放射性核素示蹤技術

1、重慶醫(yī)科大學 彭志平川北醫(yī)學院附屬醫(yī)院 謝建平,第一章核物理,,,原子結構,原子核,中子,,,質子,電子,,,第一節(jié) 原子核結構,原子核結構:X為元素符號Z為質子數(shù)N為中子數(shù)A為質量數(shù),,,原子核結構,原子的能量狀態(tài)：核外電子和原子核的能級,元素、核素、同位素,元素——具有相同質子數(shù)的原子，化學性質相同，但其中子數(shù)可以不同，如131I和127I；核素——質子數(shù)相同，中子數(shù)也相同，且具有相同能量狀態(tài)的原子，稱為一

2、種核素。同一元素可有多種核素，如131I、127I、3H、99mTc、99Tc分別為3種元素的5種核素；同質異能素——質子數(shù)和中子數(shù)都相同，但處于不同的核能狀態(tài)原子，如99mTc、99Tc 。,同位素——凡同一元素的不同核素（質子數(shù)同，中子數(shù)不同）在周期表上處于相同位置，互稱為該元素的同位素。,4,一、核力和放射性核素 原子核的核子之間存在著很強的短程引力稱為核力，核力使原子核中的核子結合在一起，同時，原子核中又存在帶正電荷的

3、質子之間的靜電排斥力，原子核的穩(wěn)定性由核子之間的核力和質子之間的靜電排斥力的相對大小決定，與核內質子數(shù)和中子數(shù)的比例有關。 Z20 N/Z>1 Stability Z>83 Unstability,第二節(jié) 放射性衰變,原子核穩(wěn)定，不會自發(fā)衰變的核素稱為穩(wěn)定核素(stable nuclide);原子核處于不穩(wěn)定狀態(tài)，需通過核內結構或能級調整才能趨于穩(wěn)定的核素稱為放射性核素(radionu

4、clide);放射性核素的原子由于核內結構或能級調整，自發(fā)地釋放出一種或一種以上的射線并轉化為另一種原子的過程稱為放射性衰變(radiation decay)。,,從母核中射出的4He原子核,238U(鈾)?4He + 234Th(釷),放射性母核,二、基本衰變類型,1. ?衰變,238U → 234Th + 4He + Q?粒子得到大部分衰變能， ?粒子含2個質子，2個中子,,?衰變：241Am(镅)? 237Np(镎)+4

5、He,β-衰變：3215P → 3216S + ?- + Ue + 1.71MeV正電子衰變：137N → 136C + ?+ + υ + 1.190MeVβ射線本質是高速運動的電子流,發(fā)生原因——母核中子或質子過多,2. ?衰變,,,?-衰變：3H? 3He+ ?-,?-衰變,正電子衰變：11C? 11B+ ?+,,,質子轉變成中子，并且?guī)ё咭粋€單位的正電荷,中子轉變成質子，并且?guī)ё咭粋€單位的負電荷,三種子體分享裂變能—

6、—因此電子具有連續(xù)能譜,,,,,,,質子變成中子,,X射線,3. 電子俘獲（electron capture）,核外軌道電子,,,電子俘獲：7Be(鈹)? 7Li(鋰),4. ?衰變,γ衰變往往是繼發(fā)于α衰變或β衰變后發(fā)生，這些衰變后，原子核還處于較高能量狀態(tài)，原子核以放出γ-ray 釋放出過剩能量99Mo → 99mTc + ?- → 99Tc + γ (T1/2: ①66.02d; ②6.02h)131I →

7、 131Xe + ?- +γ (T1/2:8.04d),,?衰變：99mTc? 99Tc,?射線是什麼？?射線就是高能量的光子：幾百keV-MeV 量級?衰變發(fā)生由于原子核能量態(tài)高，從高能態(tài)向低能態(tài)躍遷，在這個過程中發(fā)射?射線，原子核能態(tài)降低。?射線是高能量的電磁輻射—— ?光子,?衰變特點：從原子核中發(fā)射出光子常常在?或?衰變后核子從激發(fā)態(tài)退激時發(fā)生產生的射線能量離散可以通過測量光子能量來區(qū)分母體的核素類別,α 衰

8、變,,β- 衰變,β+ 衰變,? 衰變,對于由大量原子組成的放射源，每個原子核都可能發(fā)生衰變，但不是所有原子在同一時刻都發(fā)生衰變，某一時刻僅有極少數(shù)原子發(fā)生衰變。放射性核素衰變是隨機的、自發(fā)的按一定的速率進行，各種放射性核素都有自己特有的衰變速度。放射性核素原子隨時間而呈指數(shù)規(guī)律減少，其表達式為：N=N0e-λt λ: decay constant t: decay time e: base of natural logarith

9、m,三、放射性衰變基本規(guī)律,指數(shù)衰減規(guī)律：N = N0e-?t N0：（t = 0）時放射性原子核的數(shù)目N：經過t時間后未發(fā)生衰變的放射性原子核數(shù)目?:放射性原子核衰變常數(shù)；大小只與原子核本身性質有關，與外界條件無關；數(shù)值越大衰變越快半衰期(half-live)：放射性原子核數(shù)從N0衰變到N0的1/2所需的時間,,,,,,,,N = N0e-?t,衰變規(guī)律,儀器測量常用放射性活度單位： dps: disint

10、egration per second cps: counts per second,比放射性活度：,定義：單位質量或體積中放射性核素的放射性活度。單位： Bq/kg; Bq/m3; Bq/l,放射性活度（activity, A)定義：單位時間內發(fā)生衰變的原子核數(shù) A=dN/dt1Bq=1次 × S-11Ci=3.7×1010 Bq1Ci=1000mCi,。。。。。。。。。。

11、。。。。。。。。。。。原子。。。,射線(? βγ n),物質：氣體、液體、固體、包括人體等,,第三節(jié) 射線與物質的相互作用,Interactions of charged particles with matter (α,β)Ionization 電離Excitation 激發(fā)Scattering 散射Bremsstrahlung 軔制輻射Interactions of ?-ray with matter

12、Photoelectric effect 光電效應Compton scattering 康普頓散射Pair production 電子對生成,1.帶電粒子與物質相互作用,光電效應康普頓效應電子對效應產生次級電子,電離效應次級電子使物質原子電離,,?射線,,第1步初級作用,第2步次級作用,,2. ?射線與物質相互作用,,光電效應、康普頓效應、電子對生成,光電效應,,自由電子,作用機制：光子同(整個)原子作用把

13、自己的全部能量傳遞給原子，殼層中某一電子獲得動能克服原子束縛跑出來，成為自由電子，光子本身消失了。 γ + A ? A* + e- （光電子） 原子 ? A + X射線,原子,受激原子,電子對效應：能量≥1.02MeV的?射線與原子核作用可能產生

14、一對正負電子。,,M ＋ ? → M + e+ + e- → ?1 + ?2 1.02 MeV me me 0.511MeV 0.511MeV基本條件： ?射線能量 E?≥1.02 MeV 為什麼？,能量轉化成質量M = E /C2,正電子湮滅：正電子與負電子相遇發(fā)生湮滅，產生兩個0.511MeV的γ光子