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1、重庆医科大学 彭志平 川北医学院附属医院 谢建平 第一章第一章 核物理核物理 原子结构原子结构 原子核 中子 质子 电子 + + + 第一节 原子核结构 原子核结构: X为元素符号 Z为质子数 N为中子数 A为质量数 原子核结构 原子的能量状态：核外电子和原子 核的能级 元素、核素、同位素 元素具有相同质子数的原子，化学性质相同，但其中 子数可以不同，如131I和127I； 核素质子数相同，中子数也相同，且具有相同能量状 态的原子，称为一种核素。同一元素可有多种核素，如131I 、127I、3H、99mTc、99Tc分别为3种元素的5种核素； 同质异能素质子数和中子数都相同，但处于不同的核 能
2、状态原子，如99mTc、99Tc 。 同位素凡同一元素的不同核素（质子数同，中 子数不同）在周期表上处于相同位置，互称为该元 素的同位素。 4 一、核力和放射性核素 原子核的核子之间存在着很强的短程引力称为核力，核 力使原子核中的核子结合在一起，同时，原子核中又存在带 正电荷的质子之间的静电排斥力，原子核的稳定性由核子之 间的核力和质子之间的静电排斥力的相对大小决定，与核内 质子数和中子数的比例有关。 Z20 N/Z1 Stability Z83 Unstability 第二节 放射性衰变 原子核稳定，不会自发衰变的核素称为稳定核素 (stable nuclide); 原子核处于不稳定状态，需
3、通过核内结构或能级调 整才能趋于稳定的核素称为放射性核素 (radionuclide); 放射性核素的原子由于核内结构或能级调整，自发 地释放出一种或一种以上的射线并转化为另一种原 子的过程称为放射性衰变(radiation decay)。 + + + + + + + + + 从母核中射出 的4He原子核 238U(铀)4He + 234Th(钍) 放射性母核 二、基本衰变类型二、基本衰变类型 1. 1. 衰变衰变 238U 234Th + 4He + Q 粒子得到大部分衰变能， 粒子 含2个质子，2个中子 衰变：衰变：241 241Am( Am(镅镅) ) 237 237Np( Np(镎镎)
4、+)+ 4 4 HeHe -衰变：3215P 3216S + - + Ue + 1.71MeV 正电子衰变：137N 136C + + + + 1.190MeV 射线本质是高速运动的电子流 发生原因母核中子或质子过多 2. 2. 衰变衰变 - - 衰变衰变： 3 3 HH 3 3 He+ He+ - - - - 衰变衰变 正电子衰变正电子衰变：11 11C C 11 11B+ B+ + + + + + + + + + + + 质子转变成中子，并且 带走一个单位的正电荷 中子转变成质子，并且 带走一个单位的负电荷 + 中微子 反中微子 三种子体分享裂变能因此电子具有连续能谱 质子变成中子 X射线
5、 3. 3. 电子俘获（电子俘获（electron capture） 核外轨道电子 电子俘获电子俘获： 7 7 Be(Be(铍铍) ) 7 7 Li(Li(锂锂) ) + + + + + + + + + 中微子 光子 4. 4. 衰变衰变 衰变往往是继发于衰变或衰变后发生，这些衰变后， 原子核还处于较高能量状态，原子核以放出-ray 释放出过 剩能量 99Mo 99mTc + - 99Tc + (T1/2: 66.02d; 6.02h) 131I 131Xe + - + (T1/2:8.04d) 衰变衰变：99m 99mTc Tc 99 99Tc Tc 射线是什麽？ 射线就是高能量的光子：几百
6、keV-MeV 量级 衰变发生由于原子核能量态高，从高能态向低能态跃迁，在 这个过程中发射射线，原子核能态降低。 射线是高能量的电磁辐射 光子 衰变特点： 1.从原子核中发射出光子 2.常常在或衰变后核子从激发态退激时发生 3.产生的射线能量离散 4.可以通过测量光子能量来区分母体的核素类别 衰变 - 衰变 + 衰变 衰变 对于由大量原子组成的放射源，每个原子核都可能发生衰变 ，但不是所有原子在同一时刻都发生衰变，某一时刻仅有极 少数原子发生衰变。放射性核素衰变是随机的、自发的按一 定的速率进行，各种放射性核素都有自己特有的衰变速度。 放射性核素原子随时间而呈指数规律减少，其表达式为： N=N
7、0e-t : decay constant t: decay time e: base of natural logarithm 三、放射性衰变基本规律 指数衰减规律：N = N0e-t N0：（t = 0）时放射性原子核的 数目 N：经过t时间后未发生衰变的 放射性原子核数目 :放射性原子核衰变常数；大小 只与原子核本身性质有关，与 外界条件无关；数值越大衰变 越快 半衰期半衰期(half-live)(half-live)：放射性原子 核数从N0衰变到N0的1/2所需 的时间 N = N0e-t 衰变规律 仪器测量常用放射性活度单位： dps: disintegration per seco
8、nd cps: counts per second 比放射性活度： - 定义：单位质量或体积中放射性核素的放射性活度。 - 单位： Bq/kg; Bq/m3; Bq/l 放射性活度放射性活度（activity, A) 定义：单位时间内发生衰变的原子核 数 A=dN/dt 1Bq=1次 S-1 1Ci=3.71010 Bq 1Ci=1000mCi 。 。 。 。原子。 射线 ( n) 物质：气体、液体、固 体、包括人体等 第三节 射线与物质的相互作用 Interactions of charged particles with matter (,) Ionization 电离 Excitatio
9、n 激发 Scattering 散射 Bremsstrahlung 轫制辐射 Interactions of -ray with matter Photoelectric effect 光电效应 Compton scattering 康普顿散射 Pair production 电子对生成 1.带电粒子与物质相互作用 光电效应 康普顿效应 电子对效应 产生次级电子 电离效应 次级电子使 物质原子电离 射线 第1步 初级作用 第2步 次级作用 2. 射线与物质相互作用 光电效应、康普顿效应、电子对生成 光电效应 自由电子 作用机制： 光子同(整个)原子作用把自己的全部能量传递给原子，壳层中 某一电
10、子获得动能克服原子束缚跑出来，成为自由电子，光子 本身消失了。 + A A* + e- （光电子） 原子 A + X射线 原子 受激原子 电子对效应： 能量1.02MeV的射线与原子核 作用可能产生一对正负电子。 M M + e+ + e- 1 + 2 1.02 MeV me me 0.511MeV 0.511MeV 基本条件： 射线能量 E1.02 MeV 为什麽？ 能量转化成质量 M = E /C2 正电子湮灭：正电子湮灭： 正电子与负电子相遇发生湮灭，正电子与负电子相遇发生湮灭， 产生两个产生两个0.511MeV0.511MeV的的光子。光子。 e+ + e- + me+ + me - = 0.511 + 0.511 MeV 质量转化为能量 转化效率 （100%） 电子对的生成和与物质的相互作用 谢 谢