放射性衰变基本知识 核医学

吸收剂量与照射量的关系
空气中： 空气中： 1 R→8.73×10-3 Gy × 某组织中： 某组织中： Dtissue=fm ×X(fm 转换因子；×10-3 Gy/R） 转换因子； ） Eγ＞0.2 MeV以后： 以后： 以后 Dtissue=9.6×10-3 ×X (Gy) ×
衰变规律
指数衰减规律
λ N = N0e-λt
N0: （t = 0）时放射性原子 ） 核的数目 N: 经过 时间后未发生衰变的放射性原 经过t时间后未发生衰变的放射性原 子核数目 λ:放射性原子核衰变常数 放射性原子核衰变常数 大小只与原子核本身性质有关， 大小只与原子核本身性质有关，与外 界条件无关; 界条件无关 数值越大衰变越快 半衰期(half-live)： 半衰期(half-live)：放射性原子核数从 N0衰变到N0的1/2所需的时间
99Mo 131I
→ 99mTc + β- → 99Tc + γ
(T1/2: ①66.02d; ②6.02h) T
→ 131Xe + β- +γ
(T1/2:8.04d)
+ + + + + + + + +
γ光子
－
中微子
γ衰变：99mTc→ 99Tc 衰变： Tc→
137Cs
137Ba*
（激发态） 激发态）
质子变成中子
X射线 射线
核外轨道电子
电子俘获： Be→ 电子俘获：7Be→ 7Li
4. γ衰变
♦ ♦
γ衰变往往是继发于α衰变或β衰变后发 衰变往往是继发于α衰变或β 衰变往往是继发于 这些衰变后， 生，这些衰变后，原子核还处于较高能 量状态，原子核以放出γ量状态，原子核以放出 -ray 释放出过 剩能量
N = N0 e - λ t
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 定义： –1Bq=1次 × S-1 1Bq=1次 –1Ci=3.7×1010 Bq 1Ci=3.7× 1Ci=3.7 –1Ci=1000mCi 1Ci=1000mCi
A=dN/dt
照射量率（ 照射量率（exposure rate)： ：
定义：单位时间 内的照射量(dX)。 定义：单位时间(dt)内的照射量 内的照射量 。
单位： 单位：C/kg/s
照射量率与放射性活度的关系： 照射量率与放射性活度的关系
对于点源：
Γ：照射量率常数，取决于自身的衰变特性（光子的 ：照射量率常数，取决于自身的衰变特性（ 数目和能量），恒等于A=1 mCi、R=1 m处的照射量 数目和能量），恒等于 ），恒等于 、 处的照射量 率。可查表得出。 可查表得出。
4
第二节 放射性衰变
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， 原子核的核子之间存在着很强的短程引力称为核力，核 核力 力使原子核中的核子结合在一起，同时， 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 正电荷的质子之间的静电排斥力， 间的核力和质子之间的静电排斥力的相对大小决定， 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。 质子数和中子数的比例有关。 Z<20 Z/N=1 Z>20 N/Z>1 Z>83 Stability Stability Unstability
二、基本衰变类型
1. α衰变
+ + + + + + + + +
238U
→
234Th
+ 4He + Q
α粒子得到大部分衰变能， α粒子 含2个质子，2个中子
238U→4He
+ 234Th
从母核中射出 的4He原子核
放射性母核
α衰变：241Am→ 237Np+4He 衰变： Am→
2. β衰变
发生原因——母核中子或质子过多 发生原因——母核中子或质子过多 ——
原子核稳定，不会自发衰变的核素称为稳定核 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， 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 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， 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)。 种原子的过程称为放射性衰变(radiation decay)。 放射性衰变
127I、3H、99mTc、99Tc分别为3种元素的5种核素； 分别为3 Tc、 Tc分别为 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 质子数和中子数都相同， 同质异能素 质子数和中子数都相同 状态原子， Tc、 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 凡同一元素的不同核素（质子数同， 同位素 凡同一元素的不同核素 子数不同）在周期表上处于相同位置， 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。
第一章
放射性衰变基本知识
重庆医科大学核医学教研室 彭志平
第一节 原子核结构
原子核 中子
+ ++
质子 电子
原子结构
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
元素、核素、同位素 元素、核素、
元素——具有相同质子数的原子，化学性质相同，但其中子 具有相同质子数的原子，化学性质相同， 元素 具有相同质子数的原子 数可以不同， 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 质子数相同，中子数也相同， 核素 质子数相同 的原子，称为一种核素。同一元素可有多种核素， 的原子，称为一种核素。同一元素可有多种核素，如131I、
第四节、 第四节、辐射剂量及单位 1、照射量(exposure，X) 、照射量 ，
照射量是以直接度量X射线或 射线对空气电离能力来 照射量是以直接度量 射线或γ射线对空气电离能力来 射线或 表示射线空间分布的物理量。 表示射线空间分布的物理量。即表示照射到某一定质量物 质上的射线有多少。其含义是： 射线或 射线或γ射线在单位质量 质上的射线有多少。其含义是：X射线或 射线在单位质量 的空气中完全被阻止时， 的空气中完全被阻止时，形成的同种符号离子的总电荷绝 对值与空气质量之比。照射量的国际制单位是 对值与空气质量之比。照射量的国际制单位是C/kg（库仑 （ /千克）。旧的专用单位是 （伦琴）。 千克）。旧的专用单位是R（伦琴）。 千克）。旧的专用单位是
基本条件： 基本条件： γ射线能量 Eγ≥ 1.02 MeV
为什麽？ 为什麽？
正电子湮灭
正电子与负电子相遇发生湮 灭，产生两个 0.511 MeV 的 γ光子。 光子。
γ
γ
e+ +
me+ +
eme -
→
=
γ + γ
0.511 + 0.511 转化效率 MeV (100 %） ）
质量转化为能量
电子对的生成和与物质的相互作用
β-衰变
32
P → 3216S + β- + Ue + 1.71MeV 15
正电子衰变
13
N → 136C + β+ + υ + 1.190MeV 7
β射线本质是高速运动的电子流 射线本质是高速运动的电子流
中微子
+ + + + + + + + +
+
质子转变成中子， 质子转变成中子，并且 带走一个单位的正电荷
比放射性活度： 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
仪器测量常用放射性活度单位： 仪器测量常用放射性活度单位： dps: disintegration per second cps: counts per second
第三节 射线与物质的相互作用
A* + e- （光电子） 光电子）
↓ A + X 射线
•
电子对效应
能量≥ 能量≥1.02 MeV 的γ射线 与原子核作用可能产生一对 正-负电子。 负电子。 能量转化成 质量 M = E /C2 M ＋ γ 1.02 → M MeV + e+ + me e- → γ1 + me 0.511MeV γ2 0.511MeV
物质：气体 液体 固体 包括人体 等
αβ γ n
。。。。。。 。。。。。。 。。。。。。 。。。原子。。。
Interactions of charged particles with matter (α,β) Ionization 电离 Excitation 激发 Scattering 散射 Bremsstrahlung 轫制辐射 Interactions of γ-ray with matter Photoelectric effect 光电效应 Compton scattering 康普顿散射 Pair production 电子对生成
• 光电效应
源自文库
原子
自由电子
受激原子 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, 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 某一电子获得动能克服原子束缚跑出来,成为自由电子， 某一电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。 本身消失了。
γ + A → 原子
2、吸收剂量(absorbed dose，D) 、吸收剂量 ，
吸收剂量是反映被照射物质吸收电离辐射能量大 小的物理量。其含义是： 小的物理量。其含义是：电离辐射授予单位质量 物质的平均能量与该单位物质的质量之比。 物质的平均能量与该单位物质的质量之比。吸收 剂量的国际制单位是Gy（戈瑞）， Gy=1 J/kg。 剂量的国际制单位是 （戈瑞），1 ）， 。 旧的专用单位是rad（拉德）， Gy=100 rad。 （拉德），1 旧的专用单位是 ）， 。 单位时间内的吸收剂量称为吸收剂量率。 单位时间内的吸收剂量称为吸收剂量率。
1.带电粒子与物质相互作用 带电粒子与物质相互作用
2.γ射线与物质相互作用： 2.γ射线与物质相互作用： 射线与物质相互作用
第 1 步 初级作用
γ射线 射线 三种作用效应 光电效应 康普顿效应 电子对效应 产生次级电子
第 2 步 次级作用
电离效应 次级电子使 物质原子电离
光电效应、康普顿效应、 光电效应、康普顿效应、电子对生成
母核 β-衰变
137Ba
γ 衰变 射线（ keV） + γ 射线（661.7 keV）
子核（基态） 0.0） 子核（基态） （0.0）
γ射线是什麽？ 射线是什麽？ 是什麽 γ射线就是高能量的光子：几百keV-MeV 量级 射线就是高能量的光子：几百keVkeV γ衰变发生由于原子核能量态高，从高能态向低能态跃 衰变发生由于原子核能量态高， 迁，在这个过程中发射γ 射线，原子核能态降低。 在这个过程中发射γ 射线，原子核能态降低。 γ射线是高能量的电磁辐射—— γ光子 射线是高能量的电磁辐射
中子转变成质子， 中子转变成质子，并且 带走一个单位的负电荷
－
反中微子 三种子体分享裂变能——因此电子具有连续能谱 三种子体分享裂变能——因此电子具有连续能谱 ——
β-衰变：3H→ 3He+ β衰变：
β-衰变
正电子衰变： 正电子衰变：11C→ 11B+ β+
3. 电子俘获（Electron capture） 电子俘获（
γ衰变特点： 衰变特点： 1、从原子核中发射出光子 2、常常在 α 或 β 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
α 衰变
β- 衰变
β+ 衰变
γ 衰变
三、放射性衰变基本规律
对于由大量原子组成的放射源， 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 但不是所有原子在同一时刻都发生衰变， 有极少数原子发生衰变。放射性核素衰变是随机的、 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 的按一定的速率进行， 变速度。放射性核素原子随时间而呈指数规律减少， 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： 达式为： N=N0e-λt λ: decay constant t: decay time e: base of natural logarithm