放射性核素示蹤技術(shù)

1、重慶醫(yī)科大學(xué) 彭志平川北醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院 謝建平,第一章核物理,,,原子結(jié)構(gòu),原子核,中子,,,質(zhì)子,電子,,,第一節(jié) 原子核結(jié)構(gòu),原子核結(jié)構(gòu):X為元素符號Z為質(zhì)子數(shù)N為中子數(shù)A為質(zhì)量數(shù),,,原子核結(jié)構(gòu),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(zhì)子數(shù)的原子，化學(xué)性質(zhì)相同，但其中子數(shù)可以不同，如131I和127I；核素——質(zhì)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(zhì)異能素——質(zhì)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(zhì)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(qiáng)的短程引力稱為核力，核力使原子核中的核子結(jié)合在一起，同時，原子核中又存在帶正電荷的

3、質(zhì)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(zhì)子之間的靜電排斥力的相對大小決定，與核內(nèi)質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)的比例有關(guān)。 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(nèi)結(jié)構(gòu)或能級調(diào)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(nèi)結(jié)構(gòu)或能級調(diào)整，自發(fā)地釋放出一種或一種以上的射線并轉(zhuǎn)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(zhì)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(zhì)是高速運動的電子流,發(fā)生原因——母核中子或質(zhì)子過多,2. ?衰變,,,?-衰變：3H? 3He+ ?-,?-衰變,正電子衰變：11C? 11B+ ?+,,,質(zhì)子轉(zhuǎn)變成中子，并且?guī)ё咭粋€單位的正電荷,中子轉(zhuǎn)變成質(zhì)子，并且?guī)ё咭粋€單位的負(fù)電荷,三種子體分享裂變能—

6、—因此電子具有連續(xù)能譜,,,,,,,質(zhì)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(chǎn)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(jī)的、自發(fā)的按一定的速率進(jìn)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(dá)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(jīng)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(zhì)有關(guān)，與外界條件無關(guān)；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(zhì)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(nèi)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(zhì)：氣體、液體、固體、包括人體等,,第三節(jié) 射線與物質(zhì)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(yīng)Compton scattering 康普頓散射Pair production 電子對生成,1.帶電粒子與物質(zhì)相互作用,光電效應(yīng)康普頓效應(yīng)電子對效應(yīng)產(chǎn)生次級電子,電離效應(yīng)次級電子使物質(zhì)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(zhì)相互作用,,光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)、電子對生成,光電效應(yīng),,自由電子,作用機(jī)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(yīng)：能量≥1.02MeV的?射線與原子核作用可能產(chǎn)生

14、一對正負(fù)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(zhuǎn)化成質(zhì)量M = E /C2,正電子湮滅：正電子與負(fù)電子相遇發(fā)生湮滅，產(chǎn)生兩個0.511MeV的γ光子