《核医学》教学课件:核物理基础.ppt
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- 核医学 教学 课件 核物理 基础
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1、核核 医医 学学(核物理基础)首都医科大学潞河教学医院影像教研室首都医科大学潞河教学医院影像教研室 姚姚 剑剑 一、原子结构一、原子结构 二、放射性核衰变二、放射性核衰变 三、射线与物质的相互作用三、射线与物质的相互作用核物理核物理原子(atom)是构成元素的基本单位,不同元素的原子具有不同的性质,但是原子的基本结构大致相同。地球上的所有物质都是由已经发现的一百多种元素构成的。原子由原子核和核外电子构成原子核由质子和中子组成,它们统称为核子。核外电子围绕原子核在特定轨道旋转。原子结构原子结构质子带一个正电荷,中子呈电中性,核外电子带负电荷,原子本身呈电中性(正负电荷相等)。l基态基态:核外电子
2、或核子优先占据能量低的轨道或位置的状态。l激发态激发态:低能量的电子或核子获得能量而跳跃到能量较高的轨道或位置上。l退激:退激:处于激发态的原子或原子核不稳定,会通过放射光子释放能量,使整个原子从激发态退回到基态。原子的能量状态原子的能量状态基本概念基本概念l元素:元素:是具有相同质子数的一类原子的集是具有相同质子数的一类原子的集合。合。l核素核素:原子核的质子数、中子数和所处的原子核的质子数、中子数和所处的能量能量状态均相同的原子属于同一种核素。状态均相同的原子属于同一种核素。表示表示方法:方法:(A A为原子质量数,为原子质量数,Z Z为质子数,为质子数,m为激发态标志为激发态标志)同同一
3、种核素化学性质和核性质均相同,是某一原子一种核素化学性质和核性质均相同,是某一原子固有的特征固有的特征。AmZX基本概念基本概念l同位素同位素 凡原子核具有的质子数相同而中子数不同的核素互为同位素。如125I、131I、132I均有53个质子,但中子数各不相同,在元素周期表中处于同一位置,是同一元素-碘元素。一种元素可以有几种甚至几十种同位素。一个元素所有同位素的化学和生物性质几乎都一样,但物理性质可能有所不同。l同质异能素同质异能素 核内中子数和质子数都相同但能量状态不同的核素彼此称为同质异能素。例如99mTc 是99Tc 的激发态,99mTc 与99Tc 互为同质异能素。基本概念基本概念放
4、射性核衰变放射性核衰变原子核的稳定性取决于核子之间的核力(稳定效应)和质子之间的电荷斥力等(不稳定效应)的相对强弱,与核子数及质子与中子的比例有关。质量数较小的核素,Z/N=1 时原子核是稳定的。当质子数较多时(一般为Z20),质子数多了,斥力增大,必须有更多的中子使核力增强,才足以克服斥力,保持核稳定。原子核中质子数过多或过少,或者中子数过少或过多,原子核便不稳定。放射性核衰变放射性核衰变l放射性核素放射性核素:原子核原子核不稳定不稳定,能自发地放出,能自发地放出各种射线变成另一种原子核的核素。各种射线变成另一种原子核的核素。l稳定性核素稳定性核素:原子核能稳定地存在,不会自原子核能稳定地存
5、在,不会自发地发生变化的核素。发地发生变化的核素。放射性核衰变放射性核衰变l核衰变核衰变:放射性核素的原子核自发地放出射线,放射性核素的原子核自发地放出射线,同时转变成别同时转变成别的的原子核的过程原子核的过程。不稳定不稳定的的母核母核(X)相对稳定的相对稳定的子核子核(Y)射线射线粒子粒子(RP)衰变衰变能能(Q)一、一、衰变衰变不稳定原子核自发地放射出粒子而变成另一个核素的过程称为衰变。粒子是由两个质子和两个中子组成,实际上就是氦原子核He。4 4HeHeQHeYXAZAZ4242不稳定原子核放射出射线的衰变方式称为衰变。衰变时放出一个粒子(电子)和反中微子,核内一个中子转变为质子。因而子
6、核比母核中子数减少1,原子序数增加1,原子质量不变。二、二、衰变衰变QYXAZAZ1_三、正电子衰变三、正电子衰变 由于核内中子缺乏致使放射出正电子的衰变,称为正电子衰变,也叫+衰变。衰变时发射一个正电子和一个中微子(),原子核中一个质子转变为中子。+衰变时母核和子核的质量数无变化,但子核的核电荷数减少一个单位,+衰变可用下式表示:QYXAZAZ1正电子衰变核素,都是人工放射性核素。正电子射程仅12mm,在失去动能的同时与其邻近的电子()碰撞而发生湮灭辐射,在二者湮灭的同时,失去电子质量,转变成两个方向相反、能量皆为511 keV的光子。正电子发射断层仪(PET)能探测方向相反的511 keV
7、光子,进行机体内的定量、定性和代谢显像。三、正电子衰变三、正电子衰变 四、电子俘获衰变四、电子俘获衰变 原子核俘获一个核外轨道电子使核内一个质子转变成一个中子和放出一个中微子的过程称为电子俘获衰变。发生在缺中子的原子核,与正电子衰变时核结构的改变相似。一个质子俘获一个核外轨道电子转变成一个中子和放出一个中微子,子核的原子序数比母核减少一个单位,在元素周期表向左移一个位置,质量数不变。电子俘获衰变图(1)原子核俘获一个内层轨道电子(2)外层轨道电子向内层补充(3)两层轨道之间能量差转换成特征X射线(4)或俄歇电子释放。四、电子俘获衰变四、电子俘获衰变 五、五、衰变衰变 激发态或高能态的原子核以放
8、出射线(光子)的形式释放能量而跃迁到较低能量级的过程称衰变。放射性核素在发生衰变、衰变或核反应之后,核仍处于不稳定的激发态,并即刻向基态或低能态跃迁,并以光子的形式放出多余的能量。射线的本质是中性的光子流,电离能力很小,穿透能力强。又称为同质异能跃迁。衰变核素99Mo(钼),半衰期为66 h经衰变后产生子体放射性核素99mTc(锝)99mTc发射射线回复到基态99Tc,半衰期6.02h。放出的射线能量为140keV,适合单光子发射显像。99mTc是目前临床SPECT显像最常用的核素。五、五、衰变衰变)140(994369943669942keVTcTcMohmh 内转换电子过程(1)处于激发态
9、的原子核把能量转给一个核外内层电子,(2)这个电子被逐出原子成为内转换电子,(3)外层电子填补空穴,原子核回复到基态,(4)能量由特征X射线(5)或俄歇电子携走五五、内转换内转换 放射性核衰变规律放射性核衰变规律放射性核素的衰变是一种自发的过程,不同放射性核素每个原子核在单位时间内发生衰变的几率不同,即有不同的衰变常数,以表示。对整个放射源,表示发生衰变的原子核数占当时总核数的百分数。对单个原子核,表示原子核发生衰变的几率,即可能性。半衰期半衰期放射性核素的衰变速率常以物理半衰期(T1/2)表示,T1/2系指放射性核素数目因衰变减少到原来的一半所需的时间。则与T1/2之间的关系为:核素衰变速度
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