)不同得核素。如99Tc與99mTc,99mTc就是處于激發(fā)態(tài)得原子核,激發(fā)態(tài)向基態(tài)過(guò)渡時(shí)將放出多余得能量?！?核得穩(wěn)定性和放射性衰變

一、原子核得穩(wěn)定性:取決核子之間得引力和短程核力。只有當(dāng)核子總數(shù)以及中子數(shù)和質(zhì)子數(shù)得比例在一定得范圍內(nèi)才能使這兩種力平衡,原子核才就是穩(wěn)定得。二、衰變類型

(一)α衰變(alphadecay):指母核放出一個(gè)α粒子(氦原子核)得過(guò)程。比如226Ra(鐳)衰變式如下:226Ra→222Rn+α+4、86Mevα粒子得質(zhì)量大且?guī)щ姾?故射程短,穿透力弱,在空氣中只能穿透幾厘米,一張紙就可屏蔽,因而不適合作核醫(yī)學(xué)顯像用。但α粒子對(duì)局部得電離作用強(qiáng),對(duì)開(kāi)展體內(nèi)惡性組織得放射性核素治療具有潛在得優(yōu)勢(shì)。(二)β衰變(betadecay)(1)β-衰變:指母核放出一個(gè)負(fù)電子得過(guò)程。β-衰變發(fā)生在中子過(guò)剩得原子核。比如:32P(磷)衰變式如下:

32P→32S+e-1+υe+1、711Mevβ-衰變時(shí)放出一個(gè)β-粒子和反中微子,核內(nèi)一個(gè)中子轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子,因而子核比母核中子數(shù)減少1,原子序數(shù)增加1,原子質(zhì)量數(shù)不變。β-射線得本質(zhì)就是高速運(yùn)動(dòng)得電子流,β-衰變時(shí),衰變能隨機(jī)分配給β-粒子和反中微子,因而β-粒子得能量分布形成連續(xù)能譜。9大家應(yīng)該也有點(diǎn)累了，稍作休息大家有疑問(wèn)的，可以詢問(wèn)和交流β-粒子穿透力弱,例如2Mev得β-粒子在軟組織中得射程約為2cm,不能用于核醫(yī)學(xué)顯像。某些β-核素可用于核素治療,例如:131I用于治療甲亢和甲狀腺癌,32P可用于血液和皮膚病得治療。(2)β+衰變:指母核放出一個(gè)正電子得過(guò)程。發(fā)生在中子相對(duì)缺乏得核素,也可認(rèn)為就是質(zhì)子過(guò)剩。比如:13N(氮)衰變式如下:13N→13C+β++υ+1、190Mev衰變時(shí)放出一個(gè)β+粒子和中微子,核內(nèi)一個(gè)質(zhì)子轉(zhuǎn)變?yōu)橹凶?。正電子得射程僅1-2mm即發(fā)生湮滅輻射。(3)電子俘獲(electroncapturedecay,EC)核內(nèi)得一個(gè)質(zhì)子可以俘獲一個(gè)核外電子并發(fā)射一個(gè)中微子而轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)中子,所形成得子核質(zhì)量數(shù)不變,原子序數(shù)少1。比如125I(碘)衰變式如下:125I+e-→125Te(碲)+υ+0、0355Mev。原子核發(fā)生電子俘獲后,外層電子留下一個(gè)空軌道,更外層電子填補(bǔ)空軌道,將多余得能量以電磁輻射或光子流得形式釋放出去,這種電磁輻射或光子流稱為“標(biāo)識(shí)X線”。(三)γ躍遷(γtransition)1、同質(zhì)異能躍遷(isomerictransition):原子核發(fā)生α衰變、β衰變后得子核吸收衰變能處于激發(fā)態(tài),激發(fā)態(tài)得子核向基態(tài)過(guò)渡時(shí)將多余得能量以電磁輻射或光子流得形式釋放出去,這種電磁輻射或光子流稱為γ射線,這個(gè)過(guò)程稱為γ衰變。99mTc(锝)衰變式如下:

99mTc→99Tc+γ2、內(nèi)轉(zhuǎn)換(internalconversion):激發(fā)態(tài)得原子核從激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時(shí)不放出γ射線,而將多余得能量直接交給核外殼層電子,使軌道上得電子獲得足夠能量后脫離軌道成為自由電子稱之為內(nèi)轉(zhuǎn)換,該自由電子稱為內(nèi)轉(zhuǎn)換電子。

§3核衰變規(guī)律一、衰變規(guī)律:對(duì)大量放射性核得群體進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)其衰變遵循一種普遍得衰減規(guī)律,即各種放射性核得群體(樣品)其總得放射性核得數(shù)目N都隨時(shí)間t按指數(shù)規(guī)律衰減。衰變公式:N=Noe-λt該式就是表示核衰變得基本公式,適用于任何一種單一存在得放射性核素。

二、半衰期(一)物理半衰期(T1/2):放射性核素由于衰變,其原子核數(shù)目或活度減少到原來(lái)一半所需得時(shí)間,用T1/2表示。(二)生物半衰期(Tb):放射性核素由于生物代謝,其原子核數(shù)目或活度減少到原來(lái)一半所需得時(shí)間。(三)有效半衰期(Te):放射性核素由于生物代謝和衰變得共同作用,其原子核數(shù)目或活度減少到原來(lái)一半所需得時(shí)間。三者得關(guān)系可用下式表示:Te=(T1/2·Tb)／(T1/2+Tb)

引入半衰期概念以后,核衰變得公式可改寫成:N=Noe-0、693t/T1/2或A=A0e-0、693t/T1/2按照這一公式,可根據(jù)某種放射性核素得半衰期和其出廠到使用時(shí)得間隔時(shí)間(t)計(jì)算出使用時(shí)得放射性活度。三、放射性活度及其單位(一)放射性活度單位時(shí)間內(nèi)核衰變得次數(shù),用dps或dpm來(lái)表示。(二)放射性活度單位:在國(guó)際單位制(SI)中,放射性活度專名就是貝可勒爾(Bequeral),簡(jiǎn)稱貝可,符號(hào)就是Bq,單位就是秒-1(s-1)其派生單位有KBq、MBq、GBq和TBq。1TBq=103GBq=106MBq=109KBq四、放射性比活度:單位質(zhì)量(摩爾、容積)物質(zhì)所含放射性得多少。單位就是MBq/mg、GBq/mg、TBq/g或MBq/mmol、GBq/mmol、MBq/ml。后者常稱為放射性濃度?！?射線與物質(zhì)得相互作用一、帶電粒子與物質(zhì)得相互作用(一)電離與激發(fā)(ionizationandexcitation)電離:指帶電粒子與物質(zhì)相互作用使物質(zhì)中得中性原子變成離子對(duì)得過(guò)程。激發(fā):如果核外電子所獲動(dòng)能不足以使之成為自由電子,只就是從內(nèi)層躍遷到外層,從低能級(jí)躍遷到高能級(jí)。電離密度:單位路徑上形成得離子對(duì)得數(shù)目。她表示得就是射線電離作用強(qiáng)弱得量。α>β>γ。(二)韌致輻射:β-與物質(zhì)相互作用會(huì)受到原子核電場(chǎng)得排斥,將部分能量以電磁輻射或光子流得形式釋放出去,這種電磁輻射或光子流稱為韌致輻射。韌致輻射得發(fā)生幾率與β-得能量及被作用物質(zhì)得原子序數(shù)成正比。在實(shí)際工作中,為了盡可能地減少β射線產(chǎn)生得韌致輻射,應(yīng)該選用原子序數(shù)低得材料作為屏蔽材料,比如鋁、有機(jī)玻璃等。

(三)湮沒(méi)輻射:β+與物質(zhì)相互作用會(huì)受到原子核電場(chǎng)得吸引,正負(fù)電子結(jié)合成為一對(duì)能量各為0、511Mev得光子,這個(gè)過(guò)程稱為湮沒(méi)輻射,湮沒(méi)輻射就是PET顯像得基礎(chǔ)。(四)吸收和射程:吸收:帶電粒子引起電離和激發(fā)得同時(shí)逐步損失能量,當(dāng)其動(dòng)能全部或接近全部消失時(shí),原來(lái)得射線不在存在,這一現(xiàn)象稱為射線得吸收。射程:射線從入射到完全消失所經(jīng)過(guò)得直線距離稱為射線得射程。α﹤β﹤γ

二、γ射線(X射線)與物質(zhì)得相互作用(一)光電效應(yīng)(photoelectriceffect):光子與物質(zhì)相互作用,將所有得能量都傳給被作用物質(zhì)原子核得核外電子,使其脫離原子核得束縛成為自由電子,這個(gè)自由電子稱為光電子,這個(gè)過(guò)程稱為光電效應(yīng)(由光子到電子)。發(fā)射光電子得原子內(nèi)層電子出現(xiàn)空位,故可發(fā)射特征X射線。(二)康普頓效應(yīng)(ptoneffect):當(dāng)光子得能量遠(yuǎn)大于殼層電子得結(jié)合能時(shí),γ光子將其部分能量傳給被作用物質(zhì)原子核得核外電子,使其脫離原子核得束縛成為自由電子,這個(gè)自由電子稱為康普頓電子,γ射線失去部分能量改變運(yùn)動(dòng)方向射出,稱為康普頓散射光子,這個(gè)過(guò)程稱為康普頓效應(yīng)。(三)電子對(duì)生成效應(yīng)(pairproduction):能量超過(guò)1、02Mev得γ射線與物質(zhì)相互作用,γ光子在原子核電場(chǎng)得作用下產(chǎn)生一對(duì)正負(fù)電子,這種作用稱為電子對(duì)生成效應(yīng)。1、02Mev得能量就是產(chǎn)生一對(duì)正負(fù)電子得最低極限值。γ射線與物質(zhì)相互