核医学的核物理基础

Am Z
XAZY
99m43Tc9493Tc
二、核衰变规律
核衰变的基本定律
放射性原子数或放射性活度随时间呈指数规律减少。 Nt= N0e-t 或 At= A0e-t
衰变常数
放射性核素在单位时间内衰变的概率。是反映放射性核素 衰变速度的物理量，是放射性核素的一个重要特征参数。 衰变常数越大，放射性核素衰变速度越大。
吸收作用
定义：带电粒子通过物质时，与物质相互作用, 能量不断 损失，当射线能量耗尽后，带电粒子就停留在物质中，射 线则不再存在，称为吸收(absorption)。
二、光子与物质的相互作用
光电效应
定义：光子与物质原子的轨道电子（主要是内层电子）碰 撞，把能量全部交给轨道电子，使之脱离原子，光子消失， 这种作用过程称为光电效应(photoelectric effect) 。
旧的专用单位：Ci（居里），mCi（10－3 Ci）， Ci（10－6Ci）
1Bq=1s-1
1Ci=3.7×1010Bq
第三节 射线与物质的相互作用
一、带电粒子与物质的相互作用
电离作用
定义：凡原子或原子团由于失去电子或得到电子而变成离 子的过程称为电离（ionization）。
电离密度(ionization density)
用λ表示。
单位：h-1, min-1, s-1。
99Tcm的衰变曲线
半衰期 物理半衰期
物理半衰期(physical half life)指放射性核素减少一半所需 要的时间。是放射性核素的一个重要特征参数。物理半衰 期越短表明放射性核素衰变越快。
用T1/2表示。 单位：h, min, s。
生物半衰期
第一节 原子的基本结构
原子核
中子
++
+
质子
电子
核素及符号表示
核素 ：具有特定质量数、原子序数与核能态，其平均寿命 长得足以被观测的一类原子称为核素。
核素 氦-4 碳-12 碳-13 碳-14
质子数 2 6 6 6
中子数 2 6 7 8
质量数 4 12 13 14
符号 4He 12C 13C 14C
Hale Waihona Puke A ZX01eZA1Y
55 26
Fe
0 1
e
55 25
Mn
γ衰变和内转换
定义：原子核由激发态向基态或由高能态向低能态跃 迁时，放出射线的衰变过程称为衰变 ( decay)。 原子核的激发能也可以直接传递给核外的内层电子， 使之脱离轨道成为自由电子，这一过程称为内转换 (internal conversion)。
散射
定义：带电粒子与物质的原子核碰撞而改变运动方向和/ 或能量的过程称为散射(scattering)。
仅运动方向改变而能量不变者称为弹性散射。运动方向 和能量都发生变化者称为非弹性散射。
散射作用强弱与带电粒子的质量有关，带电粒子的质量 越大，散射作用越弱，所以粒子散射一般不明显，-粒 子散射较为明显。
同质异能素
定义：具有相同质量数和原子序数，处于不同核能态的 一类核素称同质异能素。 基态的原子和激发态的原子互为同质异能素(isomer)。
99m43Tc 9493Tc m
9493Tc
同质异能素
第二节 核衰变
定义：放射性核素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核素的过程, 称为核衰变(nuclear decay)。
氚发生β-衰变，衰变为氦
一、核衰变的类型
衰变
定义：衰变时放射出粒子的衰变称衰变( decay) 。 衰变发生于原子序数 > 82的核素。
+ +Q
226 88
Ra
222 86
Rn
4 2
He
4.937
MeV
-衰变
定义：释放出-粒子的衰变称-衰变(- decay) 。 -衰变发生于富中子核素，实质上是原子核的一个 中子转化为质子。
用Teff 表示。 单位：h, min, s。
Teff = T1/2 ∙Tb/( T1/2+ Tb)
放射性活度
定义：一定量的放射性核素在一个很短的时间间隔内发生 的核衰变数除以该时间间隔。简称活度(radioactivity)。 即单位时间内原子核的衰变数量。
A=dN/dt
国际制单位：Bq（贝克），KBq（103 Bq），MBq （106Bq），GBq（109 Bq）
韧致辐射
定义：带电粒子受到物质原子核电场的作用，运动方向和 速度都发生变化，能量减低，多余的能量以X射线的形式 辐射出来，称为韧致辐射(bremsstrahlung) 韧致辐射实际上是一种非弹性散射。
湮灭辐射(annihilation radiation)
定义：+衰变产生的正电子可在介质中运行一定距离，能 量耗尽时和物质中的自由电子结合，两个电子的静止质量 （相当于1022keV的能量）转化为两个方向相反、能量各 为511keV的光子而自身消失，叫做湮灭辐射。
生物半衰期（biological half life）指生物体内的放射 性核素经各种途径从体内排出一半所需要的时间。 用Tb表示。 单位：h, min, s。
有效半衰期
有效半减期（effective half life）指生物体内的放射 性核素由于从体内排出和物理衰变两个因素作用，减少至 原有放射性活度的一半所需的时间。
A Z
XZA1Y
Q
32 15
P3126
S
1.71MeV
+衰变
定义：释放出＋粒子的衰变方式称为＋衰变(＋ decay)。 ＋衰变发生于贫中子核素，实质上是原子核的一个质子转 化为中子。
A Z
XZA1Y
Q
18 9
F188
O
0.66 MeV
电子俘获
定义：电子俘获(electron capture)是指原子核从 核外俘获一个轨道电子。 电子俘获也发生在贫中子核素，由于核内中子相对 不足而从核外内层的电子轨道上俘获一个电子，使 其一个质子转化为中子。
稳定核素 原子核稳定，不会自发衰变的核素称为稳定核素。 放射性核素
原子核处于不稳定状态，需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）。
同位素
定义：具有相同原子序数，但质量数不同的核素互为同 位素。即质子数相同而中子数不同的核素。
图2-2 氕、氘、氚互为同位素
单位路径上形成离子对的数目称为电离密度或 比电离。
电离密度与带电粒子的电量、速度以及物质密 度有关。
激发作用
定义：如果核外电子获得的能量不足以使其形成自由电子， 只能由能量较低的轨道跃迁到能量较高的轨道，使整个原 子处于能量较高的激发态，称为激发(excitation)。
激发的原子不稳定，退激后可释放出光子或热量。